بعد از انسان، آب شاید یکی از اجزاء بینظیر جهان هستی باشد. آب از دو عنصر اکسیژن و هیدروژن تشکیل شده است که این دو عنصر در شرایط معمولی به صورت گاز میباشند.
انسان و سایر حیوانات و همچنین گیاهان بدون آب نمیتوانند به حیات خود ادامه دهند، صنایع بدون آب نمیتوانند به موجودیت خود ادامه دهند، درعین حال آب باعث مشکلات زیادی در صنایع میشود. آب مادهای حیاتی است که حدود 60 تا 70 درصد وزن انسان رشد یافته را تشکیل میدهد و بعد از اکسیژن مهمترین ماده برای زیستن میباشد. دو سوم سطح زمین را آب فرا گرفته و به طور کلی میتوان گفت که منابع موجود آب دو نوع است: 1- آبهای زیرزمینی 2- آبهای سطحی .ناخالصیهایی که ممکن است در منابع آب موجود باشند به دو دسته جامدهای معلق و محلول تقسیم میشوند [1].
یکی از مشکلات عمده زیست محیطی وجود ترکیبات آلی به ویژه ترکیبات رنگی در آب میباشد. بنابراین لازم است که پسابهای صنعتی قبل از ورود به محیط زیست و منابع آب تصفیه شوند. طی سالهای اخیر تعداد مراکزی که پسابهای خود را به شبکهی فاضلاب شهری تخلیه میکنند، افزایش یافته است. با توجه به اثرات سمی ناشی از حضور این فضولات حتی با غلظت کم و به منظور ارتقای شرایط زیست محیطی آبهای سطحی و رودخانهها، روشهای تصفیهی معمول باید بهبود یابند.
تصفیهی پسابهای صنعتی به روشهای سنتی دیگر جوابگوی حذف ناخالصیها نمیباشد. روشهای تصفیهی پساب از قبیل لختهسازی، شناورسازی، اکسایش الکتروشیمیایی و یا توسط کربن فعال و مواد جاذب، اسمز معکوس، اوزون و پروسههای اکسایش و کاهش تماماً تکنیکهایی است که میتوان برای تصفیهی پسابهای فاضلابهای صنعتی استفاده نمود.
استفاده از جاذبها روشی مناسب و ساده و مقرونبهصرفه میباشد. به همین دلیل پژوهشگران در سالهای اخیر مطالعات زیادی در استفاده از این روش برای حذف ترکیبات پیریدینی و ناخالصیها از پسابهای صنعتی انجام دادهاند. در این مطالعات از جاذبهای طبیعی نیز بهره گرفته شده است.
این فصل برخی از مطالعات و کارهای انجام شده توسط پژوهشگران به منظور حذف ناخالصیها از پسابهای صنعتی را مرور و مختصری از تحقیق صورت گرفته در هر مورد را ذکر میکند.
1-2- بنتونیت
بنتونیت از ورقههای آلومینا و سیلیکا با پیوند سست تشکیل شده که میتواند در محیط آبی به ذرات با ابعاد 003/0 میکرومتر ضخامت و 01/0 میکرومتر طول جدا شود. خاصیت جدا شدن آسان و بار الکتریکی منفی سبب انتشار وسیع آن در آب میشود. بنتونیت کاتیونهای قابل مبادله Na+، Ca+ یا Mg+ داشته و از هر کانی دیگر به جز زئولیت ظرفیت تبادل یونی بیشتری دارد. این خاصیت بر ویژگیهای تجاری آن
تأثیر گذاشته و تقسیم بندی آن بر همین اساس صورت میگیرد.
سدیم بنتونیت دارای قابیت تورم بسیار بالا و کلسیم بنتونیت دارای ظرفیت تورم پایین میباشند. یک فرق اساسی دیگر بین این دو نوع کانی است که نوع سدیمدار تا دمای 400 درجه سانتیگراد پایدار است. نوع کلسیمدار با کربنات سدیم واکنش داده تا خاصیت تورم آن افزایش پیدا کند.
