علوم و تکنولوژی محیط زیست، دورهشانزدهم، شماره ویژه 93

جذب فلز روی (Zn²⁺) از محلول های آبی به وسیله کیتین استخراجی از پوسته خرچنگ کاراپاس

نعمت الله جعفر زاده حقیقی فرد[1]^*

نظام الدین منگلی زاده [2]

Nezam_m2008@yahoo.com

افشین تکدستان [3]

محمد امین دیناری[4]

چکیده

زمینه و هدف: فلز روی یکی از مهم ترین فلز موجود در فاضلاب تخلیه شده از صنایع می باشد. این فلز برای عملکرد فیزیولوژی بافت های زنده و بیش تر فرآیندهای بیوشیمیایی مهم است. با این حال مقادیر زیاد فلز روی می تواند باعث ایجاد مشکل بزرگ برای سلامتی شود.  هدف از این مطالعه بررسی حذف فلز روی (Zn²⁺) با استفاده از جذب به روی کیتین استخراجی از پوسته خرچنگ کاراپاس می باشد.

روش بررسی: در این تحقیق کیتین از پوسته های خرچنگ کاراپاس استخراج شده و به عنوان بیوجاذب برای حذف فلز روی در سیستم ناپیوسته مورد استفاده قرار گرفت. همچنین تاثیر pH، غلظت اولیه فلز، غلظت اولیه جاذب و زمان تماس در فرآیند جذب مورد بررسی قرار گرفت.

یافته ها: نتایج حاصل نشان داد که ظرفیت جذب فلز روی وابستگی شدیدی به pH محلول دارد، چرا که میزان جذب فلز روی برحسب میلی گرم بر گرم  با افزایش pH ، افزایش می یابد. حداکثر ظرفیت بیوجذب فلز روی بر روی کیتین در مقدار جاذب 4 گرم و زمان تماس 180 دقیقه، mg/g 181 /181 به دست آمد. همچنین نتایج مشخص ساخت که کارایی حذف روی با افزایش غلظت اولیه فلز کاهش می یابد. نتایج حاصل از مطالعه تعادلی مشخص نمود که فرآیند جذب فلز روی بر روی کیتین استخراجی مطلوب بوده و از مدل سینتیکی شبه درجه دوم و مدل هم دمای فروندلیچ پیروی می کند.  همچنین نتایج حاصل از طیف مادون قرمز(FTIR) نشان داد که گروه های عملکردی هیدروکسیل(-OH) و آمین (-NH₂) بیش ترین نقش در جذب فلز روی را دارند.

نتیجه گیری: طبق نتایج به دست آمده، کیتین استخراجی از پوسته خرچنگ می تواند به عنوان یک جاذب مناسب برای حذف فلز روی از محلول های آبی باشد.

واژه های کلیدی: جذب، هم دمای جذب، کیتین، مدل سینتیک، فلز روی.

مقدمه

انتشار انسانی فلزات محلول در محیط های آب زی، یکی از مهم ترین نگرانی های جدی عمومی به دلیل پایداری، تجزیه ناپذیری و تجمع پذیری در بافت های زنده می باشد. برخی از فلزات مانند مس، روی و آهن به عنوان فلزات ضروری بدن در نظر گرفته می شوند و این در حالی است که برخی دیگر از فلزات همچون کادمیوم، سرب، جیوه و کروم به شدت سمی می باشند. با این حال فلزات مورد نیاز بدن در غلظت های قابل توجه ممکن است، باعث ایجاد مشکلات اکولوژی و فیزیوژیکی شوند. یکی از این یون های فلزی که اغلب از طریق فعالیت های صنعتی در غلظت های بالا در ایجاد مشکل فیزیولوژیکی و زیست محیطی نقش دارد، فلز روی (Zn²⁺) می باشد(1). فلز روی یکی از عناصر طبیعی سلول های بدن است. این فلز در ساختمان بسیاری از آنزیم ها و هورمون  ها دخالت داشته و در صنایع مختلفی از جمله اتومبیل سازی، لوازم الکتریکی، رنگ سازی، کشتی سازی، نساجی، کاغذسازی، ریخته گری، آهن گالوانیزه و غیره به کار می رود(2). اما در مقادیر بسیار زیاد باعث ایجاد نارحتی های گوارشی، اختلالات ریوی، تحریک پوست، استفراغ، حالت تهوع،کم خونی و حتی سرطان در بدن می شود(3 و 4).

روش های تصفیه متداول برای حذف فلز روی از آب های آلوده شامل رسوب دهی شیمیایی، تعویض یونی، جذب با کربن فعال، تبادل یونی، فرآیندهای غشایی(اسمز معکوس،الکترودیالیز و اولترافیلتراسیون)می باشد. از آن جا که این روش ها دارای معایبی از قبیل گرانی دستگاه ها و عملیات، تولید لجن، هزینه بهره برداری و نگهداری بالا و همچنین نیاز به انرژی زیاد و پیش تصفیه هستند، برای حذف موثر فلز روی از آب و فاضلاب، نیاز مبرمی به توسعه روش های جدید، ارزان قیمت و اقتصادی وجود دارد. برای پاسخ گویی به این نیاز در سال های اخیر مطالعاتی در زمینه جذب زیستی به عنوان یک روش اقتصادی و موثر برای حذف فلزات از فاضلاب صورت گرفته است. جذب زیستی می تواند به عنوان یک فرآیند جذب فعال یونهای فلزی به وسیله مواد زیستی غیرزنده/غیرفعال از طریق ساز و کارهای فیزیکوشیمیایی مختلف تعریف شود. در این روش از مواد مختلفی همچون باکتری ها، قارچ ها، جلبک ها، زایدات صنعتی، کشاورزی و شیلاتی همچون پوسته خرچنگ و میگو استفاده می شود. در سال های اخیر، استفاده از مواد اسکلتی و کیتین استخراجی از مواد اسکلتی به عنوان بیوجاذب و سوبسترهای آلی مورد بررسی قرار گرفته است(1و 9-5).

کیتین یک ماده پلیمری مشتق شده از پوسته سخت پوستان همچون خرچنگ و میگو بوده و دارای ساختار تعریف شده N-استیل-B -D - گلوکز آمین می باشد. همچنین این ماده پلیمری یکی از فراوان ترین مواد آلی طبیعی موجود در طبیعت بعد از سلولز می باشد. کیتین (شکل 1 ) به طور طبیعی با کلسیم کربنات و پروتئین ها مرتبط بوده و به دلیل داشتن گروه های عملکردی فعال همچون هیدروکسیل و آمین ها توانایی بالایی در جذب فلزات سنگین دارند(12-10).

بسیاری از مطالعات اخیر نشان داده است که مواد اسکلتی و کیتین استخراجی از آن در حذف فلزات همچون آرسنیک ، کادمیوم، آهن، مس، نیکل، منگنز، سرب و روی از محلول های آبی موثر بوده است. Lee و همکاران (1997) از پوسته خرچنگ به عنوان یک جاذب برای حذف سرب از محلول های آبی استفاده کردند. نتایج آن ها نشان داد که حذف سرب در pH< 4 برابر 20% می باشد، اما با افزایش  pHاز 4 به 8 میزان حذف سرب به 80% می رسد(13). Lu و همکاران (2007)، بازدهی حذف یون فلز روی از محلول های آبی را با استفاده از بیوجاذب خرچنگ کاراپاس بررسی کردند. آن ها دریافتند که در فرآیند آزمایشگاهی، میزان جذب فلز روی  mg/g 6/105 و mg/g 6/67 به ترتیب به وسیله ذرات کوچک و بزرگ بوده است، اما این داده ها در مطالعه ستونی به میزان mg/g  3/141 و  mg/g 9/79 افزایش یافته است(1). Bamgbose و همکاران(2010)، جذب کادمیوم و سرب را به وسیله کیتوزان مورد بررسی قرار دادند. نتایج آن ها نشان داد که فرآیند جذب با هم دمای فروندلیچ هم خوانی بالایی داشته و غلظت ورودی با میزان حذف فلز رابطه مستقیمی دارد(14). Hawke و همکاران(1991) جذب فلز آهن و منگنز از آب دریا را روی کیتین مورد بررسی قرار دادند. نتایج آن ها، حذف کم تر از 10% فلز منگنز را در pH 6-7/8 و افزایش حذف آن (نزدیک به 90%) در pH، 5/9 نشان داد. همچنین نتایج آن ها نشان داد که میزان حذف آهن در pH،   2-8 به میزان 22-30% می باشد(15). در مطالعه دیگری Kumar و Parthiban (2011) حذف فلز روی را با استفاده از ذرات پوسته خرچنگ از محلول های آبی مورد بررسی قرار دادند. نتایج آن ها نشان داد که حداکثر جذب  mg/g 46/71 در pH، 5/4 حاصل می شود(16). علاوه بر این در مطالعات جعفرزاده و همکاران (17) و راد نیا و همکاران (18)گزارش شده که مشتقات حاصل از پوسته سخت پوستان دارای بازدهی بالا در حذف فلز روی و آهن می باشد.

