ساخت ستون تصفیه آب با نانوفناوری - جلسه چهارم - سختی‌گیری و حذف کاتیون از آب زیرزمینی با استفاده از زئولیت‌های طبیعی

چکیده آزمایش:
زئولیت‌ها به دلیل داشتن بار سطحی منفی به‌واسطه سیلیس، تمایل زیادی به جذب یون‌های با بار مثبت نظیر کلسیم و منیزیم دارند. بنابراین می‌توانند تقریباً بدون نیاز به فرآیندهای اصلاحی خاصی عمل سختی‌گیری آب (حذف یون های کلسیم و میزیم) را با راندمان مطلوب انجام دهند. تنها فرآیند اصلاحی لازم، شستشوی زئولیت با غلظت‌های مختلف NaCl در دماها و pH های مختلف است. مولاریته محلول NaCl، دما، pH ، اندازه ذرات زئولیت و دز اولیه زئولیت، عوامل موثر بر راندمان حذف سختی آب هستند.
در این آزمایش می خواهیم به کمک زئولیت ها سختی آب را گرفته و کاتیون های آن را حذف نماییم.

مواد و روش‌ها:
- مواد:
نمونه آب با سختی بالا، زئولیت طبیعی (پودرکلینوپتیلولیت)، HCl و NaOH در گرید آزمایشگاهی جهت تنظیم pH، NaCl، هیدروکسید آمونیوم، EDTA، شناساگر اریوکروم، شناساگر هیدروکسی نفتول، محلول سدیم سولفید

- تجهیزات موردنیاز:
شیشه‌آلات آزمایشگاهی (بشر، بورت، ارلن و...)، مگنت استیرر، آون، کاغذ صافی، قیف بوخنر، شیکر

- تست‌های مورد نیاز:
سنجش pH و دما،


- روش انجام کار:
به منظور آماده‌سازی زئولیت، ابتدا آن را با آب مقطر شسته تا ناخالصی‌های موجود خارج شود. سپس در آون با دمای 25 درجه سانتیگراد به مدت 12 ساعت خشک می‌کنیم. سپس فعال‌سازی اولیه زئولیت‌ها با استفاده از محلول 1 مولار NaCl صورت می‌پذیرد. این فرآیند 12 ساعت طول خواهد کشید و به شیک نیاز است. مجدداً زئولیت‌های فعال شده با استفاده از آب مقطر شسته می‌شوند تا مقدار NaCl اضافی شسته شود. اکنون زئولیت‌ها آماده بوده و در کیسه‌های نایلونی نگهداری می‌شوند تا در آزمایش مورد استفاده قرار گیرند.
فرآیند تبادل یون در بشرهای 250 میلی لیتری و روی مگنت استیرر انجام می‌پذیرد. ابتدا دز مشخصی از زئولیت در pH مشخص با 100 میلی لیتر نمونه آب سخت مخلوط شده و در بازه‌های زمانی مشخص تحت آزمایش قرار می‌گیرد تا اثر زمان تماس روی میزان حذف سختی، سنجیده شود. در انتهای هر آزمایش، محتویات موجود در بشر با استفاده از قیف بوخنر و کاغذ صافی، فیلترشده تا زئولیت از نمونه آب، جدا گردد. سپس از نمونه آب، تست سختی‌سنجی با استفاده از تیتراسیون گرفته می‌شود.
در سختی‌سنجی با استفاده از تیتراسیون دو نوع سختی کل و سختی ناشی از یون کلسیم اندازه گیری می‌شود. طبیعتاً با در اختیار داشتن مقدار این دو عدد، سختی ناشی از یون منیزیم نیز قابل محاسبه خواهد بود. به‌منظور اندازه‌گیری سختی کل، حجم مشخصی از نمونه آب را با محلول بافر (هیدروکسید آمونیوم) مخلوط کرده تا pH محیط به 10 برسد. به منظور جلوگیری از واکنش‌های ناخواسته، 2 میلی لیتر محلول بازدارنده سدیم سولفید نیز به نمونه افزوده می‌شود. سپس شناساگر اریوکروم را به نمونه اضافه می‌کنیم. چنانچه یون‌های منیزیم و کلسیم در محیط وجود داشته باشند، رنگ نمونه به قرمز تغییر می‌کند. در غیر این‌صورت رنگ محلول آبی خواهد بود که بدان معناست که کل سختی موجود در آب، حذف شده است. در صورت قرمز شدن رنگ محیط، نمونه را با محلول EDTA تیتر می‌کنیم تا جایی که رنگ نمونه از قرمز به آبی تغییر کند. نقطه مذور، نقطه پایان تیتراسیون خواهد بود.
به‌طور مشابه جهت تعیین غلظت یون‌های کلسیم، ابتدا مقدار مشخصی از نمونه را با محلول 50 % سود مخلوط می‌کنیم و چند دقیقه خوب نمونه را تکان می‌دهیم تا یون‌های منیزیم به‌صورت Mg(OH)2 رسوب کنند. سپس چند قطره هیدروکسی نفتول به عنوان شناساگر به نمونه اضافه شده و با محلول 1/0 مولار EDTA تیتر می‌کنیم تا رنگ نمونه به آبی آسمانی تغییر پیدا کند. نقطه مذکور پایان تیتراسیون خواهد بود.
جهت تعیین تغییرات شوری آب نیز از تست TDS متری استفاده می‌شود.

برای مطالعه بیشتر می‌توانید به مقالات موجود در سایت باشگاه نانو به آدرس www.nanoclub.ir نمایید.

مطالب مرتبط:
شما عزیزان می توانید برای انجام این پروژه به طرح درس های ذیل مراجعه فرمایید:
1- آلاینده‌های آب‬
2- روش‌های تصفیه آب
3- آشنایی با نانوزئولیت
4- سختی‌گیری و حذف کاتیون از آب زیرزمینی با استفاده از زئولیت‌های طبیعی
5- طراحی ستون نمک‌زدایی از آب

بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان