حذف سرب و کادمیم از محلول آبی به کمک مبدل یونی زیستی
فلزات سنگین از جمله سرب و کادمیم یکی از آلاینده‌های خطرناک منابع آب هستند که برای سلامتی انسان و سایر موجودات مشکلات جدی ایجاد می‌کند. یکی از راه‌های تصفیه و حذف این فلزات از منابع آبی استفاده از تبادل‌گرهای یونی است، در همین راستا گفت‌وگویی با آقای دکتر نوراله میرغفاری انجام داده‌ایم که در ادامه به آن می‌پردازیم.
1. باعرض سلام و خسته نباشید خدمت شما استاد گرامی، لطفاً خودتان را معرفی کنید و شرح مختصری از زمینه کاری، مرتبه علمی و سایر مسئولیت‌های خود بفرمایید.
با سلام و تشکر از فعالیت‌های شما در زمینه معرفی دستاوردهای علمی و پژوهشی مرتبط با زیست‌فناوری که توسط محققین کشور انجام می‌گیرد. اینجانب نوراله میرغفاری دانشیار گروه محیط زیست در دانشکده منابع طبیعی دانشگاه صنعتی اصفهان هستم. در حال حاضر مدیر گروه محیط زیست و مسئول آزمایشگاه معتمد محیط زیست دانشکده هستم. زمینه کاری بنده مطالعات آلودگی محیط زیست و توسعه روش‌های حذف مواد آلاینده به‌ویژه تولید مواد جاذب ارزان قیمت از پسماندها و کاربرد آنها برای کاهش آلودگی‌های محیط زیست است.
2. اخیراً مقاله علمی در خصوص حذف یون‌های سرب و کادمیم از محلول آبی به‌کمک مبدل یونی زیستی ساخته‌شده از ضایعات گیاه دارویی کاسنی، توسط شما و همکارانتان منتشر گردیده است، ضمن معرفی سایر همکارانتان، لطفاً توضیحاتی در خصوص ضرورت و هدف از انجام این کار بیان کنید.
این مقاله نتایج بخشی از رساله دکتری آقای مجتبی جوکار دانشجوی دکتری آلودگی محیط زیست است که به راهنمایی مشترک بنده و همکارم آقای دکتر سلیمانی انجام شده است. همچنین همکار دیگر این مقاله آقای دکتر جباری از دانشگاه بوراس سوئد است که در طی فرصت مطالعاتی دانشجو همکاری داشته‌اند. با توجه به محدودیت منابع آب کشور، توسعه روش‌های کارامد و ارزان‌قیمت برای جلوگیری از آلودگی منابع آب و تصفیه پساب‌های صنعتی و شهری حاوی فلزات سنگین ضروری است. بنابراین، هدف اصلی این کار تولید رزین زیستی تبادل‌گر کاتیونی از پسماندهای زیستی کارگاه‌های گلاب و عرق‌گیری است که در ایران به‌عنوان یکی از تولیدکنندگان گیاهان دارویی به‌صورت فراوان وجود دارد و کاربرد آن برای حذف فلزات سنگین از آب است. لازم به ذکر است که دفع این پسماندها یک مشکل زیست‌محیطی برای کارگاه‌های سنتی و صنعتی عرق‌گیری محسوب می‌شود و تبدیل آنها به یک ماده با ارزش می‌تواند موجب حفاطت از محیط زیست و کمک به توسعه اقتصادی و اشتغال‌زایی شود.
3. لطفاً در خصوص پیشینه فعالیت صورت گرفته در داخل و خارج از کشور توضیحاتی بفرمایید.
در مورد این کار تحقیقی، لازم به توضیح است که فلزات سنگین از جمله سرب و کادمیم یکی از آلاینده‌های خطرناک منابع آب برای سلامتی انسان و سایر موجودات است. در سال‌های اخیر، مطالعات وسیعی در دنیا و همچنین در ایران برای توسعه روش‌های مختلف فیزیکی-شیمیایی و زیستی برای حذف فلزات سنگین از جمله تولید مواد جاذب از پسماندهای مختلف صنعتی، کشاورزی و شهری از محیط‌های آبی انجام شده و در مجلات معتبر علمی چاپ شده‌اند. تحقیقات انجام‌گرفته بیشتر بر مبنای فرایند جذب بوده است و کمتر به فرایند تبادل یونی توجه شده است. در این کار، هدف ما تولید تبادل‌گر یونی زیستی به‌عنوان جانشینی برای رزین‌های مصنوعی است.
