وزارت علوم، تحقيقات و فناوري
دانشگاه علوم و فنون مازندران
پايان نامه
مقطع کارشناسي ارشد
رشته: مهندسي شيمي
عنوان :ساخت کامپوزيت پلي پيرول بر روي پلي وينيل الکل و کاربرد آن در حذف رنگ متيل اورانژ از محلول هاي آبي
استاد راهنما : جناب آقاي دکتر مازيار شريف زاده
استاد مشاور : دکتر غزاله اميني
دانشجو : زينب محسني کفشگرکلايي
تابستان 93
خداوند مهربان را سپاس ميگوييم که به ما نعمت آموختن ارزاني داشت و ياري‌مان نمود تا اين نعمت را درک نماييم. حال که به لطف و ياريش مرحلهاي از طريق نا‌متناهي کسب دانش را پشت سر گذاشتهام، بر خود لازم ميدانم که از تمامي عزيزاني که اينجانب را در طي اين دوران ياري نمودند، تشکر نمايم.
از اساتيد ارجمندم، جناب آقاي دکتر شريف زاده و خانم دکتر اميني که در تمامي اين مدت با بزرگواري فراوان، با راهنمايي‌هاي ارزنده ، پشتيبان و ياري گر اينجانب بودند، کمال امتنان را داشته و خود را مرهون زحمات ايشان ميدانم وبراي ايشان آروزي سلامتي و بهروزي دارم.
از خانم مهندس سيده شيوا حسيني مطلق که در اين مدت با شکيبايي و سعه‌صدر پاسخگو سوالات بي‌شمار من بودند تشکر و قدرداني مي‌نمايم و براي ايشان آروزي سلامتي و بهروزي و موفقيت روز افزون دارم.
در پايان از تمامي اساتيد مهندسي شيمي دانشگاه علوم وفنون که درطول دوره کارشناسي ارشد افتخار شاگردي ايشان را داشتهايم، تشکر و قدرداني مي‌نمايم.
چکيده:
در اين تحقيق به بررسي جذب رنگ متيل اورانژ که از رنگ هاي پر کاربرد در صنايع نساجي است توسط جاذب پلي پيرول بر مبناي پلي وينيل الکل پرداخته شده است.
آزمايش ها در سيستم ناپيوسته و توسط محلول رنگي با غلظت 40ppm انجام شد. جاذب پس از سنتز توسط آناليز اسکن ميکروسکپ الکتروني وتبديل فوريه مادون قرمز مورد بررسي قرارگرفت.
و در نهايت اثر پارامترهايي چون pH، زمان تماس،جرم جاذب و غلظت اوليه مطالعه شد و تمام اين پارامترها مورد بهينه سازي قرار گرفت.
نتايج حاکي از آن بود که pH بهينه براي جذب رنگ در شرايط مذکور و در دماي 20 درجه سانتي گراد ، 9 بوده است. ميزان جذب پس از 17 دقيقه به تعادل رسيد و مقدار جرم جاذب بهينه با توجه به توجيه اقتصادي 25/0 گرم در نظر گرفته شد.
سينتيک با مدل هاي موريس وبر، شبه درجه اول و شبه درجه دوم بررسي و مدل شبه درجه دوم بهترين ضريب همبستگي و در نتيجه بهترين تطابق را داشت.
ايزوترم هاي لانگموير، فرندليچ و دوبينين – رادشکويچ بررسي و در نتيجه آن مدل لانگموير بهترين تطابق را نشان داد که در نتيجه آن جذب از يک مدل تک لايه تبعيت مي کند.
کليد واژه ها: جذب سطحي، کامپوزيت پلي پيرول بر مبناي پلي وينيل الکل، متيل اورانژ ، پساب رنگي
فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل اول:مقدمه و کليات تحقيق
1-1مقدمه…………………………………………………………………………………………………………….2
1-2-طبقه بندي رنگ ها………………………………………………………………………………………..4
1-2-1-رنگ هاي بازي…………………………………………………………………………………………………..4
1-2-1-1-خصوصيات رنگ هاي بازي…………………………………………………………………..5
1-2-1-2-کاربرد رنگ هاي بازي…………………………………………………………………………..5
1-2-2-رنگ هاي اسيدي………………………………………………………………………………………………..5
1-2-3-رنگ هاي مستقيم………………………………………………………………………………………………..6
1-2-4-رنگ هاي دندانه اي……………………………………………………………………………………………..6
1-2-5-رنگ هاي آزوييکي………………………………………………………………………………………………7
1-2-6-رنگ هاي گوگردي………………………………………………………………………………………………7
1-2-7-رنگ هاي خمره اي……………………………………………………………………………………………..7
1-2-8-رنگ هاي کلوييدي…………………………………………………………………………………………….8
1-2-9-رنگ هاي فعال………………………………………………………………………………………………….8
1-3-آلودگي ناشي از رنگ ها……………………………………………………………………………….9
1-3-1-آلودگي ناشي از حلال ها و کنترل آن……………………………………………………………………9
1-3-2-آلودگي ناشي از رنگ ها و کنترل آن ها………………………………………………………………..10
1-3-2-1-رنگ هاي اپوکسي……………………………………………………………………………….10
1-3-2-2-رنگ هاي پلي اورتاني………………………………………………………………………….10
1-3-2-3-رنگ هاي وينيلي……………………………………………………………………………….11
1-3-3-آلودگي ناشي از رنگدانه ها………………………………………………………………………………11
1-4-مطالعات در طراحي رنگ ها…………………………………………………………………………11
1-4-1-رنگ هايي براي پلي استرها…………………………………………………………………………………12
1-4-2- رنگ هايي براي پلي آميدها و پروتئين ها……………………………………………………………..12
1-4-3-رنگ هايي براي پليمرهاي کاتيوني……………………………………………………………………….12
1-4-4-رنگ براي پليمرهاي سلولزي………………………………………………………………………………12
1-4-5-رنگ مو ها………………………………………………………………………………………………………..13
1-5-کاربرد رنگ ها…………………………………………………………………………………………….13
1-6-جنبه هاي محيط زيستي………………………………………………………………………………..17
1-7-جنبه هاي سمي بودن رنگ…………………………………………………………………………….17
1-8-حذف رنگ از پساب رنگي…………………………………………………………………………..18
1-8-1-ويژگي فاضلاب هاي نساجي…………………………………………………………………..18