با توجه به مطالعات یافته ها و اهمیت اثرات شناخته شده مواجهه با فلز روی از طریق آب شرب و همچنین کم بودن مطالعات در زمینه استفاده از کیتین حاصله از زایدات پوسته خرچنگ ، مطالعه حاضر با هدف گسترش یک فن آوری مقرون به صرفه و موثر برای حذف فلز روی از آبهای آلوده از طریق کیتین استخراجی از زایدات پوسته خرچنگ صورت گرفته است. هدف از این مطالعه حذف فلز روی از محلول های آبی با استفاده از کیتین استخراجی از زایدات پوسته خرچنگ کاراپاس به همراه بررسی تاثیر متغیرهای همچون pH، غلظت اولیه فلز، زمان تماس و میزان جاذب می باشد.

شکل 1- ساختار شیمیایی کیتین (19)

روش بررسی

استخراج کیتین از پوسته خرچنگ و تعیین مشخصات آن

ابتدا 200 گرم پوسته خرچنگ آسیاب شده جهت تسریع حذف مواد  پروتئینی و معدنی  با اسید سالسیلیک و آب مقطر شستشو داده شده و سپس در آون °C60 به مدت دو ساعت خشک گردید. سپس، استخراج کیتین از پوسته خرچنگ طی مراحلی، براساس روش Yen و همکاران (2009) با برخی از اصلاحات انجام یافت(20). عملیات استخراج در مرحله معدنی زدایی به کمک اسید کلریدریک 1 نرمال در دمای اتاق برای 6 ساعت و برای پروتئین زدایی با استفاده از سدیم هیدروکسید به نسبت وزنی 10:1(w/v) در دمای 100 درجه برای 3 ساعت انجام گرفت. سپس مخلوط حاصل فیلتر شده و با آب مقطر تا رسیدن به pH خنثی شستشو داده شد. به منظور بی رنگ سازی، پودر حاصل ابتدا با محلول پرمنگنات پتاسیم 1% به مدت یک ساعت و سپس با محلول 1% اسید اگزالیک به مدت 1 ساعت واکنش داده شده و سپس مخلوط حاصل فیلتر شده و با آب مقطر تا رسیدن بهpH خنثی شستشو داده شد.

پس از استحصال کیتین، ویژگی هایی همچون درصد استحصال، درصد خاکستر و رطوبت، pHzc ، سطح ویژه و ظرفیت باند چربی و آب کیتین استخراجی بر اساس روش Yen و همکاران مورد ارزیابی قرار گرفت(20). طیف سنجی مادون قرمز (FTIR) برای تعیین گروه های عامل موثر در جذب فلز روی بر روی کیتین استخراجی مورد استفاده قرار گرفت. طیف سنجی مادون قرمز کیتین و کیتین - فلز روی در یک محدوده فرکانسی Cm^-1  400-4000 به وسیله دستگاه طیف سنجی مادون قرمز مدل Tensor 27 به دست آمد.

روش آزمایشگاهی

پس از تهیه کیتین، آزمایش های اولیه برای بهینه سازی فاکتورهای موثر( همچون pH، زمان تماس، دوز جاذب و غلظت اولیه فلز) بر روی حذف فلز روی از محلول آبی انجام یافت. در این روش، ابتدا یک گرم جاذب به 250 میلی لیتر محلول حاوی فلز روی (mg/l 50) اضافه شد. موازنه جذب Zn²⁺ به وسیله کیتین در دمای اتاق با استفاده از غلظت اولیه مختلف فلز (mg/g 50-500) انجام یافت. همچنین جذب یون فلزی Zn²⁺ در فاصله زمانی بین 5/0 -5 ساعت مورد بررسی قرار گرفت. سینتیک جذب Zn²⁺ در pH برابر 7 براساس روش Benavente و همکاران(21) انجام یافت. در انتها هم غلظت یون فلزی روی به وسیله دستگاه جذب اتمی با شعله(مدل AAS 5FL، ساخت آلمان) تعیین گردید.

بازدهی حذف و مقادیر یون فلزی روی جذب شده به وسیله کیتین از طریق معادله 1 و 2 محاسبه شد.

(1)                                                                                                                                                                           

(2)                                                                                                                                    

در این معادلات C_o و C_e به ترتیب غلظت اولیه و نهایی، V میزان محلول آبی و W میزان کیتین برحسب گرم می باشد.

تعیین هم دمای جذب

برای تعیین ظرفیت جذب از مدل های هم دمای لانگمیر و فروندلیچ که در ذیل معادلات آن آورده شده، استفاده شد( 22).

(3) لانگمیر:                                                                                                                                                                                 

(4)فروندلیچ:

 در این معادلات q میزان یون فلزی جذب شده در واحد جرم جاذب (mg/g) ، n ثابت تعادل فروندلیچ که نشان دهنده انرژی پیوندهای بین فلز و جاذب،  q_m میزان فلز مورد نیاز برای تشکیل یک لایه (mg/g)، b ثابت تعادل لانگمیر(l/mg) و k_f ثابت هم دمای فروندلیچ می باشد.

