آلودگی آب یک مسئله‌ی زیست محیطی جهانی است که در سال‌های اخیر به واسطه‌ی فعالیت‌هایی مانند بهره برداری از معادن، صنعتی شدن و
شهرنشینی افزایش یافته است. فلزات سنگین در این میان رتبه‌ی نخست آلاینده‌ها را به خود اختصاص داده‌اند و این در حالی است که بسیاری از فلزات
حتی در غلظتهای کم نیز از ترکیبات سمی به شمار می‌آیند.فلزات سنگین گروهی از فلزات ( در حدود ۴۰ عنصر ) اند که از سازنده‌های طبیعی پوسته‌ی
زمین بوده و دانسیته‌ای بالا دارند. در دهه‌ی گذشته ورود آلاینده‌ها با منشا انسانی مانند فلزات سنگین به داخل محیط‌های دریایی، به مقدار زیادی افزایش
یافته که به عنوان یک خطر جدی برای حیات محیط‌های آبی به شمار می آید. آلاینده‌هایی که در آب یافت می‌شوند، ناشی از پساب‌های خانگی، تخلیه‌ی
محصولات شیمیایی، سموم، حشره‌کش‌ها و علف کش‌ها، تخلیه‌ی صنعتی، پساب‌های رادیواکتیو، هیدروکربن‌های نفتی و رنگی هستند.از نقطه نظر
اکولوژیکی، آلاینده‌ها به دو نوع آلاینده‌های قابل تجزیه و غیرقابل تجزیه تقسیم می شوند. آلاینده‌های غیر قابل تجزیه نظیر ترکیبات و نمک‌های فلزات سنگین،
ترکیبات شیمیایی فنلی با زنجیره‌ی طولانی، آفت کش‌ها مثل DDT می‌باشند که در محیط، تجمع می‌یابند و بر روی زنجیره‌ی غذایی و بیولوژیکی موجودات در
آب اثر می‌گذارند. ازدیاد غلظت این مواد روی ماهی‌ها، سایر موجودات آبزی و حتی گیاهان آبزی اثرات سوء دارد. آن‌ها در ترکیب با مواد دیگر باعث تولید
توکسین‌های اضافی می‌شوند. برای مثال ترکیب فلزات سنگین نظیر مس با کادمیوم و روی با نیکل، سمیت آن‌ها را چندین برابر می‌کند. البته آلودگی به
فلزات سنگین تنها از طریق مصرف فرآورده‌های دریایی سلامت انسان را تهدید نمی‌کند، بلکه قرار گرفتن در معرض فلزات سنگین شامل آرسنیک، کروم،
سرب و جیوه حتی از طریق ظروف لعابی، مواد غذایی، آفت‌کش‌ها و علف‌کش‌ها سلامت افراد خانواده را تحت تاثیر قرار می‌دهد. فلزات سنگین از جمله
آلاینده‌های زیست محیطی بوده که مواجهه انسان با بعضی از آنان از طریق آب و مواد غذایی می‌تواند مسمومیت‌های مزمن و خطرناکی را ایجاد کند.یکی از
مهم‌ترین فلزات سنگین، کروم است و به صورت اکسیدهای سه و شش ظرفیتی در صنایعی مانند آبکاری، شیشه، سرامیک، دباغی و چرم کاربرد دارد. کروم
شش ظرفیتی دارای مخاطرات بهداشتی اثبات شده‌ای مانند سرطان‌زایی است که به همین دلایل حذف و کاهش آن از محیط ضروری می باشد.بررسی
مطالعات و تحقیقات انجام شدهدر تحقیقی توسط (عامری اختیار ابادی و همکاران) سنتز نانوذرات کامپوزیت با روش رسوب‌دهی شیمیایی بر روی بنتونیت
مورد بررسی قرار گرفته که یک بار از طریق اضافه نمودن نانو کامپوزیت‌های بنتونیت – مگنتیت و بار دیگر از ترکیب نانو ذرات آهن صفر ظرفیتی و نانو
