مرتبه‌ی دوم gr /( mg. min)The initial sorption rate, h (mg/g.min)h نرخ سرعت جذب اولیه mg/(g.min)Part per millionppm یک قسمت در یک میلیون قسمتK, TemperatureTدما بر حسب کلوین(K)
فصل اول: مقدمه و تئوری تحقیق

1-1 مقدمه
در چند سال اخیر، توسعه‌ی پایدار و توجه به نسل‌اینده، باعث شده‌است تا محققان بر روی روش‌هایی کار کنند که به کمک آن‌ها تخریب‌های زیست محیطی را کاهش داده و گسترش آلودگی‌ها کمتر شود، اما هرچه صنایع گسترده‌تر و بزرگتر می‌شوند، آلودگی‌های ناشی از فعالیت آن‌ها محیط‌‌زیست را بیشتر تهدید می‌کند.
رنگ‌ها یک دسته مهم از آلاینده‌ها می‌باشند که می‌تو‌اند توسط چشم انسان تشخیص داده‌شوند. هرچند که ادر منابع آب با ارزش باید اجتناب شود، با‌این حال، برای حل‌این مشکل فن آوری‌های مختلف و فرآیندهای مختلفی به کار برده می‌شوند. با‌این حال در میان روش‌های مختلفی که برای حذف رنگ وجود دارد، جذب سطحی جایگاه برجسته ای به خود گرفته‌است. تقاضا برای روش‌های کارآمد و کم هزینه برای جذب در حال رشد است و اهمیت جاذب‌های ارزان قیمت2 برای جایگزینی با جاذب‌های گران را افزایش داده‌است[1].
بررسی‌های جامع بر ادبیات کارهای گذشته نشان می‌دهد که جاذب‌های ارزان قیمت علاوه بر‌اینکه در دسترس باید باشند، بایستی ظرفیت جذب بالایی را نیز از خود نشان‌دهند. در کارهای گذشته بر شرایط بهینه‌ی جذب و نوع ماده‌ی جذب شده و شرایط محیط‌های مناسب برای جذب و قابلیت تبدیل شدن جاذب مورد نظر به کربن فعال، مورد بحث و بررسی قرار گرفته‌است[1].
انتشار آلودگی‌های رنگی به داخل آب‌های سطحی و زیر زمینی نیز مشکلات عمده ای بوجود آورده‌است. صنایع نساجی، مسئول رهاسازی رنگ‌های گوناگون به داخل منابع طبیعی آب‌ها هستند، دلیل آن را می‌توان در نبود بازدهی
کافی در تکنیک‌های رنگ رزی دانست. بیش از 15% رنگ‌ها ممکن است موقع استفاده از رنگ‌های واکنشی مستقیما وارد آب شوند[2].
در عملیات جذب سطحی انتقال یک جزء از فاز گاز یا مایع به سطح جامد صورت می‌گیرد. از کاربرد‌های‌این فرایند می‌توان به رنگبری شربت قند و تصفیه روغن‌های صنعتی یا خوراکی و حذف مواد آلاینده از هوا یا مخلوط گازهای دیگر اشاره کرد. شکل 1-1. نمودار خوشه ای تقسیم بندی کلی مواد آلاینده را نشان می‌دهد.
روغن پساب‌های خاممواد نفتی 99.9%0.1%حلال‌هارنگ‌های آلیآلیمایعجامدمحلول‌های نمک دارغیرآلی70%30%انواع اسید وانواع بازهاآلیغیرآلیمایعات شامل یون رنگ65%25%10%پروتئین‌هاکربوهیدرات‌هاچربی‌هاشننمک‌هافلزاتشکل 1- 1. نمودار خوشه ای برای دسته بندی کلیه‌ی پساب‌های آبی

واژه جذب سطحی برای تشریح‌این حقیقت بکار می‌رود که غلظت مولکول‌های جذب شده در سطح تماس جامد بیشتر از فاز گاز یا محلول است. جذب روی یک سطح جامد به علت نیروی جاذبه اتم‌ها یا مولکول‌ها در سطح آن جامد است. در عمل جذب سطحی نیروهای مختلفی اعم از فیزیکی و شیمیایی مؤثرند و مقدار آن بستگی به طبیعت ماده جذب شده و جسم جاذب دارد و به‌این دلیل می‌توان مثلا ماده ای را که در یک مخلوط وجود دارد جدا نمود[3, 4].