یافته ها

مشخصات کیتین استخراجی از پوسته خرچنگ

درصد استحصال کیتین از پوسته خرچنگ کاراپاس  5/37% بود. طبق گزارش موزالی پوسته خرچنگ متشکل از 40-15% کیتین، 40-20% پروتئین و 50-20% کلسیم کربنات همراه با دیگر ترکیبات همچون لیپید، رنگ دانه و نمک های فلزی حاضر به عنوان اجزای جزئی می باشد(23). این موضوع نشان می دهد که کیتین استخراجی از پوسته سخت پوستان در حد بالایی است. دیگر ویژگی های کیتین استخراجی در جدول 1 آمده است.

طیف سنجی مادون قرمز کیتین و کیتین- فلز روی نیز در نمودار 2 نشان داده شده است. طبق نمودار 2-الف، در محدوده طیفی cm^-1   3200- 3500 باندهای جذب اشاره به باندهای ارتعاشی کششی N-H و 0-H ، در cm^-1   2850-3000 باند –CH و در cm^-1   2563 اشاره به ارتعاشات O-H دارد. در محدوده طیفیcm^-1   53/1629 باند جذب معمولا به ارتعاشات N-H اشاره داشته، در حالی که در محدوده های طیفی cm^-1   1420 و cm^-1   1073 اشاره به تغییر شکل باندهای –CH₃ و ارتعاشات کششی C0 دارند.

در نمودار 2- ب، طیف سنجی مادون قرمز کیتین با فلز روی، نشان داده شده است. طبق این نمودار طیف های cm^-1   3300-3500 که اشاره به گروه های هیدروکسیل(-OH) و آمین (-NH₂) دارد، بیش ترین نقش در جذب فلز روی را دارند. همچنین باندهای جذب در این محدوده نشان دهنده کاهش انرژی باند به سبب یون های فلزی جذب شده می باشد.

جدول 1-  مشخصاتکیتین استخراجی از پوسته خرچنگ

نمودار2- طیف مادون قرمز(FTIR)، الف: کیتین استخراجی، ب: کمپلکس کیتین – فلز روی

تاثیر pH

تأثیرpH بر کارایی حذف فلز روی با تغییر در pH اولیه (7-3) در شرایط ثابت غلظت اولیه فلز روی (mg/l 50) ، غلظت اولیه جاذب (gr 1) و زمان تماس 180 دقیقه مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل از تاثیر pH در نمودار 3 نشان داده شده است. همان طور که از نمودار 02/4  mg/gافزایش می یابد.

نمودار 3- تاثیر pH روی جذب فلز Zn²⁺ به وسیله کیتین

تاثیر مقدار جاذب

در نمودار 4 تاثیر غلظت اولیه کیتین بروی میزان جذب فلز روی نشان داده شده است. همان طور که از نمودار پیدا است میزان جذب فلز روی با افزایش مقدار ماده جاذب، کاهش می یابد. به طوری که وقتی مقدار ماده جاذب از 5/0 به 10 گرم افزایش پیدا می کند، میزان جذب از mg/g3.81 به mg/g  0.51 کاهش می یابد.

نمودار 4- اثرتغییراتغلظتجاذب در میزان حذف فلز Zn²⁺به وسیله کیتین

تاثیر غلظت اولیه فلز

اثر تغییر غلظت اولیه فلز روی بر ظرفیت بیوجذب درنمودار 5 نشان داده شده است. همان طور که نمودار نشان می دهد با افزایش غلظت اولیه فلز میزان جذب فلز افزایش می یابد.

نمودار 5- اثرتغییراتغلظتاولیهفلزدر جذب فلز Zn²⁺به وسیله کیتین

هم دمای جذب

هم دمای جذب به منظور تعریف جرم جذب شده از ماده جذب شونده به ازای واحد جرم ماده جاذب استفاده می شود. در این مطالعه از مدلهای همدمای فروندلیچ و لانگمیر برای رسم داده های جذب استفاده گردید. نمودار های 6 و 7  هم دمای جذب فلز روی به وسیله کیتین استخراجی از پوسته خرچنگ را نشان می دهد. همچنین نتایج تعیین ضرایب و معادلات هم دمای لانگمیر و فروندلیچ در جدول 2 نشان داده شده است. طبق این نتایح، داده های حاصل از آزمایش ها از مدل هم دمای فروندلیچ (R²= 9973/0) پیروی می کند.