کامپوزیت‌های بنتونیت مگنتیت با آب نمونه برداری شده از رودخانه پیربازار شهر رشت، اندازه‌گیری غلظت فلزات در انتهای هر واکنش توسط دستگاه ICP[1]
انجام شده است. نتایج این آزمایش نشان می‌دهد ترکیب نانوکامپوزیت و نانوذرات آهن با ظرفیت صفر توانایی بالایی را در حذف فلزات سنگین نسبت به
زمانی که از نانو کامپوزیت تنها استفاده می‌کنیم نشان می‌دهد. در این حالت نیز یون‌هایی با ظرفیت بالاتر، درصد کاهش بیشتری نسبت به بقیه‌ی فلزات
سنگین با بارکمتر نشان می‌دهند.[۱]در طی پژوهشی که توسط (قانعیان و همکاران) انجام گرفته، حذف کروم شش ظرفیتی با استفاده از نانو لوله‌های
کربنی تک‌جداره و چند جداره فعال از محلول‌های آبی بررسی شده که در آن، اثر غلظت اولیه کروم، pH، جرم جاذب و زمان واکنش بر حذف کروم شش
ظرفیتی توسط جاذب نانولوله‌های کربنی تک جداره و چند جداره‌ی فعال مورد بررسی قرار گرفته است. نتیجه‌ی به دست آمده بیان می‌کند که نانولوله‌های
کربنی تک جداره‌ی فعال نسبت به چند جداره‌ی فعال، جاذبی مؤثرتر در حذف کروم شش ظرفیتی از محلول‌های آبی می‌باشند.[۲](منافی و همکاران) و
همچنین (نظری و همکاران) ابتدا فیلتری دستی را طراحی نمودند و سپس به‌وسیله‌ی جاذب‌های خاک و خاک اره، آب الوده با سه غلظت متفاوت ۸۸۳/۷ و
۱۷۶۷/۴ و ۸۸۳۷ppm[2] را پالایش کردند. درادامه به هرکدام ازجاذب‌ها مقادیری ازمخلوط نانوذرات اکسید آهن با چند جاذب گیاهی دیگر اضافه کرده و دوباره
فرایند جذب را انجام دادند. نتایج نشان داد که بهترین جاذب، جاذب خاک و نانوذرات اکسید آهن است و همچنین بهترین علمکرد درغلظت ۸۸۳۷ppm دست آمد
و ازسوی دیگر اضافه شدن نانوذرات باعث افزایش میزان جذب کروم و تبدیل Cr+6 به Cr+3 گردید. با استفاده از نتایج این تحقیق می توان گفت که ترکیب
شدن نانوذرات اکسید آهن با مواد فیلترهای حذف کروم می‌تواند Cr+6را به Cr+3 تبدیل کند و بازده‌ی فرایند حذف را افزایش دهد.[۳,۴]همچنین منافی با
استفاده از یک سیستم ناپیوسته و فرایند غوطه وری جاذب در محلول حاوی کروم برای حذف فلز کروم از آب نشان داد که بهترین زمان برای حذف، یک روز
است و همچنین فرایند فاقد همزن، مقدار درصد حذف بیشتری را از خود نشان می‌دهد و از سوی دیگر در این پژوهش در بازه‌ای که مورد بررسی قرار گرفت
با افزایش مقدار جذب، درصد حذف کروم از آب افزایش یافت.[۵]عملیات استخراج نفت و گاز در رشد اقتصادی و صنعتی کشورها بسیار موثر بوده و از درجه‌ی
اهمیت بسیاری و به ویژه برای کشورهای نفت خیز برخوردار است. فرایندهای اکتشاف، استخراج ، بهره برداری، نمک‌زدایی و انتقال نفت موجود در اعماق
زمین، موجب بروز آلودگی‌های زیست محیطی بسیاری می‌گردند. فلزات سنگین موجود در این آلودگی‌ها وارد چرخه‌ی طبیعت شده و وارد آبهای زیرزمینی