1-9- تصفيه فاضلاب نساجي……………………………………………………………………………..19
1-9-1تيمارهاي فيزيکي………………………………………………………………………………………………..23
1-9-1-1-جذب……………………………………………………………………………………………….23
1-9-1-2-فيلتراسيون غشايي………………………………………………………………………………24
1-9-1-3-تبادل يوني……………………………………………………………………………………….24
1-9-1-4-انعقاد……………………………………………………………………………………………….24
1-9-2-تيمارهاي شيميايي……………………………………………………………………………………………25
1-9-2-1-شناساگر فنتون………………………………………………………………………………….25
1-9-2-2-ازون دهي………………………………………………………………………………………..25
1-9-2-3-فتوشيميايي………………………………………………………………………………………26
1-9-2-4-سديم هيپوکلرايد………………………………………………………………………………26
1-9-3-الکتروليز………………………………………………………………………………………………………..26
1-9-4-اکسيداسيون هواي مرطوب………………………………………………………………………………26
1-9-5-فراصوت………………………………………………………………………………………………………..27
1-9-6-تيمار بيولوژيکي……………………………………………………………………………………………..27
1-10-جذب…………………………………………………………………………………29
1-10-1 جاذب هاي رايج ………………………………………………………………………………29
1-10-1-1-کربن فعال……………………………………………………………………………………30
1-10-1-2-چيپس چوب………………………………………………………………………………..30
1-10-1-3-زغال نارس…………………………………………………………………………………..30
1-10-2-جذب سطحي……………………………………………………………………………………………….31
1-10-2-1-عوامل موثر بر روي جذب……………………………………………………………….31
1-10-2-1-1-سطح تماس…………………………………………………………………….32
1-10-2-1-2-غلظت………………………………………………………………………….32
1-10-2-1-3-دما…………………………………………………………………………………32
1-10-2-1-4-نوع ماده جاذب و جذب شونده………………………………………………..32
1-10-2-1-5- حالت ماده جاذب و جذب شونده…………………………………………….32
1-10-2-1-6-pH محيط……………………………………………………………………………………..33
1-10-3-ايزوترم هاي جذب…………………………………………………………………34
1-10-3-1-مدل ايزوترم لانگموير……………………………………………………………34
1-10-3-2-ايزوترم فروندليچ………………………………………………………………….35
1-10-4-مدل هاي سينتيکي…………………………………………………………………..36
1-11-متيل اورانژ………………………………………………………………………………38
1-12-طبقه بندي رنگ هاي آزو……………………………………………………………..38
1-12-1-مونو آزو…………………………………………………………………………….38
1-13-ويژگي هاي پلي پيرول و کامپوزيت هايش………………………………………….39
1-13-1-روش توليد………………………………………………………………………………….39
فصل دوم:ادبيات و پيشينه تحقيق
مقدمه ………………………………………………………………………………………………………………42
2-1-تاريخچه رنگ ها………………………………………………………………………………………..42
2-2-حذف متيل اورانژ و متيلن بلو از فاضلاب…………………………………………….44
2-3-حذف رنگ از فاضلاب توسط کربن فعال ارزان قيمت به دست آمده از ضايعات کشاورزي …………………….. 44
2-4-مطالعه سينتيک و ايزوترم حذف متيل اورانژ از فاضلاب با استفاده از کاتاليست اکسيد مس تهيه شده توسط کاغذ چاپ باطله……………………………………………………….45
2-5-سينتيک و مکانيزم جذب رنگ متيل اورانژ روي سيليکاژل اصلاح شده باقي مانده از يک کارخانه ………………………………………………………………………………………………………46
2-6-تصفيه پيشرفته فاضلاب حاوي متيل اورانژ و فلزات سنگين بر روي Tio2 و خاکستر و مخلوطشان……………………………………………………………………………………..47
2-7-مدل سينتيکي براي حذف متيل اورانژ از محلول آبدار با استفاده از بذر درخت آووکادو…………………………………………………………………………………………..47
2-8-ايزوترم دو پارامتري جذب متيل اورانژ توسط کربن فعال……………………………48
2-9-مطالعه سينتيک و ايزوترم جذب نيکل از فاضلاب رنگي توسط کامپوزيت PPy/PVA…………………………………………………………………………………………………………49
2-10-روش هاي نوين…………………………………………………………………………………………………..50
2-10-1-بهبود تصفيه پساب هاي نساجي توسط تابش پرتو الکتروني……………………….50
فصل سوم:مواد و روش آزمايش
3-1-مواد و روش هاي آزمايش……………………………………………………………….53
3-2-مشخصات متيل اورانژ……………………………………………………………………54
3-3-روش انجام آزمايش………………………………………………………………………55
3-4-ساخت کامپوزيت …………………………………………………………PPy/PVA57
3-5-ساخت جاذب پلي پيرول……………………………………………………………….57
فصل چهارم:محاسبات و يافته هاي تحقيق
4-1-بررسي ساختار جاذب ها به وسيله FTIRوSEM…………………………………………….60
4-1-1-بررسي SEM………………………………………………………………………………………….64
4-2-بررسي عوامل مختلف روي جذب………………………………………………………68
4-23-1-بررسي اثر pH بر راندمان جذب………………………………………………….68
4-2-2-بررسي اثر زمان انجام واکنش بر روي راندمان حذف…………………………….69
4-2-3-بررسي اثر ميزان جاذب بر روي راندمان حذف …………………………………..70
4-2-4-بررسي اثر غلظت محلول رنگي متيل اورانژ بر راندمان جذب……………………71
4-3-بررسي سينتيک جذب……………………………………………………………………72
4-3-1-معادله خطي شده موريس وبر………………………………………………………..73
4-3-2-معادله خطي شده شبه درجه اول…………………………………………………….73
4-3-3-معادله خطي شده شبه درجه دوم…………………………………………………….74
4-4-بررسي ايزوترم هاي جذب………………………………………………………………75