نمودار 6- همدمایفروندلیچ برای جذب فلز Zn²⁺ به وسیله کیتین

نمودار 7- همدمایلانگمیر برای جذب فلز Zn²⁺ به وسیله کیتین

جدول 2- ثابت ها و ضرایب مدل های هم دمای جذب

مطالعه سینتیک جذب

نمودار 8 نتایج حاصل از تاثیر زمان تماس بروی میزان جذب فلز روی را نشان می دهد. همان طور که مشخص است وقتی زمان تماس از 30 دقیقه به 300 دقیقه افزایش می یابد، کارایی جذب فلز از mg/g 195 /1 به 78mg/g /3 افزایش می یابد.

برای تعیین مدل سینتیکی جذب و ساز و کار انتقال جرم از مدل های سینتیکی مختلفی همچون شبه درجه اول و شبه درجه دوم استفاده گردید که نتایج آن در جدول 3 نشان داده شده است. طبق این جدول با مقایسه R²، بهترین مدل جذب برای داده های آزمایشگاهی، مدل سینتیکی شبه درجه دوم به دست آمد.

نمودار 8- اثرزمان تماس بر میزان جذب فلز Zn²⁺به وسیله کیتین

جدول 3- ثابت ها و ضرایب مدل های سینتیک جذب

مقایسه کارایی کیتین استخراجی با دیگر جاذب ها

مقایسه کارایی کیتین استخراجی از پوسته خرچنگ با دیگر جاذب های گزارش شده در مطالعات در جدول 4آمده است. براساس این جدول مشخص شد که کیتین استخراجی از پوسته خرچنگ در مقایسه با جاذب های دیگر ظرفیت جذب بالای در مورد فلز روی دارد. با این حال این اختلاف حداکثر میزان جذب به دلیل ویژگی های هر جاذب همچون ساختار، گروه های عملکردی و مساحت سطح باشد.

جدول 4- مقایسه حداکثر جذب فلز روی(q_max) به وسیله کیتین با دیگر جاذب ها

بحث و نتیجه گیری

جذب فلز روی توسط کیتین استخراجی از پوسته خرچنگ کاراپاس تحت تاثیر تغییرات  pH  می باشد، چرا کهpH  محلول یکی از متغیرهای مهم موثر روی فعالیت شمیایی یون های فلزی موجود در محلول و همچنین فعالیت گروه های پایه در سطح جاذب است. نتایج مرحله تعیین pH بهینه جذب در نمودار 3، افزایش میزان جذب فلز روی را با افزایش pH محلول نشان می دهد. این افزایش میزان جذب به علت کاهش بارسطحی و افزایش دسترسی به گروه های باردار منفی در سطح جاذب در محدوده pH مطالعاتی می باشد. در pH های پایین میزان جذب فلز به دلایل مثبت بودن بار جاذب و وجود رقابت بین یون های مثبت H و یون فلزی برای اتصال به سطح جاذب، و همچنین توزیع محدود شده از جذب شیمیایی ایجاد شده توسط الکترون های جفت نشده از نیتروژن ها در گروه های عملکردی آمینو و استامید از کیتین کاهش یافته است(21 و 25). در این مطالعه بهترین میزان جذب فلز روی توسط جاذب در pH نزدیک به PZC به دست آمد. ساز و کار های موثر در حذف فلز روی با کیتین را می توان به ساز و کار تبادل یونی، جذب و ترسیب نسبت داد(1و 9). این ساز و کار ها از طریق تبدیل گروه های استامید (R-NHCOCH₃) و گروه های آمینو  (NH₂) به حالت های R-NH2COCH₃⁺ ، NH₃⁺  و COO^- در محدوده pH مطالعاتی اتفاق می افتد( 26و 27). در تحقیقی که Pinto و همکاران بر روی حذف فلز روی با استفاده از کیتین و پوسته خام انجام دادند، مشخص شد که با استفاده از پوسته خام و کیتین حاصل از آن در pH برابر 9/7 می توان بیش از 99% حذف فلز روی داشت(11). همچنین نتایج حاصل از مطالعه Lu و همکاران  نشان داد، که حذف فلز روی با افزایش pH افزایش یافته و pH برابر 7 دارای بالاترین بازده حذف فلز روی می باشد(1). در تحقیق Yang و همکاران مشخص شد  که بیش ترین میزان حذف فلز نیکل در pH بالای 7 به دست می آید. در این مطالعه، این افزایش میزان حذف فلز نیکل را به گروه های آمینو و گروه های هیدروکسیل دی پروتونی شده مشتقات کیتین نسبت دادند(26).

در پژوهش حاضر، حذف  فلز روی با افزایش غلظت اولیه جاذب، افزایش یافته و میزان جذب آن کاهش می یابد. علت افزایش کارایی حذف فلز، افزایش سطح تماس ذرات جاذب می باشد، چرا که با افزایش مقدار جاذب تعداد سطح تماس کیتین نیز افزایش یافته و فلز روی بیش تری امکان نشستن بر سطح جاذب ها را خواهند داشت. اما در مورد کاهش میزان جذب فلز روی این طور می توان توضیح داد که با افزایش میزان جاذب، تعداد مکان های غیر اشباع جذب افزایش می یابد(28). مطالعات انجام یافته توسط Wasewar و همکاران نشان داد که با افزایش میزان جاذب، میزان درصد حذف فلز روی افزایش یافته و میزان جذب آن کاهش می یابد(29). همچنین در مطالعه دیگری که توسط Kanti Sen و Gomez  انجام یافت، مشخص گردید که با افزایش مقدار جاذب، میزان جذب فلز روی کاهش می یابد(30).

حذف فلز روی با افزایش غلظت اولیه فلز روی کاهش یافته و میزان جذب آن افزایش می یابد. این افزایش میزان جذب فلز را می توان به شرح زیر توضیح داد: در نسبت های کم یون فلزی بر میزان جاذب، جذب یون های فلزی جاهای با انرژی بالاتر را درگیر می کند. اما زمانی که نسبت یون فلزی بر میزان جاذب افزایش می یابد، جاهای با انرژی بالاتر اشباع شده و جذب در جاهای با انرژی پایین آغاز می شود که این نتیجه در کاهش بازدهی جذب می باشد. به عبارت دیگر با افزایش غلظت اولیه فلز تعداد یون های فلزی در محلول زیاد شده و رقابت برای دسترسی به محل های اتصال در سطح تماس افزایش یافته و تمام محل ها در معرض برخورد با یون ها قرار گرفته و فعال می شوند، با پر شدن محل ها در غلظت های بالاتر، سطح جاذب اشباع شده و میزان جذب دیگر افزایش قابل ملاحظه ای ندارد(31و 32). در مطالعه ای که توسط Wasewar و همکاران بروی حذف فلز روی با استفاده از زایدات کارخانه چای انجام گرفت. مشخص گردید که درصد حذف فلز روی با افزایش غلظت اولیه فلز کاهش یافته و میزان جذب افزایش می یابد(31). در مطالعه ای دیگری که توسط Kalyani و همکاران انجام گرفت، نتایج حاصل نشان داد که با افزایش غلظت اولیه فلز ، میزان جذب فلز به دلیل افزایش نیروی رانش افزایش می یابد(25).

تاثیر زمان تماس در مقدار جذب با یک غلظت بهینه اولیه ثابت مورد بررسی قرار گرفت. مقدار جذب فلز روی با افزایش زمان تماس افزایش یافته و با افزایش زمان به 300 دقیقه به حداکثر مقدار خود رسیده است. اما بازدهی حذف در این زمان تماس اختلاف چندانی با بازدهی به دست آمده در زمان تماس 180 دقیقه ندارد. در نتیجه در این مطالعه زمان تماس 180 دقیقه به عنوان زمان بهینه برای آزمایش pH و تاثیر دوز جاذب انتخاب شد.  این نتایج با یافته های بعضی از محققان تفاوت دارد. Israel و Eduok (2012) در مطالعه خود با عنوان بیوجذب فلز روی از محلول های آبی به وسیله زایدات نارگیل به این نتیجه رسیدند که با افزایش زمان تماس میزان جذب فلز روی افزایش یافته و  زمان 180 دقیقه دارای بیش ترین بازدهی جذب می باشد. آن ها دراین مطالعه زمان 60 دقیقه را به دلیل نداشتن اختلاف چندان در بازدهی حذف با زمان های بیش تر، به عنوان زمان بهینه انتخاب کردند(33). Arshad و همکاران در مطالعه خود زمان 360 دقیقه را به عنوان زمان تعادل انتخاب کردند(34). تفاوت در نتایج این پژوهش با یافته های سایر محققان احتمالا به دلیل ویژگی های هر جاذب همچون ساختار، گروه های عملکردی و مساحت سطح است.

سینتیک جذب برای درک بهتر دینامیک جذب یون های فلزی بر روی کیتین استخراجی از پوسته خرچنگ  و کسب مدلهای پیشگویانه ای که اجازه برآورد میزان جذب را با زمان تصفیه را می دهند، مورد بررسی قرار گرفت. نتایج مدل سازی نشان داد که سینتیک جذب فلز روی به وسیله کیتین از مدل سینتیکی شبه درجه دوم تبعیت می کند. Ding و همکاران در مطالعه خود با عنوان سینتیک جذب فلز روی بر مشتقات کیتوزان، به این نتیجه رسیدند که داده سینتیک جذب از شبه درجه دوم تبعیت می کند(35). همچنین در مطالعه ای دیگری که توسط Ding و همکاران انجام یافت، داده های سینتیک از شبه درجه دوم تبعیت کرد(36). در نهایت همان طور که پیداست ظرفیت جذب فلز روی توسط کیتین استخراجی بالا بوده و با توجه به این که میزان ظرفیت جذب فلز روی با استفاده از این جاذب بستگی زیادی به pH محلول، غلظت اولیه یون فلزی، میزان جاذب و زمان تماس دارد، لذا پیشنهاد می شود که جهت دستیابی به بازده حذف بالاتر، بررسی پوسته میگو و مشتقات حاصل از آن (کیتین و کیتوزان) به عنوان جاذب طبیعی در حذف دیگر فلزات از محلول های آبی فراهم شود.

تشکروقدردانی

این مقاله حاصل بخشی از طرح تحقیقاتی با عنوان مقایسه کارایی کیتین استخراجی از پوسته میگو و پوسته خرچنگ به عنوان  بیوجذب در حذف فلز روی از محلول های آبی، مصوب دانشگاه علوم پزشکی و خدمات بهداشتی،درمانی جندی شاپور اهواز در سال1390 با کد 9009 است که با حمایت مرکز تحقیقات فناوری های زیست محیطی  دانشگاه علوم پزشکی و خدمات بهداشتی، درمانی جندی شاپور اهواز اجرا شده است.

منابع

1. Lu, S., Gibb, S. W., Cochrane, E., 2007. Effective removal of zinc ions from aqueous solutions using crab carapace biosorbent. Journal of hazardous materials, Vol. 149, pp. 208-217.
2. Kumar, Y P., King, P., Prasad, V., 2006. Removal of copper from aqueous solution using Ulva fasciata sp.—a marine green algae. Journal of hazardous materials, Vol. 137, pp. 367–373.
3. Bojic, A L., Bojic, D., Andjelkovic, T., 2009. Removal of Cu2+ and Zn2+ from model wastewaters by spontaneous reduction–coagulation process in flow conditions. Journal of Hazardous Materials, Vol. 168, pp. 813–819.
4. Liu, Q., Li, Y., Zhang, J., Chi, Y., Ruan, X., Liu, J., Qian, G., 2011. Effective removal of Zinc from aqueous solution by Hydrocalumite. Chemical Engineering Journal, Vol. 175, pp. 33-38.
5. Banu, I., Miskiewicz, A., Zakrzewska-Trznadel, G., 2006.  Sorption Kinetic of Zinc and Nickel Ions on Chitosan and Activated Carbon. The Annals of the University of Dunarea de Jos Galati, Fascicle VI, Food Technology, 24, 15-19.
6. Becker, T., Schlaak, M., Strasdeit, H., 2000. Adsorption of nickel (II), zinc (II) and cadmium (II) by new chitosan derivatives. Reactive and Functional Polymers, Vol. 44, pp. 289-298.
7. Ahalya, N., Ramachandra, T V., Kanamadi, R D., 2003. Biosorption of heavy metals. Research Journal Chemistry Environment, Vol. 7, pp. 71-79.
8. Barriada, J L., Herrero, R., Prada‐Rodríguez, D., De Vicente, M E S., 2007. Waste spider crab shell and derived chitin as low-cost materials for cadmium and lead removal. Journal of Chemical Technology & Biotechnology, Vol. 82, pp. 39–46.
9. Vijayaraghavan, K., Winnie, H Y N., Balasubramanian, R., 2011. Biosorption characteristics of crab shell particles for the removal of manganese (II) and zinc (II) from aqueous solutions. Desalination, Vol. 266, pp. 195-200.
10. Benguella, B., Benaissa. H., 2002.  Effects of competing cations on cadmium biosorption by chitin. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, Vol. 201(1-3), pp. 143-150.
11. Pinto, P X., Al-Abed, S R., Reisman, D J., 2011. Biosorption of heavy metals from mining influenced water onto chitin products. Chemical Engineering Journal, Vol. 166, pp. 1002-1009.
12. Dutta, P K., Dutta, J., Tripathi, V S., 2004. Chitin and chitosan: Chemistry, properties and applications. Journal of Scientific and Industrial Research, Vol. 63(1), pp. 20-31.
13. Lee, M Y., Park, J M., Yang, J W., 1997. Micro precipitation of lead on the surface of crab shell particles. Process Biochemistry, Vol. 32, pp. 671–677.
14. Bamgbose, J T., Adewuyi, S., Bamgbose, O., Adetoye, A A., 2012. Adsorption kinetics of cadmium and lead by chitosan. African Journal of Biotechnology, Vol. 9, pp. 2560-2565.
15. Hawke. D J., Sotolongo. S., Millero F J., 1991. Uptake of Fe(II) and Mn (II) on chitin as a model organic phase. Marine Chemistry, Vol. 33, pp. 201–212.
16. Senthil Kumar. R, Parthiban. R., 2011. Removal of Zinc [Zn2+] Ions with Crab Shell Particles from Aqueous Solutions. International Journal of Environmental Sciences, Vol. 1, pp. 1965- 1977.

