بررسي مكانيزم جذب آنيون هاي هالوژنه در پساب هاي صنعتي توسط هيدروكسيد دولايه منيزيم - آلومينيوم

Investigation of the Adsorption Mechanism of Halogenated Anions in Industrial Wastewaters by Mg/AL Hydroxide Double Layer

هيدروكسيدهاي دولايه به عنوان يكي از جاذب هاي مناسب در حذف آنيون هاي هالوژنه از پساب هاي صنعتي مطرح اند. در اين تحقيق روند و مكانيزم جذب انواع هالوژن ها به وسيله هيدروكسيدهاي دولايه منيزيم - آلومينيم از دو طريق مطالعات آزمايشگاهي و مدلسازي مولكولي كوانتومي بررسي مي شود. مطالعات آزمايشگاهي بر روي يك هيدروكسيد دولايه منيزيم - آلومينيم با نسبت مولي 2به 1(غيركلسينه و كلسينه) انجام شده است. همچنين براي بررسي مكانيزم هاي موثر و همچنين تعيين موقعيت جذب آنيون هاي هالوژنه بر سطح جاذب هيدروكسيد دولايه، از روش هاي مدلسازي مولكولي كوانتومي به روش تئوري تابع چگالي استفاده شده است. نتايج مطالعات آزمايشگاهي نشان مي دهد هر دو هيدروكسيد دولايه منيزيم -آلومينيم كلسينه و غيركلسينه بيشترين ميزان جذب را براي يون فلوريد (127 و 1116 ميلي مول بر مول جاذب) و كمترين ميزان جذب را براي يون يديد (27 تا 76 ميلي مول بر مول جاذب) دارند. كلسينه كردن جاذب، ميزان جذب را براي تمام هالوژن ها به ميزان چشمگيري 7/8(تا 8/ 1برابر براي فلوئور تا يد) افزايش مي دهد. مكانيزم غالب در جذب آنيون هاي هالوژنه با هيدروكسيدهاي دولايه حاوي آنيون بين لايه اي (غيركلسينه) از نوع تبادل يوني و در هيدروكسيد دولايه كلسينه، از نوع جذب فيزيكي بوده و ميزان الكترونگاتيويته يون هالوژن پارامتر تعيين كننده در ميزان جذب است. به لحاظ ساختاري، مقايسه انرژي واكنش در سه موقعيت اصلي مقابل اتم منيزيم، آلومينيم و همچنين در بين شش ضلعي توخالي بين اتم هاي آلومينيم و منيزيم نشان مي دهد كه سايت ترجيحي براي تمام هالوژن ها شش ضلعي توخالي مابين اتم هاي آلومينيم و منيزيم است. اين نتايج علاوه بر تاييد نتايج حاصل از مطالعات آزمايشگاهي، امكان به كارگيري روش هاي مدلسازي مولكولي را به عنوان ابزاري قدرتمند در بررسي رفتار و فهم فرآيندها تاييد مي كند.

Abstract: In the wastewater of many industrial plants and mining industries, there are halogen compounds such as chlorine, fluorine, bromine and iodine, which can redce the quality of recycled water. One way to remove halogenated anions from wastewaters is to use layered double hydroxides, which have several advantages such as simplicity and low price. In this study, the adsorption properties of layered double magnesium / aluminum hydroxide is investigated by laboratory studies and molecular modeling for fluoride to iodine halogens. Laboratory studies have been performed to compare the ability to absorb different types of halogens by synthetic magnesium aluminum LDH (original and calcinated at 400 ˚C) and molecular modeling studies to understand effective mechanisms for different halogenated anions. The results of laboratory studies showed that both original and calcinated layered magnesium / aluminum hydrochloride have the highest absorption potential for fluoride ions and the lowest absorption for iodide ions. Calcination significantly increases absorption for all types of halogens. The predominant mechanism for the uptake of halogenated anions by non calcinated layered double hydroxides is ion-exchange and in calcinated products, surface and physical absorption. The electronegativity seems to be the determining parameter. The results of the energy calculation of the interaction obtained from the molecular modeling show that the preferred position for all halogens is the hollow hexagonal structure of the double-layer hydroxide. Also, the absorption rate in the hollow hexagonal position is the highest for the fluorine and the lowest for iodine. In addition to confirming the results of laboratory studies, these modelling results confirm the possibility of using molecular modeling methods as a powerful tool in examining the behavior and understanding the process mechanisms.