4-4-1-معادله خطي شده لانگموير…………………………………………………………..76
4-4-2-معادله خطي شده فرندليچ……………………………………………………………77
4-4-3-معادله خطي شده دوبينين-رادشکويچ………………………………………………78
4-5-مقايسه ميزان جذب متيل اورانژ توسط جاذب هاي PPy,PVA,PPy/PVA………..79
فصل پنجم:جمعبندي و پيشنهادات
5-1-نتيجه گيري……………………………………………………………………………………82
5-2-پيشنهادها………………………………………………………………………………………83
پيوست: منابع و مآخذ
فهرست علايم و نشانه ها
عنوان علامت اختصاري
پليپيرولPPy
پليپيرول کت شده بر روي پلي ونيل الکلPPy/PVA
غلظت تعادليCe(ppm)
غلظت در زمانCt(ppm)
غلظت اوليهCi (ppm)
ضريب همبستگيr2
ثابت لانگمويرKl (l/mg)
ثابت فرندليچKf (mg/g)
ثابت دوبينين ـ رادشکويچkad (mol2/kj2)
ثابت معادله موريس-وبرKid (mg.g-1.min-0.5)
ثابت معادله شبه درجه يکk1 (1/min)
ثابت معادله شبه درجه دوk2 (g.mg-1.min-1)
حجم محلولV (lit)
زمانt (min)
ثابت معادله فرندليچ (شدت جذب)n
ثابت تعادل ترموديناميکيKc
ظرفيت جذب در زمانqt t(mg/g)
ظرفيت جذب در تعادلqe (mg/g)
ظرفيت اشباع ايزوترم تئوريqs (mg/g)
فهرست جدول ها
عنوان صفحه
جدول (1-1):طبقه بندي ومثال هايي از رنگ ها بر اساس حضور کروموفورها……..13
جدول (1-2):گروه بندي کاربردي رنگ ها……………………………………………………14
جدول (1-3):انواع آلاينده ها در فاضلاب نساجي………………………………………….18
جدول (1-4):مزايا و معايب روش هاي حذف رنگ……………………………………….28
جدول(1-5):شرايط بهينه براي PPy و کامپوزيت هايش………………………………….40
جدول (3-1):وسايل و تجهيزات……………………………………………………………….53
جدول(3-2):مواد شيميايي……………………………………………………………………….53
جدول(3-3):مشخصات متيل اورانژ……………………………………………………………54
جدول(4-1)مقايسه مدل هاي سينتيکي جذب متيل اورانژ……………………………….75
جدول(4-2 )مقايسه مدل هاي ايزوترم جذب متيل اورانژ……………………………… 79
جدول(4-3):مقايسه مقدار جذب جاذب هاي مختلف براي رنگ متيل اورانژ
( پلي پيرول خالص ، جاذب و پلي وينيل الکل)…………………………………………..80

فهرست شکل ها
عنوان صفحه
شکل (1-1):تجزيه يک رنگ آزو ……………………………………………………………………………..21
شکل (1-2):اکسيداسيون يک رنگ آزو فنوليک توسط آکاز…………………………………………….22
شکل(1-3):زغال ها رنگ بر…………………………………………………………………………………….31
شکل(3-1):ساختار متيل اورانژ………………………………………………………………………………….55
شکل (3-2):ساخت جاذب پلي پيرول وپلي پيرول/ پلي وينيل الکل…………………………………58
شکل (3-3):تهيه محلول هاي شاهد ………………………………………………………………………….58
نمودار(4-1)تصوير FTIR از پيرول خالص…………………………………………………………………63
نمودار (4-2)تصوير FTIR ازپلي وينيل الکل خالص…………………………………………………….63
نمودار (4-3)تصوير FTIR از کامپوزيتPPY/PVA…………………………………………………….63
شکل (4-1) شکل تصوير SEM براي جاذب پلي پيرول ……………………………………………..66
شکل( 4-2) تصوير SEM براي کامپوزيت پلي پيرول بر روي پلي وينيل الکل با بزرگنمايي هاي مختلف………………………………………………………………………………………………………………….67
شکل (4-3) تصوير SEM براي کامپوزيت پلي پيرول بر روي پلي وينيل الکل با بزرگنمايي هاي
مختلف…………………………………………………………………………………………………………………..67
نمودار(4-4):منحني تغييرات درصد ميزان حذف رنگ نسبت به pH هاي مختلف………………..68
نمودار(4-5) منحني تغييرات درصد ميزان حذف رنگ نسبت به زمان هاي مختلف………………..69
نمودار(4-6):منحني تغييرات درصد ميزان حذف رنگ نسبت به جرم جاذب………………………..70
نمودار(4-7)منحني تغييرات درصد ميزان حذف رنگ بر حسب غلظت اوليه رنگ متيل اورانژ…………………………………………………………………………………………………………………………….71
نمودار(4-8) معادله خطي شده موريس – وبر براي حذف رنگ متيل اورانژ………………………….73
نمودار(4-9)معادله خطي شده شبه درجه يک براي حذف رنک متيل اورانژ………………………….74
نمودار(4-10) معادله خطي شده شبه درجه دوم براي حذف رنگ متيل اورانژ……………………….75
نمودار(4-11)ايزوترم لانگ موير…………………………………………………………………………………..76
نمودار(4-12)ايزوترم فروندليچ…………………………………………………………………………………….77
نمودار(4-13)مدل دوبينين-رادشکويچ…………………………………………………………………………..78
فصل اول
مقدمه و کليات
مقدمه:
با گسترش صنايع و کارخانجات، ناگزير پساب هاي صنعتي نيز به شدت رو به افزايش است. آزادسازي اين پساب ها در محيط زيست موجب اختلال در زندگي انسان و موجودات زنده مي شود.
رنگ ها بخش مهمي از ضايعات صنايع مي باشند که به شدت روي آب تاثير گذاشته و به سختي قابل جداسازي است .
بسياري از صنايع، مثل صنايع کاغذ، نساجي، پلاستيک، از انواع رنگ ها استفاده مي کنند. که در اين ميان کاربرد رنگ در صنايع نساجي چشمگير است.
حضور مقدار کمي رنگ درپساب صنايع نساجي موجب کاهش شفافيت و ايجاد واکنش هاي شيميايي در آب مي شود. رنگ ها به صورت هيدروليز شده در پساب ها وجود دارند که توسط فيلتر ها قابل جداسازي نيستند]12[.
در سال 1997 سازماني در بريتانيا با عنوان ETAD1 شکل گرفت که هدف آن تصويب قوانيني جهت ارائه شاخص هايي براي توسعه بهداشت آب و پساب هاي صنعتي بوده است.