خاصیت جذب یونها و مولکولها توسط بنتونیت بسیار بالاست. نوع کلسیمدار سریعتر آب جذب میکند ولی نوع سدیمدار ظرفیت بیشتری دارد. نوع کلسیمدار با اسید آلی واکنش داده شده تا ناخالصیهایی مانند کلسیت را حل نماید. یونهای دو ظرفیتی مانند کلسیم را با هیدروژن جایگزین کند و فلزاتی مانند آهن، آلومنیوم و منیزیم را شسته، باعث افزایش سطح مخصوص و تخلخل و تغییر شبکه بلورین شود که از آن برای تصفیه، رنگزدایی، آبگیری و گند زدایی روغنهای حیوانی و گیاهی و یا خنثی سازی به کار میرود.
بنتونیت ناخالصیها و باکتریهای لخته شده را جذب و با حذف نمکهای منیزیم و کلسیم سبب نرم شدن آب میشود.
1-3- زئولیت
زئولیتها از دستهی کانیهای رسی هستند که همچون سایر کانیهای رسی از پایه هیدروسیلیکاتهایآلومنیوم همراه با برخی کاتیونها و اکسیدهای فلزات قلیایی و قلیایی خاکی تشکیل شدهاند. این کمپلکس کریستالی سیلیکاته زنجیرههای گسترده و پیوستهای را به وجود میآورند که با توجه به نحوهی اتصال و قرار گیری آنها در کنار یکدیگر شبکهای از فضاهای خالی و حفرههای قفسه مانندی را تشکیل میدهند که قطر آنها بین 10- 3 انگسترم میرسد. وجود پرشمار این قفسههای کوچک خالی به همراه حضور برخی از کاتیونهای فلزی قلیایی و قلیایی خاکی با اتصال ضعیف ویژگی منحصر به فرد جذب، تعویض کاتیونی،
غربال مولکولی و خواص کاتالیستی را به وجود میآورند که نه تنها زئولیتها را از دیگر انواع رسها متمایز میسازد بلکه به علت تنوع کاربردی این خصیصه در صنایع، دانشمندان را به کشف و دستهبندی انواع زئولیتهای طبیعی ترغیب نموده و ساخت انواع مصنوعی آن را نیز موجب شده است. به طوری که در حال حاضر بیش از 40 نوع کانی زئولیت طبیعی کشف و بیش از 150 نوع زئولیت مصنوعی ساخته شده است که هر یک کاربرد اختصاصی خود را دارد.
خواص منحصر به فرد ذکر شده این کانی، همراه با مقاومت بالای مکانیکی و شیمیایی، امکان یک بازهی وسیعی از کاربردهای پرشمار در صنایع کشاورزی، پتروشیمی، محیطزیست، تصفیهی آب و هوا، داروسازی، از بین بردن قارچها و انگلها و صنایع اتمی را فراهم نموده است.
1-4- کائولن
کائولن از مجموعه کانیهای رسی بوده و فرمول شیمیایی آن Al2Si4(OH)8 است. کانیهای کائولن شامل کائولینیت، دیکیت، ناکریت و هالوزیت میباشند. فراوانترین کانی این گروه کائولینیت است. همهی این کانیها جزو کانیهای آلومینا-سیلیکات هسنتد که در سیستمهای مونوکلینیک و یا تریکلینیک متبلور میشوند. از مهمترین خصوصیات کانیشناسی رسهای کائولن نرمی و عدم سایندگی آنها میباشد. رسهای کائولن اکثراً از آلتراسیون کانیهای آلومنیوم سیلیکات در نواحی گرم و مرطوب به وجود میآیند. فلدسپاتها از جمله کانیهای عمومی منشأ پیدایش آنها میباشند.
آمریکا، انگلیس، روسیه، جمهوری چک و برزیل بزرگترین تولید کنندگان کائولن هستند.
کائولن مادهای نیمه بلور و تا حدی بیشکل میباشد. خمیر آن با آب شکلپذیر میشود و در اثر پخته شدن، شکل و رنگ آن تغییر نمیکند. واحد ساختاری گروه کائولن از انطباق صفحهی چهاروجهی بر روی صفحهی هشتوجهی به وجود میآید. اکسیژن رأس صفحه چهاروجهی با صفحهی هشت وجهی مشارکت میکند و در داخل واحد ساختاری تشکیل صفحهی مشترکی از یونهای اکسیژن میدهد و در صفحه مشترک دوسوم یونهای اکسیژن بین Si و Al شرکت کردهاند و یک سوم بقیهی یونهای اکسیژن، بارهای الکتریکی خود را به وسیلهی H+ در جهت تشکیل H خنثی و آن را تکمیل میکنند.
خصوصیات مهم کائولن که مصارف متعدد آن را سبب شده است میتوان به صورت زیر نام برد:
- از نظر شیمیایی در گسترهی وسیعی از تغییرات pH، بدون تغییر میماند
- داشتن رنگ سفید که آن را به صورت ماده رنگی قابل استفاده میسازد
دارا بودن خاصیت پوششی بسیار خوب
- نرمی و غیر سایشی بودن آن
- قابلیت اندک هدایت جریان الکتریسته و گرما
- قیمت ارزان
مهمترین کاربرد کائولن استفاده از آن در صنعت کاغذ به عنوان پرکننده و پوشش دهنده میباشد. سایر منابعی که از کائولن استفاده میکنند به ترتیب میزان مصرف عبارتند از: 15% سرامیک، 6% فایبرگلاس، 6% سیمان، 6% پلاستیک و لاستیک، 3% صنایع رنگ و مصرف آن در سایر صنایع 4% میباشد.
1-4-1 کاغذ سازی
استفاده از کائولن در کاغذسازی باعث نرمی کاغذ خواهد شد و جذب جوهر، درخشندگی، ارزانی و پوشش مناسب از دیگر مزیتهای استفاده از کائولن در صنایع کاغذسازی است. کاغذ اگر حتی خخل و ناهمواریهای بین الیاف سلولزی آن به وسیلهی پرکنندهی معدنی پر شده باشد، بمنظور استفاده در فرآیند چاپی مدرن، تا زمانی که پوشش سطح را نداشته باشد، مناسب نیست. استفاده از پرکننده در خمیر کاغذ بخشی از شکافها و درزهای بین الیاف سلولز را پرکرده، لذا بسیاری از نقاط ریز مرکب چاپ در این نقطه به درستی قرار نگرفته و کیفیت کار چاپ کاهش مییابد. پوشش سطحی بر روی کاغذ باعث نرمی، جلا و قدرت جذب مرکب چاپ میشود. کائولن به سرعت در آب پراکنده شده و به وسیلهی ماشینهای مدرن پوشش دهنده، پوشش نازک به کاغذ داده میشود. در صنعت تولید کاغذ، کائولن مورد استفاده باید به سرعت در آب معلق گردد. اندازه ذرات و دانهبندی از اهمیت ویژهای برخوردار است.
1-4-2- داروسازی
کائولن در صنعت داروسازی با ترکیب سیلیکات آلومنیوم آبدار شناخته شده است. از کائولن برای تهیهی پمادهای مسکن درد، کاهش دردهای التهابی و معالجهی بیماریهای معده و روده استفاده میشود.
1-4-3- رنگسازی
استفاده از کائولن در رنگسازی پلاستیک سبب کنترل ویسکوزیته میشود. 10% کائولن در رنگسازی باعث بالا رفتن قدرت پوششدهی، روان کنندگی و پخش کردن رنگ میشود. در رنگسازی از کائولن مرغوب و خالص به صورت مادهی رنگی و پرکننده بهره میگیرند. اصولاً کائولن به عنوان یک بسط دهنده و مادهی اصلی رنگ سفید به صورت جایگزین اکسید تیتانیوم در تولید رنگ مورد استفاده قرار میگیرد. کائولن کلسینه شده، اصلیترین کائولن به کار برده شده در صنایع رنگسازی است. روشن بودن رنگ ضمن ناشفاف بودن، از خصوصیات کائولن مصرفی در صنایع رنگسازی است و مشابهت خاصی با کائولن مصرفی در صنایع کاغذ دارد.
1-4-4- لاستیک سازی
در صنعت لاستیک سازی نیز کائولن را به عنوان مادهی پرکننده به کار میبرند. کائولن مقاومت در برابر سایش و صلبیت آن را افزایش میدهد. از کائولن خالص و نرم در لاستیکهای نرم نظیر کاشیهای لاستیکی و کائولن ناخالص در تهیهی لاستیکهای سخت نظیر پاشنه و کف در کفشها و لاستیک خودروها استفاده میشود. در صنایعی که ذرات درشت مزاحم است مانند صنایع لاستیک که به وسیلهی اکستروژن شکل داده میشوند. از کائولن کلسینه شده در صنایع لاستیک سازی به عنوان پوشش استفاده میگردد. از خصوصیات عمده کائولن مصرفی در صنعت لاستیک سازی این است که 5/99% ذرات باید زیر 44 میکرون باشد.