4. اخیراً گزارشات متعددی در خصوص افزایش غلظت فلزات سنگین در فاضلاب‌ها منتشر می‌شود؛ به نظر شما علت این اتفاق چیست و چه پیامدهای زیست‌محیطی می‌تواند داشته باشد؟
به‌طور کلی، فلزات سنگین در بیشتر فاضلاب‌های صنعتی با توجه به نوع فعالیت آنها وجود دارد و لازم است که استانداردهای محیط زیست برای تخلیه فاضلاب به‌طور جدی رعایت شود. در فاضلاب‌های شهری هم فلزات سنگین می‌توانند از منابع مختلف خانگی، کارگاه‌ها، واحدهای تجاری و روان آب‌های شهری وارد شوند که البته در مقایسه با فاضلاب‌های صنعتی غلظت آنها کمتر است. استفاده از این فاضلاب‌ها برای آبیاری فضای سبز و کشاورزی بدون رعایت استانداردهای زیست‌محیطی موجب افزایش فلزات سنگین در منابع آب و خاک و زنجیره غذایی خواهد شد که پیامدهای خطرناکی برای سلامتی انسان خواهد داشت و نقش مهمی در گسترش بیماری‌های مختلف دارد.
5. فلزات سنگینی که در این مطالعه بررسی شده است، سرب و کادمیم می‌باشد. عمده تولید این فلز در چه صنایعی است؟ راه‌های جلوگیری از ورود این فلز به فاضلاب چیست؟
منابع اصلی انتشار سرب و کادمیم در صنایع مختلف از جمله صنایع آبکاری فلزات، صنایع تولید فلزات، صنایع شیمیایی، رنگ‌سازی و …. است. مهمترین راهکار جلوگیری از ورود این فلزات در مرحله اول جلوگیری و کاهش تولید آنها در صنایع است و در مرحله بعد توسعه روش های تصفیه تکمیلی فاضلاب در واحدهای صنعتی است.
6. از آنجایی‌که صنایع منتشرکننده این آلاینده، تمایل چندانی به جلوگیری از ورود این فلز به فاضلاب ندارند، اهمیت تصفیه و حذف این ماده از فاضلاب، نمایان می‌شود. به‌صورت کلی چه روش‌هایی برای حذف این فلز از فاضلاب‌ها و منابع آبی وجود دارد؟ شما از چه روشی استفاده نموده‌اید؟
روش های مختلفی ازجمله ته‌نشینی شیمیایی، انعقادسازی، جذب سطحی و … برای حذف فلزات سنگین از فاضلاب‌ها استفاده می‌شود که هر کدام دارای مزایا و محدودیت‌هایی هستند. روش پیشنهادی ما که در مقیاس آزمایشگاهی انجام شده است استفاده از یک زیست تبادل‌گر کاتیونی است که از پسماندهای گیاه کاسنی تهیه شده است و کارایی بالایی دارد.
7. دلیل استفاده از تبادل‌کننده‌های یونی چیست؟ به‌صورت کلی این روش چه مزایایی نسبت به سایر روش‌های حذف فلزات سنگین در محلول‌های آبی دارد؟
رزین‌های یونی کارایی خیلی خوبی برای حذف فلزات سنگین به‌ویژه در محلول‌هایی که غلطت فلزات سنگین کم است و روش‌های دیگر ممکن است مناسب نباشند، دارند. همچنین در این روش، رزین‌ها قابلیت احیا دارند و می‌توان در چرخه‌های متعدد از آنها استفاده کرد و فلزات را بازیابی نمود.
8. مواد مورد استفاده و فرایندهای مرسوم سنتز و تولید مبدل‌های یونی چیست؟
برای ساخت رزین‌های مصنوعی مبدل یونی از مواد و ترکیبات پلیمری استفاده می‌شوند.
9. ایده استفاده از ضایعات گیاهان دارویی مانند کاسنی چگونه ایجاد شد؟ مزایای این پسماند نسبت به سایر پسماندهای گیاهی چیست؟
ایده استفاده از این ضایعات با توجه به فراوانی و در دسترس‌بودن آنها شکل گرفت و همچنین نسبت به سایر پسماندهای گیاهی ناخالصی کمتری دارند.
10. لطفاً روش آماده‌سازی مبدل یونی زیستی از ضایعات گیاه کاسنی را به‌صورت مختصر بیان نمایید.
روش آماده‌سازی بر اساس اصلاح شیمیایی پسماند با کلرید کلسیم انجام شده است.
11. ضمن بیان پارامترهایی که ارزیابی نموده‌اید، نتایج حاصل از آنالیزهای مختلف را به‌صورت مختصر شرح دهید. بازده حذف این فلزات نسبت به انواع تبادل‌کننده‌های دیگر چه تغییراتی داشته است؟
پارامترهای مختلف مانند غلظت فلزات سنگین، زمان، مقدار جاذب و … در کارایی حذف فلزات سنگین مورد بررسی قرار گرفته است و کارایی خوبی در مقایسه با سایر مواد داشته است.
12. نوآوری این تحقیق را به‌صورت مختصر بیان کنید. برنامه شما برای ادامه این پژوهش در آینده چیست؟
نوآوری این تحقیق به نوع ماده اولیه مورد استفاده و همچنین تبدیل آن به یک تبادل‌گر یونی زیست‌سازگار است. برای ادامه این کار، در نظر است که در صورت امکان و تأمین هزینه، این روش در مرحله نیمه‌صنعتی نیز توسعه پیدا کند تا زمینه تجاری‌سازی آن فراهم شود.
13. سودآوری و توجیه ملموس اقتصادی برای صاحبان صنعت جهت استفاده از نتایج این تحقیق چیست؟ آیا برنامه‌ای در این خصوص دارید؟
در مورد جنبه‌های اقتصادی این کار، نیاز به تکمیل مطالعات است.
14. نقش نهادهای دولتی و سیاست‌گذار در به‌کارگیری و حمایت از این نوع تحقیقات (استفاده از پسماندهای گیاهی در تصفیه پساب) چگونه است؟ برنامه شما برای استفاده از این روش در مقیاس‌های بزرگتر و سیاست‌گذاری آن چیست؟
برای تبدیل این تحقیقات آزمایشگاهی به فناوری قابل استفاده در صنعت نیاز به حمایت و کمک دولت و بخش خصوصی است. همان‌طورکه اشاره شد ما در نظر داریم در مقیاس نیمه‌صنعتی این تحقیقات را ادامه دهیم. ضمناً درخواست ثبت این محصول به‌عنوان یک محصول دانش‌بنیان در معاونت علمی و فناوری ریاست جمهوری نیز انجام شده است.
15. موانع و مشکلاتی که در این پروژه با آن مواجه بودید را بیان کنید.
مهمترین موانع کمبود بودجه‌های تحقیقاتی برای تأمین امکانات مورد نیاز است.
16. لطفاً نام سازمان و یا نهادهایی که پروژه شما را حمایت کرده‌اند بیان کنید.
این پروژه مربوط به رساله دکتری است که هزینه آن از بودجه تحصیلات تکمیلی دانشگاه صنعتی اصفهان تأمین شده است.
17. ضمن تشکر و قدردانی از وقتی که به ما اختصاص دادید، به‌عنوان بخش پایانی اگر صحبتی برای خوانندگان دارید بفرمایید.
من هم مجدداً از شما به‌خاطر تلاش در جهت ترویج و معرفی دستاوردهای مرتبط با تحقیق تشکر می‌کنم. نکته‌ای که در پایان می‌خواهم به آن اشاره کنم این است که به نظرم راه اصلی فائق‌آمدن بر مشکلات مختلف کشور ازجمله بحران محیط زیست و کمبود منابع آب، اهمیت‌دادن به توسعه تحقیقات و فناوری‌های نوین و استفاده مدیران و برنامه‌ریزان کشور از نتایج آنها است.
☑ مصاحبه‌کننده: جواد طغیانی