اين سازمان بالغ بر 4000 نوع رنگ را مورد مطالعه قرار داد و آلوده ترين رنگ را رنگ هاي بازي معرفي نمود. در سال 1997 سازمان محيط زيست بريتانيا اعلام کرد که درصد حضور رنگ در پساب هاي صنعتي بايد صفر باشد، يعني نبايد هيچ رنگي در آب حضور داشته باشد و وارد محيط زيست شود.ميزان مصرف آب در صنايع نساجي 250-25 متر مکعب به ازي هر تن محصول است]3و2[.
رنگ ها داراي ساختاري پيچيده اند که در صنايع نساجي به مقدار گسترده اي مورد استفاده قرار گرفته و سرانجام وارد محيط زيست مي شوند]4[. رنگ ها از نظر شيميايي و کاربرد به گروه هاي مختلفي تقسيم مي شوند]5[.عمدتا به دليل راندمان پايين رنگرزي و گاها بنا به ماهيت رنگ ها ، حدود 50 درصد رنگ هاي راکتيو،20-8 درصد رنگ هاي ديسپرس2، و يک درصد از رنگ هاي پيگمنت3 مستقيما وارد فاضلاب مي شوند]6و7[.
رنگ هاي راکتيو آزو بزرگترين دسته از رنگ هاي مصنوعي محلول در آب بوده که داراي بيشترين تنوع مي باشند.معمولا اين رنگ ها نسبت به تجزيه بيولوژيکي مقاوم بوده و قابل حذف نمي باشند. دليل آن شايد فقدان آنزيم هاي ضروري براي تجزيه رنگ ها در محيط زيست است ]9.[هيدروليز رنگ زماني اتفاق مي افتد که مولکول رنگ به جاي واکنش با گروه هاي هيدروکسيل سلولز با آب واکنش مي دهد]8[. رنگ هاي هيدروليز شده قابل استفاده مجدد نمي باشند]7[.
از آنجا که بسياري از رنگ ها از طريق تجزيه بيولوژيکي قابل حذف نمي باشند ، تحقيقات در زمينه حذف آن ها بسيار مورد توجه قرار گرفته است]6[.
مطالعات نشان داده که رنگ ها داراي خاصيت سرطان زايي به ويژه سرطان مثانه در انسان مي باشند]10[.
در نتيجه رنگ هاي نساجي تهديدي براي سلامت انسان و محيط زيست در سراسر جهان محسوب مي شود و پساب ها بايد قبل از ورود به طبيعت به نحو مطلوبي پالايش شوند ]11و1[.
در شرايط متداول 50 – 20 درصد از رنگ هاي راکتيو مصرفي در فرايند نساجي هدر رفته و به دليل تغيير ساختار شيميايي در طي مرحله رنگرزي نمي توانند مورد استفاده مجدد قرار بگيرند.
تخليه کنترل نشده اين رنگ ها اثرات غير قابل جبراني را در بر دارد . رنگ هاي راکتيو در مقابل نور و عوامل شيميايي مقاوم بوده و در محيط هاي طبيعي بسيار پايدار مي باشند. لذا مديريت فاضلاب هاي حاوي رنگ هاي راکتيو از ديدگاه زيست محيطي حائز اهميت است. رنگ هاي راکتيو سولفوناته و بسيار محلول در آب بوده و جذب آنها بر روي توده هاي بيولوژيکي ضعيف است و تحت شرايط هوازي در سيستم هاي تصفيه متداول تجزيه نمي شوند]1 [.
طبقه بندي رنگ ها:
معمولا ترکيبات رنگي را به طرق مختلفي طبقه بندي مي کنند مثلا رنگ هاي گياهي و غير گياهي ، رنگ هاي طبيعي و مصنوعي ، آلي و معدني . ولي يکي از طبقه بندي ها بر اساس کاربرد هاست در زير رنگ ها بر اين اساس طبقه بندي شده اند]1 [.
رنگ هاي بازي4:
اين نوع رنگ ها از ترکيبات آلي يا هيدروکلريد ها مي باشند که کروموفورها به صورت کاتيوني است.ازين نظر به اين دسته رنگ هاي کاتيوني هم مي گويند و معمولا داري فرمول عمومي HO- – R- – NH2 مي باشند. رنگ باز وقتي ظاهر مي شود که به صورت نمک درآيد ، رنگ هاي مختلفي به اين گروه تعلق دارند.:
مشتقات تري فنيل متان نظير مالاکيت5 سبز ، متيل سبز ، …
مشتقات تيازين که بارزترين نمونه آن آبي متيلن است.
رنگ بازي که حاوي اکسازين است ، مانند آبي ملدولا
آذين ها مثل قرمز خنثي
رنگ هاي بازي که حاوي آزو هستند ، مثل قهوه اي بسيمارک]1 [.
خصوصيات رنگ هاي بازي:
رنگ هاي بازي به راحتي در الکل حل مي شوند ، ولي به ندرت و تحت شرايط ويژه در آب حل مي شوند. در برخي موارد انحلال با تجزيه مولکول رنگ همراه مي شود .
بدون استثنا همه ي آن ها با اسيد تانيک ترکيب شده به جسم نامحلول تبديل مي شوند]12[.
کاربردهاي رنگ بازي در رنگرزي:
الياف سلولزي تمايلي به واکنش با رنگ هاي بازي ندارند مگر اينکه تمايل با آغشته کردن اسيد تانيک به عنوان تثبيت کننده با الياف سلولزي ايجاد گردد.رنگ هاي بازي براي رنگ آميزي ابريشم و پشم مناسب هستند براي الياف سنتزي نيز عملياتي شبيه با الياف سلولزي بايد انجام داد]1 [.
رنگ هاي اسيدي6:
اين رنگ ها نمک هاي سديم، اسيدهاي سولفونيک و کربوکسيليک هستند و براي الياف سلولزي نامناسب هستند . اما براي الياف پروتئيني و پلي آميدي مناسبند. رنگ هاي اسيدي فقط به کمک گرما جذب الياف مي شوند و در کمتر از 39 درجه جذب الياف نمي شوند و هر چه دما بالاتر رود جذب رنگ بيشتر مي شود . اين گروه شامل:
مشتقات تري فنيل متان7،مانند آبي زايلين8
رنگ هاي نيترو که ترکيب آروماتيک موجود در ساختار آن نيترو شده اند معمولا براي الياف پروتئيني مناسبند مثل زرد مفتول
رنگ هاي حاوي گروه آزو مثل آزوگراتين]1 [.