می‌گردند. فلزات سنگین در آب تاثیرات خطرناکی بر سلامت انسان دارند. نانو ذرات آهن صفر‌ظرفیتیNVZIبه دلیل داشتن اندازه‌ی کوچک، سطح مقطع زیاد،
شکل کریستالی و نظم شبکه‌ای منحصر به فرد و واکنش پذیری بسیار زیاد می‌توانند برای حذفCr(VI)مورد استفاده قرار گیرند. نتایج حاصل از مطالعه‌ی
(عبادی و همکاران) نشان داد که با افزایشpHمیزان حذف کروم کاهش می‌یابد و با توجه به اینکهPv<0/05 است نتیجه گرفتند که بین متغیرهای مورد
مطالعه با راندمان حذف کروم(VI)اختلاف معنی داری وجود دارد و بیشترین راندمان حذف کروم(VI)درpH برابر ۵ با غلظت۲۱ ppm Cr(VI)غلظت ۰/۵گرم در لیتر
نانو ذره به میزان ۱۱ درصد و در همان دقایق اولیه می‌باشد و کمترین میزان حذف برای غلظت اولیه کروم۱ میلیگرم در لیتر درpHبرابر ۹ و غلظت نانو ذره ۱ به
میزان ۳ درصد بعد از زمان ماند ۱ دقیقه می‌باشد.[۶]از فناوری‌های نوید بخش جهت حذف کرومشش ظرفیتیاز آب احیا آن به‌وسیله‌ی نانوذرات آهن است که
سطح ویژه بالایی را جهت تماس با اکسی‌آنیون‌های کروم(VI) فراهم می‌آورند. در تحقیقی توسط (تبریزی و همکاران) نانوذرات آهن از احیا نمک آهن(III)
توسط یک احیاگر قوی سنتز، و سپس به‌عنوان جاذب جهت حذف کروم(VI) به‌کاررفته است. اندازه و مورفولوژی ذرات جاذب با میکروسکوپ الکترونی
عبوری(TEM[3] )بررسی و تغییرات غلظت یونکروم(VI)به‌دلیل جذب آن توسط ذرات با استفاده از خواص نوری یون کرومVIو نیز روش فتومتریک دی فنیل
کربوهایدرازاید اندازه گیری شده است. نتایج نشان می‌دهد که درتمامی موارد آزمایش شده، بیش از ۹۹% کروم(VI)توسط نانوذرات آهن حذف گردیده و
بالاترین میزان جذب کروم(VI)توسط جاذب درآزمایشات انجام شده حدود ۳۰mg/g می باشد.[۷]الحاق شبکه‌ی پلیمر به میزبان‌های معدنی از موضوعات
جالبی است که در دهه‌های اخیر به آن توجه زیادی شده است. زئولیت‌ها یکی از این میزبان‌های معدنی هستند که سطح باردار منفی آن‌ها در تعادل با
کاتیون‌های مبادله شونده می‌باشد و در فرآیندهای تبادل یون به عنوان مواد جاذب برای حذف فلزات سنگین استفاده می‌شوند. زئولیت‌ها ظرفیت تبادل یون
بالائی داشته، ارزان قیمت بوده و به وفور در طبیعت یافت می‌شوند. پلی پیرول و مشتقات آن جزو معروف‌ترین پلیمرهای الکترو فعال هادی هستند که هم به
طریق شیمیائی و هم الکتروشیمیائی در حلال‌های آبی و آلی قابل سنتز می‌باشند. پلیمریزاسیون پیرول در کانال‌های زئولیت، خواص بهتری به زئولیت
خواهد داد و مانع تراکم خود به خودی پلیمر خواهد شد. در یک کار پژوهشی توسط (احمدی و همکاران)، پلی پیرول به طریق شیمیائی درون منافذ زئولیت
طبیعی، کلینوپتیلولیت سنتز شد و کامپوزیت تهیه شده از پلی پیرول/ کلینوپتیلولیت و کلینوپتیلولیت/ آهن به عنوان جاذب برای حذف کروم از آب استفاده شد.