17.    جعفرزاده حقیقی فرد، ن، منگلی زاده، ن، هرمزی نژاد، م. استفاده از کیتین پوسته میگو برای بیوجذب فلز روی از محلول های آبی . مجله آب و فاضلاب. بهار 1393 ؛89:  53-62.

18.    رادنیا-ر، قریشی- ع. ا، نجف پور- ق. بررسی تعادلی و سینتیکی جذب اهن II توسط جاذب کیتوسان در دمای ثابت. اولین همایش فناوریهای پالایش در محیط زیست: 1390، تهران، ایران.

19. Shahidi, F., Abuzaytoun. R., 2005.  Chitin, Chitosan, and Co-Products: Chemistry, Production, Applications, and Health Effects. Advances in Food and Nutrition Research, Academic Press, Vol. 49, pp. 93-135.
20. Yen, M T., Yang, J H., Mau, J L., 2009. Physicochemical characterization of chitin and chitosan from crab shells. Carbohydrate Polymers, Vol. 75(1), pp. 15-21.
21. Benavente, M., L. Moreno, et al. 2011. Sorption of heavy metals from gold mining wastewater using chitosan, Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers, 42(6), 976-988.
22. Altn. O., Özbelge. HÖ., Dogu. T., 1998. Use of general purpose adsorption isotherms for heavy metal.clay mineral interactions. Journal of Colloid and Interface Science, Vol. 198, pp. 130-140.
23. Kim, S K., 2011. Chitin, Chitosan, Oligosaccharides and Their Derivatives. pp.11-21.
24. Odoemelam, N. O. E. a. S. A. 2009.  Modelling of the adsorption of zn2+ from aqueous solution by modified and unmodified tiger nut shell, African Journal of Pure and Applied Chemistry, 3(8), 145-151.
25. Kalyani, G., Babu Rao, G., Vijaya, B. S., Prasanna, Y K.,  2006. Equilibrium and kinetic studies on biosorption of zinc onto Gallus Domesticus shell powder. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, Vol. 4, pp. 39-49.
26. Yang, F., Liu, H., Qu, J., Paul Chen, J., 2011. Preparation and characterization of chitosan encapsulated Sargassum sp. biosorbent for nickel ions sorption. Bioresource Technology, Vol. 102, pp. 2821-2828.
27. Kelesoglu, S., Polat. H., 2007. Comparative adsorption studies of heavy metal ions on chitin and chitosan biopolymers. pp.1-138.
28. Boonurapeepinyo, S., Jearanaikoon, N., Sakkayawong, N., 2011. Reactive Red (RR141) Solution Adsorption by Nanochitin Particle via XAS and ATR-FTIR Techniques. International Transaction Journal of Engineering, Management, Applied Sciences & Technologies, pp. 461-470.
29. Wasewar, K L., 2010. Adsorption of metals onto tea factory waste: a review. International Journal of Research and Reviews in Applied Sciences, Vol. 3, pp. 303-322.
30. Sen, T. K., Gomez, D., 2011. Adsorption of zinc (Zn2+) from aqueous solution on natural bentonite. Desalination, Vol. 267, pp. 286-294.
31. Wasewar, K. L., Atif, M., Prasad, B.,  Mishra, I. M., 2009.  Batch adsorption of zinc on tea factory waste, Desalination, Vol. 244, pp. 66-71.
32. Bhattacharya, A. K., Mandal, S. N., Das, S. K., 2006.  Adsorption of Zn (II) from aqueous solution by using different adsorbents. Chemical Engineering Journal, Vol. 123, pp. 43-51.
33. Israel, U., Eduok, U M., 2012. Biosorption of zinc from aqueous solution using coconut (Cocos nucifera L) coir dust. Archives of Applied Science Research, Vol. 4, pp. 809-819.
34. Arshad, M., Zafar, M. N., Younis, S., Nadeem, R., 2008. The use of Neem biomass for the biosorption of zinc from aqueous solutions, Journal of Hazardous Materials, Vol. 157, pp. 534-540.
35. Ding, P., Huang, K L., Li, G Y., Liu, Y F.,  Zeng, W W., 2006.  Kinetics of adsorption of Zn (II) ion on chitosan derivatives. International journal of biological macromolecules, Vol. 39, pp. 222-227.
36. Ding, P., Huang, K L., Li, G Y., Zeng, W W., 2007.  Mechanisms and kinetics of chelating reaction between novel chitosan derivatives and Zn (II), Journal of Hazardous Materials, Vol. 146, pp. 58-64.