رنگ هاي مستقيم9:
اين رنگ ها به دليل داشتن گروه هاي اسيد سولفونيک با نمک هاي سديم آن ها به رنگ هاي اسيدي شباهت دارند و به طور کلي از ترکيبات سولفونه شده آزو مي باشند. اين رنگ ها مستقيما براي رنگرزي الياف سلولزي به کار گرفته مي شوند. اما براي الياف پروتئيني شرايط ويژه اي لازم است]1 [.
مهم ترين اين رنگ ها شامل:
رنگ هاي مستقيم مونو مانند دي آزو امين اسکارلت B
رنگ هاي مستقيم دي آزو
رنگ هاي مستقيم تري آزو مثل قهوه اي دي آزو
رنگ هاي مستقيم تترا آزو
ماهيت اتصال مولکول هاي رنگ به الياف عمدتا پيوند هيدروژني است که بين هيدروژن گروه OH الياف سلولزي با گروه هاي NH2 – OH و N=N-موجود در رنگ هاي مستقيم برقرار مي شوند. با افزايش دما تمايل رنگ پذيري الياف کاهش مي يابد]1 [.
رنگ هاي دندانه اي10:
اين رنگ ها به تنهايي روي الياف نمي توانند تثبيت شوند ، بلکه نياز به ماده تثبيت کننده که دندانه ناميده مي شود دارد که مهم ترين آن هيدروکسيدهاي کروم – قلع – آلومينيوم و آهن است]1 [.
در اين سيستم مولکول هاي رنگ در نقش ليگاند يک يا چند الکترون غير پيوندي خود را به فلزي که داراي اوربيتال هاي خالي است مي دهد. به اين ترتيب پيوند داتيو بين آن ها تشکيل مي شود. رنگ هاي دندانه اي دو نوعند :
– رنگ هاي دندانه اي طبيعي که معروف ترين آن ها آليزارين11 را مي توان نام برد.
رنگ هاي دندانه اي اسيدي که نمونه معروف آن اريوکروم12 سياه و سولوکروم13 نارنجي M است که در رنگرزي کاربرد وسيعي دارد که هر کدام با کروم تثبيت مي شوند]1[.
رنگ هاي آزوئيکي14:
اين سري رنگ ها در آب نامحلولند و در داخل الياف به وجود مي آيند سپس با باز دي آزو دي نيتره شده ترکيب مي شوند عمدتا براي رنگ آميزي الياف سلولزي به کار مي روند اما براي الياف پروتئين چندان مناسب نيستند . نمونه اي از اين رنگ ها قرمز نيتروز امين است.
رنگ هاي گوگردي15:
اين دسته رنگ ها ترکيبات آلي پيچيده اي هستند که در ساختار آن ها گوگرد شرکت دارد، براق نيستند و معمولا در رنگرزي الياف سلولزي به کار مي روند ، در آب حل نمي شوند ولي در محلول سولفيد سديم حل مي شوند]1 [.
در اين عمل سولفيد سديم در نقش احيا کننده مولکول هاي اصلي را به مولکول هاي کوچکتر محلول در آب تفکيک مي کند . يکي از رنگ هاي گوگردي را مي توان از حرارت دادن پارالوئيدين با گوگرد تهيه کرد . از حرارت دادن مخلوط دي هيدرو تولوييدان با بنزوروين و گوگرد نيز يک رنگ زرد که ايميديال ناميده مي شود به دست مي آيد]1 [.
رنگ هاي خمره اي16:
اين رنگ ها از نظر نامحلول بودن در آب شبيه رنگ هاي گوگردي اند به طوري که پس از واکنش با هيدروسولفيت سديم به صورت محلول در مي آيند. اينديگو17 يکي از رنگ هاي طبيعي خمره اي است که امروزه در مقياس صنعتي از نفتالين تهيه مي شود . رنگ هاي خمره اي به دو دسته تقسيم مي شوند]1 [.
رنگ هاي خمره اي اينديگويي حاوي کروموفور مثل مشتقات اينديگويتي
رنگ هاي خمره اي آنتراکتيوني که از آنتر اکتيون مشتق مي شود مثل زرد ايندانتزن
رنگ هاي کلوييدي18:
الياف هيدروفوبيک مثل استات سلولز از نوع سوم و دوم عمدتا رنگ هاي غير محلول در آب را بهتر به خود مي گيرند اين سري رنگ ها هم مي توانند از زمره آزو باشند و هم مي توانند از مشتقات آنتراکتيون باشند. اتصال بين الياف و رنگ از طريق پيوند هيدروژني،نيروهاي وان دروالسي و هم چنين جاذبه دو قطبي – دو قطبي تامين مي شود
]1 [.
رنگ هاي فعال:
رنگ هايي که براي رنگ آميزي الياف سلولزي معرفي شده اند پس از انتقال از حالت محلول به حالت جامد بر روي الياف تثبيت مي شوند و بعضي از آن ها به علت اينکه در مقابل رطوبت مقاوم نيستند کارايي چنداني ندارند ( مثل رنگ هاي مستقيم) از اين رو پژوهشگران تلاش کرده اند تا رنگ را به وسيله پيوند کووالانسي به الياف سلولزي متصل کنند. براي اين منظور تمام کوشش خود را بر روي کلريد سيانوريک يا به بيان ديگر رنگ هاي تري ازينيل معطوف مي کنند زيرا اتم هاي کلر مي توانند به آساني به وسيله يک،دو يا سه گروه هيدروکسيل يا گروه آمين جايگزين شوند و مولکول رنگ را به گروه هاي روي الياف متصل کنند مثل رنگ هاي زرد و قرمز و آبي پروتيسون]1 [.
نوع ديگر طبقه بندي رنگ ها بر اساس ساختار شيميايي آن هاست که بر اين اساس رنگ ها به دسته هاي زير تقسيم مي شوند:
آزو،
هتروسيکليک،
فتالو سيانين
آنتراکوئينون]15[
آلودگي ناشي از رنگ ها:
به کارگيري رنگ ها در صنعت انتشار بسياري از مواد آلاينده محيط زيست را موجب مي شود . اين آلاينده ها به طور کلي شامل مواد زير مي باشند:
حلال ها
پايه رنگ ها
رنگدانه ها
اکثر مواد تشکيل دهنده رنگ ها تا حدي سمي و آلاينده هستند . همه ي رنگ ها به جز رنگ هاي پايه آبي قابل اشتعال مي باشند ، برخي کاملا سمي بوده و بعضي فقط به موجودات زنده آسيب مي رسانند]16[.
آلودگي ناشي از حلال ها و کنترل آن ها:
حلال ها مايعات فراري هستند که براي حل کردن رزين به رنگ افزوده مي شوند. اين مايعات مي توانند نقش اصلاح گر و تعديل کننده رنگ را نيز داشته باشند. بنابراين نه تنها يک حلال بايد رزين را حل کند بلکه بايد بتواند به محلول گرانروي مطلوبي بخشد . حلال بايد سرعت تبخير بالايي داشته باشد که به رنگ اجازه رسوب و نشست فيلمي با خواص مورد نياز را بدهد. حلال ها به هنگام پخت يا خشک شدن رنگ ها تبخير شده و يک آلاينده محيط زيست به شمار مي آيند. پر استفاده ترين حلال ها در زمينه رنگ ها هيدروکرين هاي کلردار هستند]16[.
آلودگي ناشي از رنگ ها و کنترل آن ها:
پايه تمام رنگ ها آلاينده محيط زيست نيستند و تنها برخي آلاينده و سمي محسوب مي شوند. اين رنگ ها عبارتند از:
رنگ هاي اپوکسي، رنگ هاي پلي اورتاني و رنگ هاي وينيلي
رنگ هاي اپوکسي19:
رنگ هاي اپوکسي بر پايه مواد آلي يا معدني به طور وسيعي در صنعت مورد استفاده قرار مي گيرند. اين رزين ها از پليمرهاي گرماسخت بوده و در واقع با تشکيل شبکه هايي با گروه هيدروکسيل ، آمين، و اسيد کربوکسيليک سخت مي شوند. از آنجايي که بدن بسياري از موجودات زنده داراي پليمرهايي با گروه هاي عامل هيدروکسي ، آمين و اسيد کربوکسيليک مي باشد، بديهي است ترکيبات حاصل اين نوع رنگ ها نمي تواند خالي از عوارض زيست محيطي باشد. سمي بودن با افزايش جرم مولکولي رزين و کاهش حلاليت در آب کاهش مي يابد . وقتي جرم مولکولي افزايش مي يابد فراريت کم مي شود و همين احتمال انتشار مواد سمي در آب و هوا را افزايش مي دهد]16[.
رنگ هاي پلي اورتاني20:
سمي بودن بيشتر در ترکيبات داراي گروه هاي N=C=O در جرم هاي مولکولي پايين مشاهده مي شود ، از آنجايي که رزين هاي تشکيل دهنده رنگ که جرم مولکولي بالاتري دارند ، فشار بخار و خاصيت گذر دهي کمتري از غشاهاي مختلف را از خود نشان مي دهند، در نتيجه سمي بودن و آلايندگي محيط زيستي کمتري خواهند داشت]16[.
رنگ هاي وينيلي21:
نوعي رنگ هاي وينيلي با وزن مولکولي بالا مورد استفاده قرار مي گيرند که مواد جامد به جاي حل شدن در محلول ها در آن پخش مي شوند. وقتي اين نوع رنگ روي سطح اعمال مي گردد و پس از پخت مولکول هاي وينيل با يکديگر تداخل کرده و فيلمي سخت و قابل انعطاف و کاملا يکنواخت ايجاد مي کنند]16[.
آلودگي ناشي از رنگدانه ها:
رنگدانه ها در ترکيبات رنگ نقش هاي مهمي از قبيل ايجاد رنگ، پوشش، براقيت، سختي و مقاومت ايفا مي کنند که بسياري از آن ها سمي و سرطان زا مي باشند]16[.
مطالعات در طراحي رنگ ها:
رنگ هايي که شامل يک يا تعداد بيشتري گروه هاي آزو باشند( يعني آزو رنگ ها ) ،بزرگترين گروه رنگ هاي آلي را شامل مي شوند. انواع بارز آن :
1-رنگ هاي اسيدي براي سوبستراهاي پلي آميد و پروتئين مثل نايلون،چوب و سيلک.
2-رنگ هاي پاششي براي سوبستراهاي آبگريز مثل پلي استر و استات
3-رنگ هاي مستقيم و غير فعال براي سوبستراهاي سلولزي مثل کتان،ريون، پارچه کتان و کاغذ مي باشند]17[.
معمولا ساخت رنگ هاي آزو شامل دو مرحله است:
مرحله اول) تبديل آمين آروماتيک به ترکيب ديازو يعني فرآيندي که به اسم ديازو22 کردن شناخته مي شود و مرحله دوم واکنش ترکيب ديازو با يک فنول،نفتالين،آمين آروماتيک يا ترکيبات فعال از گروه متيلن براي توليد رنگ آزو متناظر است ، فرآيندي که به عنوان جفت کردن آزو شناخته مي شود. اين فرآيند هم براي تشکيل رنگ آزو و هم رنگدانه مناسب است . ايجاد شرايط مناسب براي افزايش تمايل رنگ به سوبستراي مربوطه اهميت بالايي دارد]17[.
رنگ هايي براي پلي استر23ها:
به اسم رنگ هاي پاششي شناخته مي شوند . در اين مورد مکانيزم کلرزني شامل حل کردن رنگ در پليمر براي تشکيل محلول جامد-جامد است]17[.
رنگ هايي براي پلي آميد24ها و پروتئين ها:
که معمولا به شکل باندهاي يوني وابسته به ماتريس پليمري است. در اين مورد رنگ بايد بار منفي ايجاد کند چون پلي آميدها مثل نايلون ، پروتئين و چوب، سيلک بار مثبت دارد]17[.
رنگ براي پليمرهاي کاتيوني:
در اين مورد هم رنگ بايد باندهاي يوني داشته باشد البته با بار مثبت ،چون پليمرها بار منفي حمل مي کنند]17[.
رنگ براي پليمرهاي سلولزي:
سلولزها بسيار آبدوستند بنابراين نياز به رنگ هاي آبدوست دارند. علاوه بر اين رنگ ها بايد به گونه اي طراحي شوند که تمايل رنگ به سوبسترا بيشتر از تمايل رنگ به آب باشد.