آزمایشات حذف کروم در نمونه های با غلظت متغیر ۵۰ – ۱ میلی گرم در لیتر انجام شد. نتایج تحقیقات نشان داد که کامپوزیت پلی‌پیرول/ کلینوپتیلولیت
موفق‌تر از کلینوپتیلولیت تیمار شده با کلرید آهن در حذف کروم عمل کرده است.[۸](مرادی و همکاران) نشان دادند میزان تبدیل کروم(VI)به کروم(III)با
اعمال روش‌های اصلاحی در مقایسه با حالت اولیه‌ی انجام آزمایش بیش از ۲۰ درصد افزایش پیدا می کند. در این تحقیق اثر استفاده از دیواره‌های حاوی نانو
آهن واقع در نزدیکی آند و اسید استیک در محفظه‌ی کاتد در بهبود راندمان حذف کروم (VI) بررسی شده است. در این آزمایش بیش از ۷۰ درصد کروم(VI)به
کروم(III)تبدیل و حدود ۵/۵ درصد از کروم موجود در بافت خاک نیز خارج گردید.[۹](حسین زاده و همکاران) امکان کارا بودن فرآیند UV/ZnOدر احیایCr(VI)در
غلظتهای پایین و pH اسیدی را نشان دادند. هدف این مطالعه کاربرد احیای فتوکاتالیستیCr(VI) با استفاده از نانوذرات اکسید روی به عنوان کاتالیست و در
نتیجه تغییر آن به گونه غیر سمیCr(III)در یک رآکتور ناپیوسته بود.[۱۰]در تحقیقی با هدف بررسی فرایند غشایی نانو فیلتراسیون به عنوان یک روش
امیدوار کننده در حذف کروم ۶ ظرفیتی از آبهای لب شور توسط (باریک بین و همکاران) به منظور تاثیر فشار،PH و نوع ماتیون و آنیون همراه در میزان حذف
کروم ۶ ظرفیتی ، غلظت های ۰/۱ mg/Lو ۵ mg/Lکروم و همزمان با سولفات به عنوان آنیون عمده در شهر مورد مطالعه در محدوده غلظت ۱۰۰-۴۰۰
mg/Lتحت فشار ۲ تا ۱۰ بار انتخاب گردید. نتایج حاصل از آزمایشات بر روی آب مصنوعی نشان داد که تغییر کروم ۶ ظرفیتی تغییر محسوسی در میزان حذف
آن در فشار بهینه ۴ بار ایجاد نمی کند (۹۶%). ولی افزایش سولفات در آب واقعی باعث کاهش میزان حذف کروم ۶ ظرفیتی در فشارهای ۴ و ۸ بار می شود.
بهترین راندمان حذف درPHخنثی و متمایل به قلیایی رخ داد. تحقیق نشان داد که افزایشTDSدر جریان ورودی ، فشار بهره برداری وpHبیشترین اثر را در
عملکرد نانوفیلتر داشته است. بر اساس نتایج بدست آمده نانو فیلتراسیون روش مناسبی در حذف کروم ۶ ظرفیتی از آبهای لب شور می باشد.[۱۱]در
تحقیقی که توسط (نوروزی و همکاران) انجام گرفت از نانو ذرات آهن با ظرفیت صفر استفاده گردید. با توجه به نتایج به دست آمده مشخص گردید نانو ذرات
آهن به عنوان یک نسل جدید از تکنولوژی‌های پایش زیستی برای حذف فلزات سنگین از محیط های آبی محسوب می‌گردند که می توانند راه حل مناسب و
اثر بخشی جهت حل بسیاری از مشکلات زیست محیطی باشند.[۱۲]در آزمایشات(مهردادی و همکاران) امکان استفاده ازنانوذرات مگ هماتیت برای حذف
کروم شش ظرفیتی ازپساب‌های صنعتی با تاثیر مشخصه‌های مختلف ازقبیل غلظت اولیه فلز pH و زمان تماس، میزان نانو ذرات و دما بررسی شد. نتایج
نشان داد که واکنش جذب کروم شش ظرفیتی به نانوذرات پس از۲۵ دقیقه به‌تعادل می‌رسد. با افزایش غلظت، میزان جذب کاهش یافته و با افزایش میزان
جاذب، زمان تماس و دما، میزان جذب افزایش می‌یابد. میزان جذب کروم شش ظرفیتی درpH=2 حداکثر است. درمجموع، نتایج حاصل از انجام آزمایشات
نشان داد میزان جذب یون‌های کروم شش ظرفیتی توسط نانوذرات مگ هماتیت بسیارحائز اهمیت است.[۱۳]از کیتوسان می توان برای حذف کروم استفاده
نمود. در مطالعه‌ای توسط (اخلاصی و همکاران)، میزان حذف کروم از محلول‌های آبی توسط نانوذرات کیتوسان مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور
نانوذرات کیتوسان سنتز شده و آزمایشات جذب نیز در سیستم ناپیوسته و در دمای اتاق صورت گرفت. مشخصات جاذب سنتز شده با طیف سنجی مادون
قرمز(FT-IR)و میکروسکوپ الکترونی پیمایشی(SEM[4])آنالیز گردید. در طی آزمایشات جذب نیز کارایی حذف کروم توسط نانوذرات کیتوسان، در حدود ۷۵
درصد حاصل شد. بنابراین می توان از این جاذب جهت حذف فلزات سنگین از محیط های آبی بهره گرفت.[۱۴](اخباری زاده و همکاران) در تحقیق خود، از نانو
ذرات اکسید آهن (مگهمایت) تولید شده به روش نوین تک مرحله‌ای جهت بررسی حذف رقابتی یون هایCr (VI) ،Ni (II)وCu (II)از پساب معادن با تاثیر
پارامترهای مختلف از قبیل غلظت اولیه مس، کروم و نیکل، , pHزمان تماس و دما استفاده کردند. نتایج نشان داد در غلظت اولیه ۵۰ میلیگرم بر لیتر، مقدار
جاذب ۱ گرم و دمای ۷۰ درجه سانتیگراد، میزان جذب کروم در ۲/۶pH= میزان جذب مس در ۶/۵pH = و میزان جذب نیکل درpH = 8/5 حداکثر می‌باشد.
ایزوترم جذبی توسط مدل فرندلیچ و لانگمیور مورد بررسی قرار گرفت و مشخص شد که جذب مس، کروم و نیکل توسط نانو ذرات مگهمایت از مدل جذبی
لانگمیور پیروی می‌کند. بر اساس نتایج بدست آمده، اگرچه فرایند جذب سطحی با استفاده از نانو پودر اکسید آهن به عنوان روشی مناسب جهت تصفیه
پساب‌های حاوی مس، کروم و نیکل معرفی می‌گردد، در شرایط مشابه، با افزایش غلظت اولیه یون‌های مس، نیکل و کروم، رقابت مس در جذب شدن به
جاذبγ-Fe2O3درpH خنثی، بیشتر از کروم و نیکل است.[۱۵]کنترل و تصفیه آبهای زیرزمینی به‌وسیله نانو ذرات آهن در طی سالیان اخیر بسیار مورد توجه
قرار گرفته است. کروم به‌عنوان یکی از آلاینده‌های متداول خاک و آبهای زیرزمینی محسوب می‌گردد که آهن با ظرفیت صفر، به عنوان عامل احیاء کننده‌ی
طبیعی می‌تواند در کنترل مکان‌های آلوده مورد استفاده قرار گیرد. (رحمانی و همکاران) در تحقیق خود هدف حذف کروم شش ظرفیتی از محیط‌های آبی با
استفاده از نانو ذرات آهن تولیدی و پارامترهای موثر بر آن را دنبال کردند.[۱۶]در پساب های صنعتیCr(VI)وCr(III)موجود می‌باشدCr(III) .برای بدن انسان
ضروری اماCr(VI)بسیار سمی و سرطان‌زاست زیرا این عنصر واکنش های برگشت ناپذیری باNDAخون انجام می‌دهد که سبب اختلالات شدید در بدن خواهد
شد. لذا لازم است پساب‌های صنعتی از این عنصر عاری باشند. روش های متفاوت جهت جذب این عنصر از پساب‌ها از قبیل استخراج به‌وسیله‌ی حلال، روش
