اندازه¬گیری یون کروم (III) به روش سینتیکی اسپکتروفوتومتری در پساب رنگی

روش­های سینتیکی اسپکتروفوتومتری از جمله روش­های تجزیه دستگاهی به منظور بررسی تغییرات میزان گونه­های موجود در نمونه می­باشند که ضمن دارا بودن صحت، دقت و سرعت عمل بالا دارای هزینه روش بسیار پایین است این خصوصیات کاربرد این تکنیک را در حد وسیعی برای بررسی رفتار ترکیبات رنگی و چگونگی تخریب وحذف آنها از پساب­های صنعتی میسر می­سازد نظر به اهمیت ایجاد آل

دسته بندی	علوم انسانی
فرمت فایل	doc
حجم فایل	1296 کیلو بایت
تعداد صفحات فایل	75

دریافت فایل

فروشنده فایل

کد کاربری 8044

تمام فایل ها

چکیده :

روش­های سینتیکی- اسپکتروفوتومتری از جمله روش­های تجزیه دستگاهی به منظور بررسی تغییرات میزان گونه­های موجود در نمونه می­باشند که ضمن دارا بودن صحت، دقت و سرعت عمل بالا دارای هزینه روش بسیار پایین است. این خصوصیات کاربرد این تکنیک را در حد وسیعی برای بررسی رفتار ترکیبات رنگی و چگونگی تخریب وحذف آنها از پساب­های صنعتی میسر می­سازد. نظر به اهمیت ایجاد آلودگی توسط­ رنگ­های آلی در پساب­های صنعتی ارائه روش­های مناسب و جدید با حداقل هزینه و کارآیی بالا به منظور حذف این گونه ترکیبات مورد نظر پژوهشگران بوده و هست.

مقدمه :

اگر کروم موجود در پساب مستقیماً در محیط آزاد شود به صورت یک عامل واکنش دهنده در محیط عمل نموده و از فعالیت باکتریها به صورت آشکار جلوگیری می­­کند. بنابراین بازده عملیات موجودات بسیار کم می­شود. بنابراین سمیت کروم بسیار زیاد می­باشد. بنابراین اندازه­گیری آن در گونه­های مختلف به ویژه پساب­های صنعتی همواره مورد توجه پژوهشگران بوده و تاکنون مقالات متعددی در این زمینه در مجلات مختلف علمی ارائه شده است.

در این پروژه علاوه بر ارائه فاکتورهای مؤثر در تخریب رنگ متیلن­بلو می­توان به اندازه­گیری یون کروم که یک ماده سرطان­زاست، پرداخت. یک روش حساس و ساده برای تعیین مقادیر بسیار کم کروم به روش سینتیکی- اسپکتروفوتومتری براساس اثر بازدارندگی کروم در واکنش اکسیدشدن متیلن­بلو توسط آسکوربیک اسید در محیط اسیدی (H2SO4 4 مولار) معرفی شده است. این واکنش به روش اسپکتروفوتومتری و با اندازه­گیری کاهش جذب متیلن­بلو در طول موج 664 نانومتر به روش زمان ثابت استفاده شده است. در محدوده زمانی 8- 5/0 دقیقه و دمای محیط، حد تشخیص ppm 013/0 بوده است و منحنی کالیبراسیون در محدوده ppm (­3- 05/0) از غلظت کروم خطی است.

بخش تجربی :

موادشیمیایی­ مورد استفاده:

رنگ متیلن بلو، آسکوربیک اسید، سولفوریک اسید، پتاسیم نیترات، یون کروم . (III)

دستگاه مورد استفاده:

تمام بررسی­ها و اندازه­گیری های صورت گرفته توسط دستگاه اسپکتروفوتومتر UV-VIS ساخت شرکت Varian مدل Cary 100 صورت گرفته است. طیف های جذبی در ناحیه محلولهای رنگی 800-350 نانومتر مورد بررسی قرار گرفته و کلیه جذبها در طول موج 664( طول ماکزیمم MB) صورت پذیرفته است.

نحوه انجام کار:

به منظور دستیابی به بهترین حد تشخیص و حساسیت پارامترهای مختلف مؤثر روی سرعت واکنش آسکوربیک اسید با متیلن بلو بهینه شدند. برای بهینه کردن این پارامترها از محلولهای شاهد و نمونه استفاده شده است. کلیه محلولها در بالن حجمی 10 میلی لیتری تهیه گردیده است. برای ساختن محلول نمونه به ترتیب زیر عمل شده است لازم به ذکر است که در این پروژه عوامل مختلفی بهینه شده و در نهایت منحنی کالیبراسیون به منظور بررسی واندازه­گیری یون کروم وتعیین محدوده خطی آن ترسیم شده و حد تشخیص روش برای اندازه­گیری کروم محاسبه گردیده است. در یک بالن حجمی 10 میلی لیتری، به ترتیب محلولهای سولفوریک اسید، متیلن بلو و کروم(III) اضافه شده، سپس به محلول حاصل معرف آسکوربیک اسید اضافه نموده که با افتادن آخرین قطره آسکوربیک اسید کرنومتر را به کار انداخته و محلول حاصل را با آب مقطر به حجم رسانده و پس از به هم زدن قسمتی از آن را به سل اسپکتروفوتومتر منتقل نموده و سپس جذب آن را در طول موج nm664 در فاصله زمانی 8 - 5/0دقیقه متوالی پس از شروع واکنش قرائت شده است.