رنگ هاي آزوييک به اسم رنگ هاي نفتاليني شناخته مي شود چون ترکيبات نفتالين در ساختارشان استفاده مي شود]17[.
رنگ مو ها:
گروه بزرگي از رنگ ها که در ساختن رنگ مو استفاده مي شوند رنگ هاي اکسيداسيون شاخته مي شوند . گروه هاي بسيار کوچکي از آن ها به عنوان رنگ هاي سنتزي تمايل به سوبستراهاي پروتئيني دارند مثل چوب]17[.
کاربرد رنگ ها:
رنگ ها ترکيباتي هستند که نور با طول موج هاي مرئي را جذب مي کنند . ساختار کلي براي جذب نور توسط مولکول هاي رنگ در گروه کروموفور آن نهفته است يعني الکترون ها با باند دوگانه.
جدول1-1:طبقه بندي و مثال هايي از رنگ ها بر اساس کروموفور]17[
مثالکروموفورگروه C.Iاسيد زرد 24رنگ هاي نيترو25متيل اورانژرنگ هاي آزوسبز سريع Oرنگ هاي نيتروز26 C.Iباز بنفش 3رنگ هاي تري فنيل متيل27فنول فتالئين28رنگ هاي فتالئين29گروه هاي اضافي ديگر گروه هاي عاملي کمکي هستند که مهم ترين آن هيدروکسيل مي باشند. رنگ هاي آزو گسترده ترين،کم هزينه ترين،و پايا ترين هستند که مي توانند براي مواد گوناگوني استفاده شوند ]17[.
جدول1-2:گروه بندي کاربردي رنگ ها]17[
سوبستراها
ويژگي ها
نوع رنگنايلون،چوب، پلي آميد، سيلک، اکريليک اصلاح شده،کاغذ، جوهر، چرموقتي با بار منفي در محلول باشند به کاتيون هاي 3+NH موجود در فيبر متصل مي شوند.
اسيديکتان،چوب،سيلک و نايلون
با گروه هاي -SH -,NHو -OH پيوند کوولانس تشکيل مي دهند
راکتيوسيلک،چوب و يا پلي آميد هاکمپلکس هاي محکم يک يون فلزي (معمولا کبالت،نيکل،مس و يا کروميوم) و يک يا چند مولکول رنگ(اسيدي يا راکتيو)
کمپلکس فلزيفيبرهاي سلولزي،کتان،ويسکوز،کاغذ،چرم و نايلونباندهاي مولکولي بزرگ واندروالس به فيبرمستقيمفيبرهاي مصنوعي،کاغذ و جوهر چاپترکيبات کاتيوني که به گروه هاي اسيدي فيبر متصل مي شوندبازيچوب،چرم،سيلک،کاغذ،فيبرهاي سلولزي اصلاح شده و آلومينيوم آبکاري شدهنيازمند اضافه کردن ترکيباتي شيميايي به فيبر هستند مثل تانيک اسيد، آلوم، کروم آلوم و نمک هاي ديگر آلومينيوم،کروميوم،مس آهن،پتاسيم وحلبدندانه ايپلي استر،پلي آميد،استات،اکريليک و پلاستيک هاگريزان از رنگ هايي که از فيبرها توسط فيبرهاي باد کرده تراوش مي شوند
ديسپرس
رنگ ها،مرکب،پلاستيک ها و منسوجاتنامحلول،ترکيبات غيريوني و ترکيبات نامحلول، که ساختار ذره اي و کريستالي آنها بعد از کاربرد باقي مي ماندرنگدانه هافيبرهاي سلولزي،کتان،ويسکوز و چوبرنگ هاي غير محلول که انحلال پذيري رنگ را کاهش مي دهند با تمايل به فيبرخمره ايکتان،ويسکوز،استات سلولز و پلي استرمحصولات غيرقابل حل يک واکنش بين يک ترکيب جفت و آمين ديانوزه شده در فيبررنگ هاي آزوفيبرهاي سلولزي،کتان و ويسکوزپليمرهاي آروماتيک پيچيده با حلقه هاي شامل هتروسيليک Sسولفورپلاستيک ها، بنزين،جوهر،روغن ها،چربي هارنگ هاي غيريوني که در سوبسترايي که به آن متصل هستند حل مي شوندحلالصابون ها و دترجنت ها، صابون ها، روغن ها،رنگ هاي نقاشي و پلاستيک هازردي فيبرهاي طبيعي را پوشش مي دهدپرتوهاي فلورسانسغذاغيرسمي و غيرقابل استفاده در نساجيغذاغذا، کتان،چوب،سيلک،پلي استر و پلي آميد هااساسا از طريق گياهان به دست مي آيدطبيعي
جنبه هاي محيط زيستي:
رنگ ها با کاهش جذب نور مي توانند فعاليت هاي فتوسنتزي و گياهان آبي را مختل کنند. در مورد رنگ هاي آزو تغيير شکل آن ها در شرايط غير هوازي باعث آزاد سازي مواد سرطان زا و آمين هاي آروماتيک مي شود ]14.[
جنبه هاي سمي بودن:
سمي بودن حاد رنگ هاي آزاد توسط بحران Eu توسط طبقه بندي مواد خطرناک مطرح شد، رنگ هاي آزويي که وزن کمتر از 250 mg/kg دارند خطر کمتري دارند، با اين حال تجمع آن ها مي تواند بسيار خطرناک باشد]14[.
سه گروه رايج استفاده شونده در صنايع نساجي رنگ هاي راکتيو،اسيدي و ديسپرس مي باشند. رنگ هاي اسيدي ترکيبات آنيوني انحلال پذيري در آبند که براي نايلون، چوب، سيلک و بعضي منسوجات ديگر استفاده مي شوند. که يک يا چند گروه سولفونيک يا کربوکسيليک اسيد در ساختارشان دارند. تمايل رنگ – فيبر نتيجه باند هاي يوني بين بخش سولفونيک اسيد رنگ و گروه هايي با مبناي آمين در چوب ، سيلک و فيبرهاي نايلون است.
رنگ هاي راکتيو قابل حل در آب ، آنيونيک و روش هاي رنگ کردن ساده اي دارند. اساسا براي رنگ کردن فيبرهاي سلولزي مثل کتان استفاده مي شوند. اما هم چنين براي نايلون و چوب و سيلک هم استفاده مي شوند.