چند مثال که در ادامه بیان شده‌، نمایانگر طبیعت عمومی‌جداسازی‌ها خواهد بود و کاربرد‌های اصلی آن را نشان می‌دهد. در حالت جداسازی‌های گازی از فرایند جذب، در رطوبت زدائی‌ها هوای خشک و دیگر گازها، بوزدائی و جداسازی ناخالصی‌ها از گازهای صنعتی مثل دی اکسید کربن، بازیابی حلال‌های پر ارزش از محلول رقیق آن‌ها با هوا یا گاز‌های دیگر، و جداسازی مخلوطی از هیدرو کربن‌های گازی مانند مخلوطی از متان، اتیلن، اتان، پروپیلن و پروپان استفاده می‌شود[5].
از فرایند‌های جداسازی مایع می‌توان رطوبت زدائی بنزین، رنگ زدائی محصولات نفتی و محلول‌های آبکی قندی، بوزدائی و طعم زدائی آب، و جداسازی هیدرو کربن‌های آروماتیکی و پارافینی، را نام برد که هر کدام از‌این موارد در صنعت کاربرد وسیعی داشته و بنا به مورد و شرایط محدوده کاری از آن استفاده می‌شود. علاوه بر موارد ذکر شده، جذب رنگ در صنایع مختلفی جزو فرآیند‌های مطلوب بوده‌که کارهایی نیز در جهت افزایش انتقال رنگ از فاز محلول به سلولز انجام شده، از جمله‌ی کاربرد‌های‌این فرآیند در تولید کاغذهای رنگی و صنایع نساجی می‌توان اشاره کرد[6].
این عملیات‌ها همه از‌این جهت مشابه هستند که در آن‌ها مخلوطی که باید تفکیک شود با یک فاز نامحلول دیگر تماس حاصل می‌نماید (مانند جذب جامد) و پخش نامساوی مواد اولیه بین فاز جذب شده روی سطح جامد و توده سیال موجب جداسازی می‌شود[7].
1-2 انواع جذب
دو مکانیزم اصلی برای جذب سطحی وجود دارد[5]:
1) جذب فیزیکی یا واندوالس
2) جذب شیمیایی
در جذب فیزیکی به دلیل نیروهای جاذبه‌ی بین مولکولی جامد و ماده‌ی جذب شده یک پدیده‌ی برگشت پذیر رخ می‌دهد.‌این حالت تراکم با تولید حرارت همراه است که کمی‌بیش از حرارت نهان تبخیر و در حدود حرارت تصعید گاز می‌باشد. ماده‌ی جذب شده در کریستال و شبکه‌ی کریستالی جامد نفوذ نمی‌کند. و در آن حل نمی‌شود، بلکه در سطح باقی می‌ماند. در حالت کلی، در تعادل، فشار جزئی ماده جذب شده برابر با فشار فاز گاز تماس یافته با آن است و باکاهش فشار فاز گازی یا با افزایش دما، گاز جذب شده به راحتی دفع و از سطح بدون تغییر شکل جدا می‌شود. برگشت پذیری در‌این نوع عملیات جذب در صنعت بسیار مهم است، زیرا بازیابی جاذب‌های ساخته شده به دلیل صرفه جویی اقتصادی بسیار حائز اهمیت است، نمونه ای از‌این فرآیند‌ها را می‌توان فرآیند PSA دانست که در آن بایستی جاذب را برای مصرف مجدد بازیابی کرد.
جذب شیمیایی؛‌این نوع جذب، نتیجه‌ی فعل و انفعالات شیمیایی جامد و ماده جذب شده‌است. نیروهای چسبندگی معمولاً بیشتر از آن چیزی است که در جذب فیزیکی وجود دارد. حرارت آزاد شده در عمل جذب شیمیایی معمولاً زیاد و در حدود یک واکنش شیمیایی است، برای یک ماده ممکن است که جذب فیزیکی و در دمای زیاد‌، جذب شیمیایی مشاهده شود. جذب شیمیایی در کاتالیزورها مهم است.
1-3 طبیعت جاذب‌ها
جاذب‌ها بایستی خواص مهندسی شده‌ی خود را داشته باشند که از جمله‌ی‌این خواص، می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
* نباید اختلاف فشار زیادی‌ایجاد کنند
* نباید به همراه مواد از بستر خارج شوند
* مقاومت سختی خوبی داشته باشند
* بخواهیم در ظروف نگهداری و خارج کنیم، براحتی جریان پیدا کنند.
1-4 جاذب‌ها
جامدی که بر روی سطح آن جذب اتفاق می‌افتد جاذب3 می‌نامند. ماده‌ی جذب شده را مجذوب4 می‌نامند. جذب سطحی بر روی سطح مشترک جامد مایع به وقوع می‌پیوندد[8].
جامد‌های جاذب معمولا به شکل گرانول (ذرات کروی شکل با قطر چند میلیمتر) مصرف می‌شوند و اندازه آن‌ها از 12 میلیمتر قطر تا 50 میکرومتر متغیر است[5, 9]. به تازگی استفاده از نانو تکنولوژی سبب گردیده که حتی ابعاد نانو نیز به تسخیر روش‌ها و فناوری‌های کاربردی برای جذب در آمده و استفاده از آن رونق یابد. از جمله‌ی‌این دسته از جاذب‌ها می‌توان به نانو پلیمرهای زیستی و سطوح با ابعاد نانوساختار اشاره کرد.
همان طور که اشاره شد، جامد‌ها باید بر اساس کاربرد و موقعیت مصرف دارای بعضی خواص مهندسی باشند. برای مثال اگر از آن‌ها در یک بستر ثابت با جریان گاز یا مایع استفاده می‌شود، نباید اختلاف فشار زیادی‌ایجاد کنند و همچنین نباید توسط جریان سیال به خارج حمل شوند. آن‌ها باید از مقاومت و سختی خوبی برخوردار باشند تا در اثر حمل و نقل و همچنین در اثر وزن خود در بستر خرد نشوند. در صورتی که بخواهیم آن‌ها را از ظروف نگهداری به داخل و خارج انتقال دهیم، باید به راحتی جریان پیدا کنند.‌این‌ها خواصی هستند که به راحتی شناخته می‌شوند[5, 10].
خاصیت جذب جامد‌ها یک مسأله دیگر است. جذب یک پدیده عمومی‌است و تمام جامد‌ها، مقداری از گاز‌ها و بخارات را جذب می‌کنند. ولی در اهداف صنعتی تنها بعضی جامدات ظرفیت جذب لازم را دارند. پس جامداتی که دارای خاصیت جذب بسیار ویژه ای هستند و به مقدرا زیاد جذب انجام می‌دهند، طبیعت شیمیایی آن‌ها با خواص جذب رابطه دارد. ولی صرف شناسایی شیمیایی، برای مفید بودن آن کافی نیست. برای مثال استخراج، تمام نمونه‌های خالص بوتیل استات که اسید استیک را از آب استخراج می‌نمایند دارای قدرت یکسان هستند.‌این حالت برای خواص جذبی سیلیکاژل نسبت به بخار آب صادق نیست.‌این خواص جذبی بیشتر بستگی به روش ساخت ماده و دسترسی و سطح تماس جذب‌شونده و جاذب و سابقه جذب و دفع مواد روی آن دارد.
برخی از فرآیندهای جذب همراه با واکنش شیمیایی است، به طوری که به دلیل واکنش، جذب سریع‌تر اتفاق می‌افتد و خود به خودی می‌باشد، از‌این نوع جذب‌ها می‌توان به جذب رنگ دی آزو بر روی بنتونیت اشاره کرد[11]. در‌این گونه فرآیندها گرمای جذب به محیط داده‌شده و حتی خود جاذب دمایش افزایش پیدا کرده و فرآیند جذب را تحت تأثیر قرار می‌دهد. بسیاری از جامدات‌این خاصیت را دارند که بتوانند مقداری گاز یا ماده حل شده در حلالی را، جذب نمایند.
1-5 عوامل تأثیرگذار بر روی قدرت جذب یک جاذب
1-5-1 سطح تماس
یکی از مهم‌ترین پارامترهای جذب، سطح تماس دو گونه‌ی جذب‌شونده و جاذب می‌باشد. با افزایش سطح تماس مقدار جذب افزایش می‌یابد، بهترین جذب کننده‌ها موادی هستند که ذرات ریزتری داشته باشند و به عبارت دیگر سطح تماس بیشتر داشته باشند. در دهه‌های اخیر مبحث نانو و جاذب‌های نانو ساختار پا به عرصه‌ی تکنولوژی‌های کاربردی گذاشته که با وجود پیشرفت‌های حاصله، هنوز تأییدات‌ایمنی و بهداشتی درباره‌ی‌این مواد در‌‌هاله ای از ابهام قرار دارد. به همین خاطر در اکثر تحقیقات به‌این اشاره شده که کاربرد