بحث و ارزیابی نتایج:

اثر قدرت یونی:

در یک بالن حجمی 10 میلی لیتری 2/0 میلی لیتر سولفوریک اسید 4 مولار و ml1 رنگ متیلن بلو 2/0 میلی مولار و حجمهای مختلفی از پتاسیم نیترات و سپس یک میلی لیترمحلول کرومppm20 ریخته و 1 میلی لیتر آسکوربیک اسید02/0 مولار اضافه نموده همزمان با افتادن آخرین قطره آسکوربیک اسید کرنومتر را بکار انداخته محلول را به حجم رسانیده و پس از بهم زدن قسمتی از آن را به سل اسپکتر­و­فوتومتر منتقل کرده و تغییرات جذب شاهد و نمونه در فاصله زمانی 8- 5­/0 دقیقه و در طول موج 664 نانومتر قرائت شده است. در محلول شاهد مراحل بالا طی شده با این تفاوت که محلول کروم ppm20 اضافه نشده است.

نتایج حاصل از اندازه­گیری تغییرات جذب نمونه و شاهد با غلظتهای مختلف KNO₃ در جدول و در نمودار زیر برای تعیین قدرت یونی محلول آورده شده است. نتایج حاصل نشان­ می­دهند که با افزایش قدرت یونی اختلاف جذب شاهد و نمونه در ابتدا افزایش و سپس به آرامی کاهش می­یابد بر اساس­نتایج حاصل غلظت 15/0 مولار KNO₃ بهینه شده و برای کارهای بعدی از آن استفاده گردید.

[KNO3] / mol L-1
0.015	0.2569
0.03	0.32095
0.06	0.3703
0.15	0.48265
0.3	0.45395
0.45	0.44555
0.6	0.43645
0.75	0.3948
0.9	0.33985

جدول تغییرات بر حسب غلظت های متفاوت KNO₃

نمودار تغییرات بر حسب غلظت­های متفاوت KNO₃

اثر زمان:

بررسی اثر زمان در غلظتهای بهینه سولفوریک اسید2/0 مولار، پتاسیم نیترات 15/0 مولار، آسکوربیک اسید 4/0میلی مولار،رنگ متیلن بلو با غلظت 03/0 میلی مولار و محلول
ppm­2کرومIII)) در محدوده زمانی 8 - 5/0 دقیقه پس از شروع واکنش به صورت زیر انجام شد.

در یک بالن حجمی ده میلی لیتری 5/0 میلی لیترسولفوریک اسید 4 مولار، 5/1 میلی لیتر متیلن بلو 2/0 میلی مولار و یک میلی لیتر محلول کروم ppm 20 اضافه کرده سپس2/0 میلی لیتر آسکوربیک اسید02/0 مولار افزوده شده است. همزمان با افتادن آخرین قطره آسکوربیک اسید کرنومتر را روشن کرده محلول را با آب مقطر به حجم رسانده بهم زده و قسمتی از آن را به سل اسپکتر­و­فوتومتر منتقل نموده ودر طول موج 664 نانومتر تغییرات جذب در فواصل زمانی 8- 5/0 دقیقه قرائت شده است. برای محلول شاهد نیز همین مراحل تکرار شده با این تفاوت که محلول کروم (III) اضافه نگردیده است­. همانطور­که نتایج حاصل درجدول ونمودار زیر آورده شده­اند بیشترین اختلاف جذب ما بین شاهد و نمونه در فاصله زمانی 5/4 دقیقه بوده است.بنا بر­این زمان بهینه جهت اندازه­گیری کروم 5/4 دقیقه بوده است.

Min / زمان
0.5	0.11648
1	0.19292
1.5	0.27937
2	0.32305
2.5	0.36673
3	0.40677
3.5	0.43953
4	0.4809
4.5	0.51142
5	0.51142
5.5	0.5103
6	0.5089
6.5	0.50295
7	0.497
5	0.4935
8	0.49105

جدول تغییرات بر حسب زمان­های متفاوت پس از افزایش آسکوربیک اسید

نمودار تغییرات بر حسب زمان­های متفاوت پس از افزایش آسکوربیک اسید

منحنی کالیبراسیون:

برای رسم منحنی کالیبراسیون از روش زمان ثابت برای بدست آوردن حساسیت بیشتر مورد استفاده قرار گرفته است. منحنی در شرایط بهینه حاصل شده است. بدین منظور میزان جذب برای دامنه غلظت (­ppm 3- 05/0) از یون کروم(III) خطی بوده است و منحنی کالیبراسیون در این دامنه غلظتی رسم شده است نحوه عمل به صورت زیر بوده­ است.

در یک بالن حجمی 10 میلی لیتری، 5/0 میلی لیتر از سولفوریک اسید 4مولار، 5/1 میلی لیتر متیلن­بلو 2/0 میلی مولار و حجم­های مختلفی از محلول کروم(III) و در آخرین مرحله 2/0 میلی لیتر آسکوربیک اسید 02/0 مولار اضافه شده است. به طوریکه بعد از به حجم رساندن بالن، غلظت کروم در دامنه ppm(3- 05/0) واقع شد. پس از افزایش آخرین قطره آسکوربیک اسید کرنومتر را به کار انداخته و پس ازبه حجم رساندن و به هم زدن و انتقال قسمتی از محلول به سل دستگاه اسپکتر­و­فوتومتر در فاصله زمانی 8- 5/0 دقیقه و در طول موج 664 نانومتر تغییرات جذب قرائت شده است. نتایج در جدول و نمودار زیر آورده شده است.

در شرایط بهینه یعنی غلظت سولفوریک اسید 2/0 مولار، آسکوربیک اسید4/0 میلی مولار و محدوده زمانی­ 8- 5/0 دقیقه بعد از شروع واکنش و در محدوده غلظتی ppm (3- 05/0) معادله زیر با ضریب همبستگی (9986/0=R²) ­حاصل شده است.:

در این رابطه X غلظت کروم بر حسب ppm و تغییرات جذب نمونه در فاصله زمانی 8- 5/0 دقیقه پس از شروع واکنش در دمای محیط و بر اساس شرایط بهینه می­باشد.همانطور که نتایج حاصل نشان می­دهند روش پیشنهادی علاوه بر ارایه شرایط مناسب جهت تخریب رنگ متیلن بلو موارد بهینه برای اندازه گیری یون کروم(III) ارایه می­نماید.

0.05	0.0084
0.075	0.0105
0.1	0.0204
0.25	0.0529
0.5	0.1076
0.75	0.1791
1	0.2471
1.25	0.3183
1.5	0.3957
2	0.5164
2.5	0.6187
3	0.7549

جدول تغییرات در محدوده غلظتی ppm (3- 05/0) کروم

نمودار تغییرات در محدوده غلظتی ppm (3- 05/0) کروم

نتیجه گیری:

بررسی انجام شده نشان می دهد که تحت شرایط بهینه غلظت سولفوریک اسید 2/0 مولار، غلظت آسکوربیک اسید 4/0 میلی مولار ، غلظت متیلن­بلو 03/0 میلی مولار ، غلظت پتاسیم نیترات 15/0 مولار و در محدوده زمانی­ 8- 5/0 دقیقه پس از شروع واکنش و در دمای محیط در محدوده
ppm(3- 05/0) کروم خطی است. منحنی کالیبراسیون و ضریب همبستگی (R² = 0/9986) نشان می­دهد که همبستگی خوب بین غلظت کروم و تغییرات جذب در زمان ثابت وجود دارد.

منابع و مآخذ:

1.دکتر علی فیروزنیا،شیمی پوست وفناوری چرم،مبتکران،1376.

2.دکتر محمد رضا ملاردی،شیمی و تکنولو‍‍ژی چرم،مبتکران،1380.

[3]. G. Zhao, M. Li, Z. Hu, H. Hu, Sep. Purif. Technol., 43 (2005).227.

[4]. M. Mazloum Ardakani, M. R. Shishebore, N. Nasirizade, Canadian J. Anal. Sciences Spectroscopy, 51 (2005) 117.

[5]. M. R. Shishehbore, N. Nasirizadeh, A. A. Kerdegari, Anal. Science. 21 (2005) 1213.

[6].H. Kocaokutgen, S.Ozkinal, Dyes Pigments, 63 (2004) 83.

[7]. Z. Song, C. J. Wiliams, Water Res., 34 (2000) 2171.

[8]. R. M. Harrison, S. J. Mora, Introductory Chemistry for the environmental Sciences, p.179,Cambridge:University Press (1996).

فهرست مطالب

عنوان صفحه

چکیده

فصل اول : کروم

مقدمه ......................................... 2

1-1- تعریف چرم................................. 4

1-2- لزوم پوست پیرایی ......................... 4

1-3- پوست پیرایی با نمک­های کروم (دباغی کرومی) . 5

1-4- تاریخچه پوست پیرایی با نمک­های کروم (III) .. 5

1-5- معادله واکنش با گاز گوگرد دی اکسید­........ 6

1-6- شیمی نمک­های کروم (III) .................... 6

1-7- شیمی پوست پیرایی با نمک­های کروم (III)...... 7

1-8- عامل های بازدارنده (کند کننده)............ 8

1-9- مفهوم قدرت بازی........................... 8

1-10- نقش عامل­های کندکننده در پوست پیرایی با نمک­های کروم (III) 9

1-11- عامل­های مؤثر بر پوست پیرایی کرومی........ 10

1-12- رنگ­آمیزی چرم­............................. 10

1-13- نظریه تثبیت رنگینه­ها..................... 11

1-14- صنعت چرم سازی و آلودگی محیط زیست......... 11

1-15- منبع­ها و منشأهای پساب کارخانه­های چرم سازی 12

فصل دوم : اسپکتروفوتومتری

2-1- اساس اسپکتروفوتومتری جذبی................. 14

2-2- جذب تابش.................................. 15

2-3- تکنیک­ها و ابزار برای اندازه­گیری جذب تابش ماوراء بنفش و مرئی 15

2-4- جنبه­های کمی اندازه­گیریهای جذبی............ 16

2-5- قانون بیر- لامبرت (Beer - Lamberts Law)......... 17

2-6- اجزاء دستگاهها برای اندازه­گیری جذبی....... 21

فصل سوم : کاربرد روشهای سینتیکی در اندازه­گیری

3-1- مقدمه..................................... 23

3-2- طبقه­بندی روشهای سینتیکی................... 25

3-3- روشهای علمی مطالعه سینتیک واکنشهای شیمیایی 27

3-4- غلظت و سرعت واکنشهای شیمیایی ............. 28

3-5- تاثیر قدرت یونی........................... 28

3-6- تاثیر دما................................. 29

3-7- باز دارنده­ها.............................. 30

3-8- روشهای سینتیکی............................ 30

3-8-1- روشهای دیفرانسیلی....................... 31

3-8-1-1- روش سرعت اولیه........................ 31

3-8-1-2- روش زمان ثابت ........................ 33

3-8-1-3- روش زمان متغیر........................ 34

3-8-2- روشهای انتگرالی......................... 35

3-8-2-1- روش تانژانت .......................... 36

3-8-2-2- روش زمان ثابت......................... 36

3-8-2-3- روش زمان متغیر........................ 37

3-9- صحت دقت و حساسیت روشهای سینتیکی........... 38

فصل چهارم : بخش تجربی

4-1- مواد شیمیایی مورد استفاده................. 40

4-2- تهیه محلول­های مورد استفاده................ 40

4-3- دستگاه های مورد استفاده................... 41

4-4- طیف جذبی.................................. 42

4-5- نحوه انجام کار .......................... 43

4-6- بررسی پارامترها و بهینه کردن شرایط واکنش . 44

4-7- اثر قدرت یونی ............................ 45

4-8- اثر زمان.................................. 47

4-9- شرایط بهینه............................... 49

4-10- روش پیشنهادی برای اندازه گیری کروم....... 49

4-11- منحنی کالیبراسیون........................ 50

4-12- حد تشخیص................................. 53

فصل پنجم: بحث و نتیجه­گیری

5-1- مقدمه..................................... 55

5-2 – بهینه نمودن شرایط........................ 56

5-3- منحنی کالیبراسیون­......................... 56

منابع ومآخذ.................................... 57

فهرست جداول

عنوان صفحه

جدول (3-1) طبقه بندی عمومی روشهای سینتیکی...... 26

جدول (4-1) مواد شیمیایی مورد استفاده........... 40

جدول (4-2). تغییرات بر حسب غلظت های متفاوت KNO₃ 46

جدول (4-3). تغییرات بر حسب زمان­های متفاوت پس از افزایش آسکوربیک اسید .......................................... 48

جدول (4-4). تغییرات در محدوده غلظتی ppm (3- 05/0) کروم 52

فهرست نمودارها

عنوان صفحه

نمودار (4-1) تشخیص طول­موج ماکسیمم رنگ متیلن­بلو. 42

نمودار (4-2) اثر تخریب رنگ متیلن بلو بدون حضور کروم (III) 44

نمودار (4-3). تغییرات بر حسب غلظت­های متفاوت KNO₃ 46

نمودار (4-4). تغییرات بر حسب زمان­های متفاوت پس از افزایش آسکوربیک اسید ................................. 48

نمودار (4-5). تغییرات در محدوده غلظتی ppm (3- 05/0) کروم 5

فهرست اشکال

عنوان صفحه

شکل (2-1) اجزاء دستگاه­ها برای اندازه­گیری جذب تابش 21

شکل (3-1) سرعت واکنش نسبت به زمان.............. 23

شکل (3-2) روش سرعت اولیه....................... 32

شکل (3-3) روش زمان ثابت........................ 34

شکل (3-4) روش زمان متغیر....................... 35

شکل (3-5) روش تانژانت.......................... 36

چکیده :

روش­های سینتیکی- اسپکترفوتومتری از جمله روش­های تجزیه دستگاهی به منظور بررسی تغییرات میزان گونه­های موجود در نمونه می­باشند که ضمن دارا بودن صحت، دقت و سرعت عمل بالا دارای هزینه روش بسیار پایین است. این خصوصیات کاربرد این تکنیک را در حد وسیعی برای بررسی رفتار ترکیبات رنگی و چگونگی تخریب وحذف آنها از پساب­های صنعتی میسر می­سازد. نظر به اهمیت ایجاد آلودگی توسط رنگ­های آلی در پساب­های صنعتی ارائه روش­های مناسب و جدید با حداقل هزینه و کارآیی بالا به منظور حذف این گونه ترکیبات مورد نظر پژوهشگران بوده و هست.

در این پروژه علاوه بر ارائه فاکتورهای مؤثر در تخریب رنگ متیلن­بلو می­توان به اندازه­گیری یون کروم که یک ماده سرطان­زاست، پرداخت. یک روش حساس و ساده برای تعیین مقادیر بسیار کم کروم به روش سینتیکی- اسپکتروفوتومتری براساس اثر بازدارندگی کروم در واکنش اکسیدشدن متیلن­بلو توسط آسکوربیک اسید در محیط اسیدی (H₂SO₄ 4 مولار) معرفی شده است. این واکنش به روش اسپکتروفوتومتری و با اندازه­گیری کاهش جذب متیلن­بلو در طول موج 664 نانومتر به روش زمان ثابت استفاده شده است. در محدوده زمانی 8- 5/0 دقیقه و دمای محیط، حد تشخیص ppm 013/0 بوده است و منحنی کالیبراسیون در محدوده ppm (­3- 05/0) از غلظت کروم خطی است.

فصل اول

کروم

مقدمه :

کرم اولین نوع فلز سنگین در پساب است.

یونهای کروم (III) و کروم (VI) برای محیط زیست و هستی بشر مضر هستند.

بر طبق استاندارد موجود مقدار کروم باقیمانده در پساب باید mg/l 5/1 باشد. در کنار شکل ساده یونهای کروم (III) و کروم (VI)، کمپلکس هماهنگ کروم (III)یا کروم (VI)، با پیوندهای ملکولی آلی و غیرآلی وجود دارد.

به طور مثال کمپلکس کروم در رنگها به طور کامل در صنعت نساجی از طریق واکنش شیمیایی بین Cr₂O₃ و یک نوع از ترکیبات آزو آلی استفاده می­شود. ساختار هماهنگ کمپلکس کروم قبل از تخریب بسیار پایدار و سخت است. این دسته از ترکیب­های کروم حد بالایی ازغلظت کروم را در پساب­های صنعتی ایجادمی­نمایند.

اگر کروم موجود در پساب مستقیماً در محیط آزاد شود به صورت یک عامل واکنش دهنده در محیط عمل نموده و از فعالیت باکتریها به صورت آشکار جلوگیری می­­کند. بنابراین بازده عملیات موجودات بسیار کم می­شود. بنابراین سمیت کروم بسیار زیاد می­باشد. بنابراین اندازه­گیری آن در گونه­های مختلف به ویژه پساب­های صنعتی همواره مورد توجه پژوهشگران بوده و تاکنون مقالات متعددی در این زمینه در مجلات مختلف علمی ارائه شده است.

رسوب دادن شکل مؤثری از فرآیند برداشتن یون کمپلکس کروم است اما قابل اجرا نمی­باشد، با استفاده از روشهای مبادله یون می­توان به طور مؤثرغلطت یون کروم را کاهش داد ولی این کار خیلی عملی نیست. از مهمترین عیب­های این روش بالا بودن هزینه تولید مواده مبادله کننده یونی و بهره­برداری آن است به علاوه در تعویض یون تنها می­توان از محدوده کمی از درجه pH استفاده کرد.

جذب روشی شناخته شده و مؤثر برای انتقال فلز آلوده کننده سنگین می­باشد، اما ظرفیت جذب باید با جاذب شیمیایی مناسب تقویت و یا تغییر داده شود.

مقادیر کم کروم (تا 5/0 درصد) را می­توان به روش رنگ سنجی در محلول قلیایی به صورت کرومات اندازه گرفت؛ اورانیم و سدیم مزاحم­اند ولی وانادیم اثری ندارد. عبور محلول در 365 تا 370 نانومتر یا با استفاده از یک صافی که عبور ماکسیمم آن در قسمت بنفش طیف قرار دارد، اندازه گیری می­شود.

خصلت قلیایی محلول استاندارد به کار گرفته شده برای تهیه منحنی مرجع باید همانند محلول نمونه باشد و ترجیهاً غلظت نمکهای خارجی در دو محلول باید یکی باشد محلول­های استاندارد را می­توان از پتاسیم کرومات با خلوص تجزیه ای تهیه نمود.

هزاران نمونه از کمپلکس­های کروم (III) وجود دارند که به جز چند مورد بقیه شش کوئوردیناسیونی هستند. مشخصه اصلی این ترکیبات بی اثر بودن سنجش آنها از نظر سینتیکی در محلول آبی است و به خاطر همین بی اثر بودن است که این همه نمونه­های کمپلکس از کروم می­توان جدا کرد و به همین دلیل است که قسمت عمده شیمی کلاسیک مربوط به کمپلکس­ها که توسط پژوهشگران اولیه به خصوص یورگنسن و ورنر مطالعه و بررسی شد، کروم را در بر می­گرفت. این کمپلکس­ها حتی درمواردی که از نظر ترمودینامیکی ناپایدارند، در محلول دوام می­آورند.

1-1- تعریف چرم:

چرم مهمترین فراورده­ای است که در فرآیند پوست پیرایی از تأثیر برخی مواد شیمیایی بر پوست به دست می­آید. چرم در برابر هوا و آب نفوذپذیر بوده و در مقابل باکتری ها و عامل­های فیزیکی و شیمیایی محیط مقاومت می­نماید. چرم برای تهیه بسیاری از لوازم مورد نیاز زندگی مناسب است و کاربردهای گوناگونی در زمینه­های مختلف زندگی دارد. با توجه به پوست پیرایی دو نوع چرم ساخته شده و به بازار عرضه می­شود:

الف) چرم­های گیاهی: برای ساخت این نوع چرم از مواد دباغی گیاهی استفاده می­شود.

ب) چرم­های شیمیایی: که برای ساخت آنها از مواد شیمیایی در پوست پیرایی استفاده می­شود این نوع چرم دارای ضخامت کمتری است.

1-2- لزوم پوست پیرایی:

پوست پیرایی فرآیندی فیزیکو شیمیایی برای تبدیل پوست به چرم است، که کالایی با ارزش اما فاسد شدنی را به کالایی فاسد نشدنی تبدیل می­کند. پوست از نظر شیمیایی پلیمری از آمینواسیدها است در واقع از رشته­های پروتئینی تشکیل شده است. این رشته­ها به وسیله عوامل فیزیکی و شیمیایی محیط تجزیه می­شوند. در این صورت زنجیره­های پروتین تشکیل دهنده بافت پوست گسسته می­شوند و پوست کیفیت طبیعی خود را از دست می­دهد.

برای جلوگیری از خرابی پوست می­بایست تغییرات به گونه­ای اعمال شوند که به ماهیت اصلی و ساختار پوست لطمه وارد نسازند. به این تغییرات دباغی پوست (پوست پیرایی) می­گویند.

1-3- پوست پیرایی با نمک­های کروم (دباغی کرومی):

امروزه بیشتر مواد معدنی که در پوست پیرایی به کار می­رود، از نمک­های کروم (III) و به ویژه سولفات کروم (III) تهیه می­شوند. در روش پوست پیرایی با نمک­های کروم، این نمک­ها با الیاف پوست واکنش می­دهند و پایداری بسیار زیادی به الیاف پوست می­بخشند که آن را در برابر دمای بالا مقاوم می­سازند.

چرمی که به این روش ساخته می­شود بسیاری از ویژگی­های مطلوب را ندارد و به وسیله رنگرزی و پوست پیرایی دوباره با مواد گیاهی ویژگی­های یک چرم خوب را پیدا می­نماید.

ویژگی مهم پوست پیرایی کرومی سرعت عمل و راندمان بالای آن است. به همین دلیل این روش پس از کشف آن در زمان کوتاهی رونق زیادی پیدا نمود. به نحوی که در بعضی کشورها تنها برای این ماده برای پوست پیرایی استفاده می­شود.

1-4- تاریخچه پوست پیرایی با نمک­های کروم (III):

نخستین بار در سال 1858 فریدیش ناب روش پوست پیرایی با نمک­هایی که کاتیون آنها هیدرولیز می­شوند، همانند نمک­های آهن (III)، آلومینیم و کروم (III) را ارائه داد این روش از آغاز قرن بیستم به طور روز افزون توسعه یافته است.

بر اثر این کشف بود که چرم سازی از یک کاردستی به صنعت تبدیل شد. نخستین فرآورده­های تجاری چرم کرومی، به آگوست شوتز در سال 1884 نسبت داده شده است. در روش شولتز پوست پیرایی با نمک­های کروم در دو مرحله انجام می­گرفت.

در مرحله اول پوست با یک محلول اسیدی از پتاسیم دی­کرومات (K₂CrO₇) آغشته شده و در مرحله دوم پتاسیم دی­کرومات در مجاورت یک ماده کاهنده مانند گلوگز به نمک کروم (III) سبز رنگ بر روی سطح پوست تبدیل می­شود.

1-5- معادله واکنش با گاز گوگرد دی اکسید­:

این روش دو مرحله­ای با این که دارای نقص­هایی است اما به چرم تولید شده کیفیت ویژه و مطلوبی می­دهد.

روش دیگری از پوست پیرایی با نمک­های کروم روش یک مرحله­ای است در این روش از یک نمک کروم (III) که به آسانی آبکافت می­شود مانند کروم (III) کلرید و یا سولفات استفاده می­شود.

برای نمونه واکنش­های کروم (III) کلرید و سولفات به صورت زیر می­باشند.

در این روش پوست با یک نمک کروم (III) مانند محلول بازی کروم (III) واکنش می­دهد. در این روش قبل از اضافه کردن نمک کروم (III) محیط را اسیدی می­کنند و سپس پوست را در آن قرار می­دهند. در این شرایط توانایی ترکیب شدن نمک کروم با پروتئین پوست کاهش می­یابد و در نتیجه نمک کروم امکان نفوذ کردن به درون پوست را پیدا می­کند. پس از اینکه به درون لیف نفوذ کرد pH را بالا می­برند. در نتیجه این تغییرات نمک کروم با پوست واکنش می­دهد.

1-6- شیمی نمک­های کروم (III):

نمک­های کروم (III) در اسیدهای قوی حل می­شود اما در pH بالاتر از 4 به صورت کروم (III) هیدروکسید رسوب می­کند. این نمک­ها می­توانند با تعدادی از مواد آلی واکنش دهند. در pHهای بالا محلول این نمک­ها رنگی­اند.

1-7- شیمی پوست پیرایی با نمک­های کروم (III):

در محلول کروم (III) نیترات، یون نیترات به صورت و یون کروم (III) وجود دارد و تغییری که در این یون کمپلکس به وجود می­آید اساس شیمی پوست پیرایی با نمک­های کروم (III) را تشکیل می­دهد.

واکنش­هایی که در محلول این یون روی می­دهد اساساً دو نوع است:

الف) آزاد شدن یون هیدرونیوم بر اثر آبکافت کاتیون کمپلکس و تولید یک نمک بازی براساس معادله شیمیایی زیر:

به هیمن دلیل محلول نمک­های کروم (III) خاصیت اسیدی دارند. انجام این واکنش که در آن یون تولید می­شود، دلیل روشنی بر وجود مولکولهای آب به صورت لیگاند در کاتیون کمپلکس کروم (III) در محلول نمک­های آن است.

ب) جانشینی شدن آنیون ها به عنوان لیگاند به جای مولکولهای آب در کاتیون کمپلکس در یک واکنش تعادلی در غلظت و دمای معین که معادله شیمایی آن به صورت زیر است:

در مجاورت نمک­های خنثی مانند KCl احتمال ندارد که کمپلکس­های آنیونی نیز به وجود آید. یون دی­اکوآتتراکلروکرومات (III)

یون­های کلرید موجود در این کملکس با نقره نیترات رسوب نمی­دهند.

1-8- عامل های بازدارنده (کند کننده):

این عامل­ها آنیونی هستند و با اتم فلز در یون کمپلکس پیوند تشکیل می­دهند. این پدیده به یون پوشاندن اتم مرکزی هم معروف است و در بررسی مکانیسم فرآیند پوست پیرایی با نمک­های کروم نیر مفید می­باشد.

از این رو، محلول­هایی که دارای لیگاندهای قوی­تر هستند به محلول­های کندکننده معروفند.

آنیون اسیدهای کربوکسیلیک می­تواند با دو اتم کروم و یک گروه پلساز ، یک حلقه شش ضعلی تشکیل دهند. برای نمونه داریم:

تشکیل کمپلکس با آنیون اسیدهای آلی دو ظرفیتی

تشکیل کمپلکس بایون اکسالات:

کمپلکس کروم (III) با یون اکسالات به اندازه­ای پایدار است که در مجاورت مقدار زیادی از یون­های اکسالات از پیشرفت فرآیند پوست پیرایی جلوگیری می­نماید.

1-9- مفهوم قدرت بازی:

کروم میل شدیدی برای جذب یون­های هیدروکسید در محلول دارد. واکنش کروم با این یون را می­توان به صورت واکنش سه مرحله­ای با نخستین، دومین و سپس سومین یون هیدروکسید نوشت. تمایل نمک­های کروم در نخستین مرحله واکنش بسیار زیاد است و حتی در pH=2 که غلظت یون برابر ^12-10 مول بر لیتر می باشد، واکنش انجام می­پذیرد.

با افزایش pH محلول در حدود 3 تا 4 دومین یون نیز وارد واکنش می­شود. با افزایش بیشتر pH سومین یون نیز وارد واکنش می­گردد.

(قدرت بازی %33)

(قدرت بازی %66)

(قدرت بازی %100)

نمک­های کروم (III) مورد استفاده در پوست دارای قدرت بازی 33 تا 45 درصد می­باشد. همانطور که قدرت بازی به معنی یون­های با کروم (III) است قدرت اسیدی به بخش اسیدی نمک نسبت داده می­شود. بنابراین مجموع قدرت اسیدی و بازی محلول نمک برابر صد است.

1-10- نقش عامل­های کندکننده در پوست پیرایی با نمک­های کروم (III):

یون کلرید () می­تواند در ساختار یون کمپلکس وارد شود یا در محلول آزاد بماند. این یون تمایل کمی برای ورود به ساختار کمپلکس کروم (III) دارد. اما یون­های دیگر ممکن است تمایل بیشتری برای ورود به ساختار کمپلکس داشته باشد.

برای مثال یون سولفات درنقش یک لیگاند دو دندانه­ایی تمایل زیادی به وارد شدن به ساختار کمپلکس دار می باشد و دو محل کوئوردیناسیون در کمپلکس های کروم (III) را اشغال می­نماید.

واکنش تعداد زیادی از مواد آلی با کروم (III) در محلول و تشکیل کمپلکس­های پایدار مورد بررسی فراوان قرار گرفته است. از این مواد آلی به عنوان عوامل­ کندکننده در فرآیند پوست پیرایی با نمک های کروم (III) استفاده می­شود.

1-11- عامل­های مؤثر بر پوست پیرایی کرومی:

عامل­های مؤثر در پوست پیرایی کرومی عبارتند از­: pH، قدرت بازی محلول، غلظت محلول، دما و زمان.

الف)‌ اثر pH­: در pH­های بالا در (محلولهای قلیایی) توانایی پروتئین برای ترکیب شدن با نمک کروم افزایش می­یابد اما افزایش زیاد pH باعث رسوب مواد دباغی کرومی در محلول می­شود در نتیجه تنظیم دقیق pH در این فرآیند ضروری است.

ب) قدرت بازی واکنش دهنده­ها: هرچه که قدرت بازی بیشتر باشد، کمپلکس­هایی با ملکولهای درشت­تر در محلول به وجود می­آید.

ج) غلظت محلول: غلظت محلول در این فرآیند باید ثابت باشد.

د) اثر دما: در دمای بالا سرعت واکنش به طور کلی افزایش می­یابد و عمل تثبیت کروم بر روی پوست بیشتر می­شود اما بالا رفتن بیش از حد دما باعث ناصافی در چرم شده بنابراین پوست پیرایی را در دمای پایین آغاز می­نماید.

هـ)زمان: سرعت هر واکنش بسته به اندازه pH و دما تغییر می­کند. کنترل مناسب این فرآیند به ارتباط بین زمان، pH و دما بستگی دارد.

1-12- رنگ­آمیزی چرم­:

با استفاده از نمک­های کروم (III) می توان هر نوع رنگی را بر روی انواع مختلف چرم به وجود آورد. رنگ کردن چرم دشواری­های خاص خود را دارا می­باشد. از جمله به دلیل سه بعدی بودن رشته­های چرم، نفوذ رنگینه به داخل چرم از نظر عملی و کاربردی اهمیت بسیار زیادی دارد. از آنجایی که چرم از مواد پروتئینی تشکیل شده است ماهیت شیمیایی آن بر اثر عوامل پوست پیرایی تغییر می­نماید، بنابراین تثبیت رنگینه تا حدود زیادی با مواد بکار رفته برای پوست پیرایی و همچنین وجود مواد دیگر ترکیب شده با پروتئین تغییر می­کند بنابراین تثبیت رنگینه در چرم فرآیند پیچیده­ای است و نیاز به تلفیق دانش­های عملی، هنری و تجربه کاری دارد.

1-13- نظریه تثبیت رنگینه­ها:

هدف از رنگ کردن چرم تثبیت مواد شیمیایی و واکنشگرهای رنگی در الیاف چرم می­باشد. عمق رنگ به چرم ساخته شده بستگی دارد. برای چرم­هایی که با نمک کروم (III) پوست پیرایی شده­اند از رنگ های اسیدی برای رنگرزی استفاده می­شود. چون مواد رنگزا از نظر اندازه مولکولی، میزان انحلال پذیری، خواص اسیدی و بازی متفاوت­اند تثبیت رنگ در چرم به این عوامل بستگی دارد.

رنگینه­های بازی به وسیله گروهای دارای بار منفی موجود در چرم جذب می­شود. در محیط اسیدی چرم مانند پروتئین پوست اولیه یون­های هیدروژن را جذب می­کند و دارای بار مثبت می­شود و در نتیجه، رنگینه­های بازی که کاتیونی می­باشند تمایل زیادی به جذب در پوست را دارند. هرقدر pH بالاتر برود چرم دارای بار منفی بیشتری شده و به تثبیت رنگینه بازی کمک می­نماید.

1-14- صنعت چرم سازی و آلودگی محیط زیست:

تبدیل یا تغییر شکل هر ماده و شیئی به منظور استفاده­های گوناگون همراه با ضایعات است. انواع این ضایعات به نوع ماده اولیه و پیچیدگی ساختار و کاربرد فرآورده نهایی بستگی دارد.

این تغییرات اثرات مستقیم و یا غیرمستقیم بر محیط زندگی تمامی موجودات زنده دارند. متأسفانه آلودگی­های محیط زیست به گونه­ای هستند که حیاتی ترین ماده مورد نیاز بشر یعنی آب و هوا را در بر می­گیرند و باعث زیان­هایی جبران ناپذیری به انسانها، حیوانات، گیاههان و .... می­شوند.

از این رو تمام پساب­های صنعتی به نحوی بر کیفیت آبهای جاری اثر ­گذارده و هنگامی که این آب به اندازه­ای کیفیت خود را از دست بدهد که نتوان از آن برای شستشو، شنا و نوشیدن استفاده نمود، آب آلوده شده است.

صنعت چرم­سازی از صنایعی است که هم به دلیل مصرف زیاد آب و دور ریز آن به صورت پساب و هم به دلیل شدت آلودگی پساب آن برای محیط زیست زیان آور است در پساب این صنعت آلاینده­های گوناگونی مانند BOD بالا، COD بالا، pH نامناسب، نمک­های کروم (III) و کلریدها وجود دارند که حضور هر یک از این آلاینده­ها در پساب کارخانه­های چرم­سازی مستلزم تصفیه آن است تا میزان آلاینده­های آن به مرز استانداردهای رایج جهانی برسد.

1-15- منبع­ها و منشأهای پساب کارخانه­های چرم سازی:

پساب کارخانه­های چرم سازی از انجام یافتن مرحله­های مختلف این فرآیند به وجود می آید از این رو مراحل را به طور جداگانه مورد بررسی قرار می­دهیم.

خیساندن: پساب این مرحله شامل مواد ضدعفونی کننده ماننده فنول و مواد شوینده مانند چربی و روغن می­باشد.

‌آهک دهی (موزدایی): به منظور موزدایی از آهک استفاده می­کینم که خاصیت بازی شدید دارد (11pH>) پساب حاصل از این مرحله دارای مواد جامد بسیار زیاد می­باشد. علاوه بر این سولفید خارج شده در این مرحله به زندگی آبزی­ها صدمه زیادی وارد می­سازد و مقدار اکسیژن آب را کاهش می­دهد.

آهک­زدایی، آنزیم­دهی و اسیدی کردن: پساب حاصل از آهک­گیری و آنزیم­دهی شامل مقداری نمک­های کلسیم و آمونیم، مو، چربی های اضافی و مواد تجزیه­نشدنی آنزیم­ها می­باشد.

پوست پیرایی کرومی: محلول نمک­های کروم (III) هنگام تخلیه دارای pH برابر 3 تا 5 است و شامل نمک­های کروم (III)، سولفوریک اسید و فرمیک اسید آزاد و نمک می­باشند. نمک­های کروم (III) حتی در مقدارهای پایین سمی است.

اندازه¬گیری یون کروم (III) به روش سینتیکی اسپکتروفوتومتری در پساب رنگیاثر قدرت یونیرنگ­آمیزی چرم­