رنگ هاي ديسپرس انحلال پذيري خيلي کمي در آب دارند بنابراين به عنوان پودرهاي گرانولي پخش شونده در حمام رنگ به کار گرفته مي شوند.رنگ ها در غلظت کم حل مي شوند اما به خاطر انحلال پذيري بالايشان در سوبسترا به خوبي به فيبر منتقل مي شوند. به طور کلي براي پلي استرها و موادي که نياز به رنگ هاي محلول در آب ندارند استفاده مي شوند]14[.
حذف رنگ از پساب رنگي :
ويژگي هاي فاضلاب هاي نساجي:
طبق يافته هاي کوريال30 در سال 1994 ،فرآوري مرطوب در صنعت نساجي حجم زيادي فاضلاب توليد مي کند که آلودگي آن ها فقط از مواد خام نيستند که با روش هاي حذف آلودگي از بين بروند بلکه از باقي مانده هاي شناساگرهاي شيميايي استفاده شده براي فرآوري نيز هستند]14[.
رنگ يکي از بزرگترين آلاينده هاست. طي فرآوري نساجي ، عدم بازدهي نتايج رنگ زدن حجم زيادي رنگ اضافي را به طور مستقيم وارد فاضلاب مي کند که به سرعت وارد محيط زيست مي شود. پيرس31 مي گويد، مقدار رنگ از دست رفته به گروه کاربردي رنگ ،از فقط 2 درصد ، وقتي از رنگ هاي بازي استفاده مي شود تا 50 درصد وقتي از رنگ هاي ويژه راکتيو استفاده مي شود تغيير مي کند]14[.در جدول 1-3 برخي از اين آلاينده ها به همراه فرآيند توليد کننده آلودگي آورده شده است.
جدول1-3:انواع آلاينده در فاضلاب نساجي]14[
فرآيند عاملانواع شيمياييآلاينده32Ds,33S, W34,Dy35نشاسته ها،آنزيم ها،چربي ها،گريس ها،سرفکتانت ها و استيک اسيدبار اساسيDy,Sرنگ،آلاينده با منبع چوبيرنگ هاDyنمک ها آمونيوم،فسفات با ميناي بافرها وعوامل کمپلکس سازمغذي ها (N,P)S,Ds,B36,M37,Dy,N38NaoH,،اسيدهاي معدني و آلي،سديم کلرايد،سيليکات،سولفات،کربنات PH و نمک هاDyسولفات،سولفيت،هيدروسولفيت،سولفوريک اسيدسولفورDs,B,Dy,39Fفلزات سنگين،عوامل کاهشي،عوامل اکسيدکننده،بيواسيدها،نمک هاي آمونيوم آب پوشيدهترکيبات سميS,Ds,B,Dy,W,Fسرفکتانت،رنگ ها،رزين ها،ترکيبات ارگانيک،PVAمواد آلي اساسيتصفيه فاضلاب نساجي:
رنگ اولين آلاينده است که بايد از فاضلاب مشخص و قبل از خالي شدن آب در محيط جدا شود. حضور مقدار خيلي کم رنگ در آب ( حتي کمتر از (1ppm در بعضي رنگ ها ،به وفور مرئي است و روي کيفيت آب و گاز محلول در درياچه ، رودخانه ها و ساير آب ها موثر است]14.[
به گفته باراتتال40حذف رنگ اغلب مهم تر از حذف مواد آلي غير رنگي محلول است که معمولا کسر بزرگي از اکسيژن مورد نياز بيوشيميايي 41 را موجب مي شوند. روش ها براي حذف BOD از بسياري برون ريز ها پايه گذاري شده است.رنگ ها ، با اين حال، به خاطر ساختار مولکولي آروماتيک پيچيده و مبناي ترکيبيشان براي تيمار پيچيده تر هستند .
ناکموس42 در سال 1996 نوشت ،ويژگي الکترون گيري گروه هاي آزو باعث کمبود الکترون مي شود. که ترکيبي با آسيب پذيري کمتر براي کاتابوليسم43 (سوخت و ساز گياهي) اکسيداتيو ايجاد مي کند و به عنوان يک پيامد تعداد زيادي از اين مواد شيميايي تمايل دارند تا تحت شرايط هوازي محيط زنده باقي بمانند]14[.
به گفته گارد44رنگ ها بايد درجه بالايي از پايداري شيميايي و نورکافت را داشته باشند تا مفيد باشند. به خاطر شرايط نامطلوب، آنها بعد از فرآوري دستخوش تغيير ميشوند. بنابراين آنها در حالت عادي نتايج بدي براي تغييرات بيولوژيکي دارند.پايداري در برابر حمله ميکروبي نيز يکي از ويژگي هاي رنگ هاي آزو است ، زيرا آن زمان ماندگاري که در رنگ آزو به کار گرفته شده را طولاني مي کند. زمان طراحي محلول براي يک فاضلاب ويژه شرايط زيادي بايد در اين انتخاب در نظر گرفته شود]14.[
توجه به در دسترس بودن ترکيبات اين نوع فاضلاب ، نه فقط از نظر کيفي بلکه در کميت ، معمولا بيش از مقدار مورد نياز براي تيمار است.دو موقعيت براي هر تکنولوژي وجود دارد که مي تواند براي حذف رنگ از فاضلاب استفاده شود. اولين امکان، در خانه ي رنگ است، که امکان استفاده مجدد کامل يا جزيي آب را مي دهد. اين امکان با در نظر گرفتن مقدار فاضلاب کمتر نسبت به حالت بعدي که تيمار روي يک منطقه از فاضلاب است ، معمولا با يک مرحله بيولوژيکي همراه است. در اين حالت فاضلاب رنگي با فاضلاب بومي به منظور بهبود بار آلي براي تيمار بيولوژيکي مخلوط مي شود. و اين گام مي تواند قبل از مراحل بيولوژيکي مرسوم و تيمار شيميايي يا به عنوان يک گام نهايي تصفيه استفاده شود]14[.
گستره وسيعي از روش ها براي حذف رنگ از فاضلاب يا کاهش اثر آن روي محيط زيست توسعه يافته است. روش هاي بيولوژيکي و شيميايي شامل تخريب مولکول رنگ مي باشد، روش هاي فيزيکي معمولا انتقال آلودگي به فاز ديگر مي باشند. تخريب رنگ هاي آزو مي تواند توسط کوچک کردن



قیمت: تومان


پاسخ دهید