چکیده
توسعه محصولات جدیدی که جاذب موثری بوده، کمترین اثر مضر بر محیط زیست را داشته و ارزان قیمت باشند و برای حذف و کاهش غلظت فلزات سنگین در پسآبهای صنعتی بهکار روند، یکی از مهمترین موضوعات مطرح در علم مواد است. هیدروکسی آپاتیت از تواناییهای مشخصی برای جذب عناصر سنگین برخوردار است و در چند دهه گذشته تحقیقات زیادی بر روی این امر صورت گرفته است. در این پژوهش، پودر نانو هیدروکسیآپاتیت با استفاده از مواد اولیه نیترات کلسیم چهار آبه و آمونیوم دیهیدروژن فسفات توسط فرآیند میکروامولسیون سنتز گردید. به منظور مطالعات آنالیز فازی پودر تهیه شده از پراش پرتو ایکس (XRD) استفاده گردید. با استفاده از میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) اندازه بلورکها و نانو ذره بودن هیدروکسی آپاتیت سنتز شده تایید گشت. و در ادامه برای بررسی قابلیت هیدروکسی آپاتیت سنتز شده برای حذف فلزات سنگین از پسآبها، رسوبات و خاکها به عنوان آلودگی با استفاده از آزمون طیف سنجی جرم اتمی((AAS میزان جذب عناصر Pb+2 و Zn+2 توسط هیدروکسی آپاتیت مورد تحقیق قرار گرفت.
واژههای کلیدی
هیدروکسی آپاتیت، نانو ذرات، میکروامولسـیون و جـاذب فلـزات سنگین.

مقدمه

فلزات سنگین سمی موجود در فاضلاب، پسآب و خاک یک مشکل عمده زیست محیطی که تلاش برای بازسازی از خاک و فاضلاب آلوده از فلزات سنگین شده است و چندین شیوه بازسازی، مانند استخراج فیزیکی و شیمیایی تثبیت شیمیایی در جامدات و روش الکتروشیمیایی پیشنهاد شده است. مطالعات متعدد برروی فسفات به عنوان یک افزودنی موثر، به خصوص برای رسانههای آلوده به سرب انجام شده است.

اخیرا، آپاتیت، به عنوان جاذب، ارزان اما کارآمد برای حذف/بازسـازی خاک آلوده به سرب، روی و مس، روی و کادمیم آلـوده بـه فاضـلاب پیشنهاد شده است.[۱] روشهای رایج برای تصـفیه چنـین فاضـلاب-

۱

هایی، شیمیایی و زیستی است کـه هـر یـک از ایـن روشهـا مزایـا و محدودیتهایی دارد. امروزه، فرآیند جذب سطحی به ویژه با استفاده از کربن فعال مورد توجه بسیاری از دانشمندان قرار گرفته است؛ زیرا برای حذف مقادیر جزیی فلزات سنگین موثر است. لیکن این فرآینـد به دلیل هزینه بالا، به طور گسترده بهکار نمیرود .بـه همـین دلیـل، اهمیت استفاده از سایر مواد جاذب که ظرفیت جذب بالاتری داشته و ارزان قیمت نیز باشند، برای حذف فلزات سنگین از پسـآبهـا قابـل توجیه است. هیدروکسی آپاتیت از تواناییهای مشخصی برای جـذب عناصری چـون سـرب، کـادمیم، روی، آرسـنیک، وانـادیم و اورانـیم برخوردار است که به دلیل وجود مناطق سطحی واکنشپذیر گوناگون بر روی هیدروکسی آپاتیت اسـت۲]و .[ ۳ فرمـول کلـی مینـرالهـای آپاتیتی به صورت M10(ZO4)6X2 بیان میشود که در آن هر یـک از عناصر زیر میتوانند جایگزین شوند :[۴]

… M: Ca, Sr, Ba, Cd , Pb , Mg, Na, K, H, D,

… Z: P, CO3, As, S, Si, Ge, Cr, B, X: OH, OD, CO3, O, BO2, F, Cl, Br, vacancies

نام خاص یک ترکیب معدنی، مانند هیدروکسیلآپاتیت، مشخص کننده مخلوط یکتایی از ترکیب شیمیایی و پارامتر ساختاری است. ترکیب شیمیایی مجاز برای هر نام، کاملا ثابت نمیباشد ولی تمام تغییراتی که در ترکیب میتواند اعمال شود، باید حدود بحرانی را در بر بگیرد که عبارت از تعادل بار الکتریکی و تطابق هندسی و فضایی با یونهای شبکه بلور است (یونی که میخواهد جایگزین شود، باید از نظر اندازه، شکل و بار الکتریکی در تطابق با یون اولیه موجود در آن

موضع باشد) .[۵]
در مورد هیدروکسیآپاتیت هم جایگزینی هر یک از عناصر

Cd, Pb, Mg, Na, K به جای کلسیم، CO 3, As, S, Si, Ge, Cr, B به جای فسفر و CO3, O, BO2, F, Cl, Br به جای هیدروکسیل مقدور است. در سال ۱۹۶۷، الیوت و یونگ اولین شواهد تبادل یونی حالت جامد برای آپاتیت را در مجله Nature چاپ کردند .[۶]

این جانشینیها میتوانند به صورت خودخواسته به سیستم وارد شوند و یا به صورت نامطلوب در طی فرآوری HAp، به ساختار آن تحمیل شوند. در مورد دوم، به دلیل خصوصیت جذب عناصر فلزات

سنگین توسط HAp، برای کاربرد پزشکی۱، استانداردهایی برای HAp نظیر استاندارد ASTM-F1185-86 وجود دارد که مقادیر مجاز بعضی ترکیبات سمی را برای HAp مشخص میکند (مقدار آرسنیک، کادمیوم و جیوه آن بایستی کمتر از ۵ppm و مقدار سرب کمتر از ۳۰ppm باشد. در ضمن مجموع فلزات سنگین آن (از جمله سرب بایستی کمتر از ۵۰ppm باشد) .[۷] یکی از کاربردهای قابل توجه HAp، حذف یونهای سمی فلزات سنگین نظیر سرب از پسآبها میباشد (گزارش سوگیماما۲ و همکاران.([۸]

یکی دیگر از مواردی که بر روی جذب یون تاثیر میگذارد، بلورینگی است. هر چه بلورینگی بیشتر باشد، امکان جذب یونهای دیگر به صورت جانشینی در ساختار کاهش مییابد. مثلاً در استخوان انسان که میزان بلورینگی کم است، امکان جذب یون افزایش مییابد و یونهای فلزات سنگین که کمی سمی هستند، میتوانند توسط استخوان جذب شوند. در واقع استخوان میتواند به عنوان یک سیستم غیر سمیساز۳ عمل کند .[۴]

از جانشینیهایی که به صورت خودخواسته به سیستم وارد میشوند، میتوان به جانشینی فلوئور ۶]، ۹و [۱۰، کلر۶]و [۹، منیزیم [۱۱]، کربنات ۱۲]،۲و[۱۳، استرانسیوم، آلومینیوم، لانتانیم، آهن [۱۴] نام برد. هدف اصلی این مطالعه بررسی پتانسیل استفاده از نانو آپاتیت در تصفیه فاضلابها، پسابها و خاکهای آلوده به فلزات سنگین می-باشد که در تحقیق حاضر به بررسی میزان جذب عناصر Pb+2 و Zn+2 توسط آپاتیت سنتز شده به روش میکرو امولسیون می-پردازیم.

روش تحقیق
در پژوهش فوق از نمکهای نیترات کلسیم چهارآبه۴ و آمونیوم دی-هیدروژن فسفات۵ به عنوان پیش ماده هیدروکسی آپاتیت استفاده شد همچنین از ان-هگزان۶ به عنوان فازآلی، پلی اکسی اتیلن لورتیل اتر۷ به عنوان سورفکتنت و از یک بوتانول۸ به عنوان کمک سورفکتنت و محلول آمونیاک۹ به عنوان عامل رسوب دهنده استفاده شد. کلیه مواد ذکر شده از محصولات مرک آلمان تهیه شده است.

در تحقیق حاضر روند کلی سنتز نانو هیدروکسی آپاتیت تهیه شده به روش میکروامولسیون بدین صورت میباشد که در ابتدا با ثبات نگه داشتن نسبت مولی آب به سورفکتانت برابر با ۱:۱۱۵ میزان ۱۰۰ ml ان-هگزان و۱۵ mmol سورفکتانت Brij-35 با یکدیگر مخلوط می-کنیم و برای شفاف شدن به آن ۱بوتانل را اضافه میکنیم. در مرحله

بعدی با تقسیم کردن محلول به دو بخش D و C به آنها ۱۲۰ml محلول آبی نمکهای اولیه به صورت قطره قطره اضافه میکنیم تحت همزدن تا میکروامولسیون حذف میگردد. سپس میکروامولسیون را تحت همزدن شدید و قطره قطره به یکدیگر اضافه میکنیم. تا میکروامولسیون E تشکیل گردد