های بیولوژیکی و جذب با کربن فعال وجود دارد، اما این روش‌ها غالبا پیچیده بوده و یا مقرون به صرفه نیستند. حذف فلزات سنگین از فاضلاب های صنعتی به
وسیله نانوذرات آهن در طی سالیان اخیر بسیار مورد توجه قرارگرفته است. کروم به عنوان یکی از آلاینده‌های دارای اهمیت در محیط زیست محسوب
می‌گردد و در غلظتهای بالا در پساب صنایع آبکاری وجود دارد. نانوذرات آهن مغناطیسی با استفاده از مکانیسم‌های جذب سطحی، تعویض یونی و
نیروهای الکترواستاتیک می‌تواند در کنترل و حذف فلزات سنگین از فاضلاب‌های صنعتی مورد استفاده قرارگیرند. (خدابخشی و همکاران) کارایی نانوذرات
مغناطیسی در حذف کروم شش ظرفیتی از پساب‌های شبیه سازی شده صنایع آبکاری و پارامترهای موثر بر آن را بررسی کردند. نانوذرات مگنتیت با
استفاده از روش سل – ژل و با افزودن کلرور آهن دو و سه ظرفیتی درمحیط مایی و تحت شرایط قلیایی تهیه گردید سپس تاثیر عوامل موثر براین فرایند
شامل غلظت نانوذره، غلظت اولیه کروم، PH محلول، سرعت اختلاط و زمان تماس بررسی گردید. برای تعیین حجم نمونه از روش تاگوچی و تحلیل داده ها
براساس مدل رگرسیون خطی ساده انجام شد و نمونه برداری برمبنای پروتکل نمونه برداری انجام شد.[۱۷](مرشد زاده و همکاران) جذب Cr(VI)توسط
ضایعات کشاورزی (خاک اره و برگ کاج)را مورد بررسی قرار دادند. از نتایج آزمایشات چنین برآمده که کاهش مقدار جاذب، افزایشPH، و کاهش دما بر
جذبCr(VI)اثر نامطلوبی خواهد داشت. در این آزمایشات جهت سنجشCr(VI)در محلول از روش اسپکتروفتومتری استفاده شده است. که در این روش
ماده‌ی مجهول با اسید سولفوریک و دی فنیل کاربازید مخلوط وبه حجم رسانیده شده و آن‌گاه در طول موج ۵۴۰ نانومتر توسط دستگاه اسپکتروفتومتر میزان
جذب کروم مشخص خواهد شد. در این آزمایشات ابتدا با بررسی اثر زمان برای پیدا کردن زمان تعادل پرداخته شده و سپس در زمان تعادل اثرPHمحلول بر
میزان جذب و آن‌گاه در زمان وPHبهینه اثر مقدار جاذب سنجیده شده است.[۱۸]نتیجه گیریکروم شش ظرفیتی ماده‌ای سمی و خطرناک است که در صورت
وجود در منابع آب و پساب‌های صنعتی خطر ساز بوده و می‌تواند آسیب‌های جدی را به همراه داشته باشد. بنابراین حذف و کاهش آن از محیط زیست
ضروری می‌باشد. فناوری نانو با پیشرفت خود می‌تواند تاثیر به‌سزایی را در این زمینه داشته باشد. با توجه به موارد بررسی شده، موارد زیر برای حذف کروم
شش ظرفیتی و کاهش خطرات آن توصیه می‌شود:
استفاده از نانوکامپوزیت و ترکیب نانوکامپوزیت با نانوذرات آهن با ظرفیت صفر
استفاده از نانولوله‌های کربنی تک‌جداره
ترکیب کردن نانوذرات اکسید آهن با مواد فیلتر کروم شش ظرفیتی
استفاده از کامپوزیت پلی‌پیرول/ کلینوپتیلولیت
احیای فتوکاتالیستیCr(VI) با استفاده از نانوذرات اکسید روی و تبدیل آن به گونه غیر سمیCr(III)
استفاده از نانوفیلترها
جذب یون‌های کروم شش ظرفیتی توسط نانوذرات مگ هماتیت
استفاده از نانوذرات کیتوسان برای حذف فلزات سنگین
آخرین ویرایش:
