Layli ikqat hidroksiDLƏR Əsasinda alinmiş nanokompoziTLƏRİn tullanti sularindan ağir metallarin sorbsiyasinda təTBİQİ

V.R. İsmayılov, N.V. Hüseynova, Ş.Z. Salayev
Nanomərkəz, Baki Dövlət Universiteti, AZ1075, Bakı, Z.Xəlilov 23, [e-mail]
LAYLI İKQAT HİDROKSİDLƏR ƏSASINDA ALINMIŞ NANOKOMPOZİTLƏRİN TULLANTI SULARINDAN AĞIR METALLARIN SORBSİYASINDA TƏTBİQİ

Canlı həyatın varlığı üçün təmiz və keyfiyyətli su mütləq şərtdir. Yer kürəsi səthinin ¾-ü su ilə örtülmüş olsa da planetdə şirin su çatışmamazlığı problemi mövcuddur. Yalnız yeraltı sular, bulaq suları və bəzi çayların suları şirin su mənbəyi hesab edilir. Lakin bunların heç də hamısı canlılar üçün, xüsusən insan üçün yararlı deyildir. Buna səbəb həmin suların müxtəlif kimyəvi maddələrlə çirklənməsidir.

Son dövrlərdə dünya əhalisinin sayının artması, şirin su ehtiyatlarının çirklənməsi dünyada içməli su probleminin geniş şəkildə araşdırılmasını labüd etmişdir[1].
Tarixən insanın fəaliyyəti nəticəsində təbiətə müəyyən ziyan dəymişdir. Lakin son onilliklərdə elmdə qazanılan uğurların nəticəsi olaraq neft , kimya, neft-kimya və s. sahələrin sürətli inkişafı çirkləndirici maddələrin müxtəlifliyini xeyli artırmışdır. Bu çirkləndiricilər öz mənbəyinə, təsir mexanizminə və canlılar üçün təhlükəlilik dərəcəsinə görə bir-birindən kəskin fəqlənir[2].
Ağır metallar çirkləndirici faktorlar siyahısında ön sıralarda yerləşir. Bu maddələrin toksiki təsiri çox güclü oldugundan onların cüzi miqdarı belə ciddi morfoloji və fizioloji fəsadlar törədə bilir. Belə ki, ağır metalların konsentrasiyasının ətraf mühitdə artması ağır xəstəliklərin və həmçinin genetik mutasiyaların yaranmasına gətirib çıxarır[3]. Buna görə ağır metallar üçün yol verilən qatılıq həddi çox aşağıdır. Bundan başqa, bu elementlər kumulyativ- yəni orqanizimdə toplanmaq qabiliyyətinə malikdir. Müntəzəm olaraq agır metallarla çirklənmiş sudan istifadə edilərsə, son nəticədə həmin metalların miqdarı toplanaraq orqanizm üçün təhlükəli həddə çatır. Mendeleyev cədvəlində olan 84 metaldan 43-ü ağır metallara aiddir. Bu metallara misal olaraq Cu, Ni, Со, Pb, Sn, Zn, Cd, Bi, Sb, Hg və s. göstərmək olar. İndi isə bu metallardan bəzilərinin yol verilən qatılıq həddindən kənara çıxmalarının canlı orqanizminə göstərdiyi təsirləri nəzərdən keçirək[3],[4]:

1. 
   Kobaltın insan orqanizmində qatılığının normadan aşağı olması qan azlığına, endokrin zoba, B12 vitaminin çatışmamazlığına və ya az sintez olunmasına səbəb olur.
   
2. 
   Misin orqanizmdə çatışmamazlığı qan azlığına, sinir sisteminin xəstəliklərinə səbəb olur, yol verilən qatılıq həddindən çox olması isə böyrək patologiyasına və sarılıq xəstəliyinin yaranmasına səbəb olur.
   
3. 
   Sink elementi hüceyrələrin bölünməsini və zədələnmiş toxumaların bərpasını sürətləndirir və eyni zamanda xərçəng hüceyrələrinin əmələ gəlməsinə səbəb olur.
   
4. 
   Kadmiumun artıq miqdarı “itay-itay” xəstəliyinə səbəb olur. Bu xəstəlik zamanı sümüklər asanlıqla deformasiyaya uğrayır.
   
5. 
   Civə ən zəhərli ağır metallardan biridir. Orqanizmə daxil olan civə əsasən beyində toplanır. Bu da psixi-nevroloji anomaliyalara, baş gicəllənməsinə, daimi baş ağrılarına və yaddaş pozğunluqlarına səbəb olur. 1953-cü ildə Yaponiyada mənbəyi bilinməyən yeni bir xəstəlik qeydə alınmışdır. Bu xəstəlik insanlarda qıcolmalara, gözlərin tutulmasına gətirib çıxarır və sonda ölümlə nəticələnirdi. Araşdırmalar göstərdi ki, bunun səbəbi həmin insanların istifadə etdikləri dəniz məhsullarında civənin miqdarının normadan xeyli artıq olmasıdır.Yəni bu insanlar agır civə metalı ilə zəhərlənmişdirlər. Civə balıqların baş hissəsində toplanırdı. Civənin Yaponiyanın sahil sularında artıqlığına səbəb kimya müəssisələrinin tullantı sularında onun miqdarının çox olması idi. Bu suların Yaponiya sahillərinə axıdılması problemin daha qlobal olmasına səbəb olmuşdur[4].
   

Bütün yuxarıda göstərilənlər suyun agır metallardan tamamilə təmizlənməsinin vacibliyini bir daha sübut edir. Bu problemin həlli yollarından biri də istifadə olunmuş suların təmizlənərək yenidən dövriyyəyə qaytarılmasıdır. Belə ki, insan məişətdə, sənayedə və kənd təsərrüfatında şirin sudan istifadə edir. İstifadə olunan su müxtəlif kimyəvi maddələrlə çirkləndiyindən onların təkrar istifadəsi mümkün olmur. Nəzərə alsaq ki, yer kürəsində şirin su ehtiyatı məhduddur, onda bu suların tərkibinin təmizlənərək təkrar istifadəsi qaçılmazdır. Bunun üçün müxtəlif təmizləmə texnologiyaları işlənib hazırlanmışdır. Bu üsullar içərisində laylı ikiqat hidroksidlər əsasında alınmış nanohissəciklərlə suyun təmizlənməsi daha çox diqqəti cəlb edir.

Laylı ikiqat hidroksidlər tərkibində II və III valentli metal ionları, anion və kristalhidrat şəklində su saxlayan birləşmələrdir. Bu birləşmələr aktiv kationlu gillərlə müqayisə olunur və bəzən alion gillər adlandırılır. Onların ümumi formulu aşağıdakı kimi olur:

və metal kationları, isə aniondur.
Laylı ikiqat hidroksidlər bir-biri ilə anion vasitəsi ilə əlaqədə olan iki laydan ibarətdir. Bu laylarda OH^- anionu ilə əhatə olunmuş kationlar yerləşir. Kation kimi müxtəlif ikivalentli (məs: Mg, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn) və üçvalentli (məs: Al, Mn, Fe, Co, Ni, Cr, Ga) metallardan, anion kimi isə müxtəlif üzvi və qeyri-üzvi turşu qalıqlarından istifadə edilir. Şəkildən də göründüyü kimi laylı ikiqat hidroksidlərin tərkibində müsbət və mənfi yüklü ionlar vardır. Müsbət yüklü ionlar, yəni kationlar laylarda yerləşir və OH anionları ilə əhatə olunurlar. Turşu qalıqları, yəni anionlar isə laylar arasında yerləşir və layları bir-birinə bağlayır.

Şəkil 1. Mg-Al əsaslı LİH-lər OH qrupları ilə əhatə olunmuş prizma qruluşlu layların üst-üstə yığılmış təsviri[8].

Bu ionlar sorbsiya mərkəzləri rolu oynayırlar. İonların sayı və yerləşməsi müxtəlif olduğundan sorbsiya prosesinin də müxtəlif formaları olur. Qeyri-spesifik sorbsiya anion dəyişmə mexanizmi üzrə gedir. Bu üsulla sudan müxtəlif tipli anion çirləndiriciləri ayırmaq olur. Spesifik sorbsiya isə 2 yolla baş verir[5].

1. 
   Liqand dəyişmə yolu ilə: məlumdur ki, laylı ikiqat hidroksidlərin (LİH) tərkibində olan OH
   

qrupları liqand olduğundan onlardan da iondəyişdirici kimi istifadə etmək olar.

2. 
   Metal ionları vasitəsi ilə sorbsiya: metal ionları müsbət yüklü hissəciklərdir və ion rabitəsi
   

hesabına sudan müxtəlif mənfi yüklü hissəcikləri ayıra bilirlər[7].
Yuxarıda göstərilən sorbsiya mexanizmləri ion dəyişmə mexanizminə əsaslandığından laylı ikiqat hidroksidlər çox güclü sorbentlərdir. Bununla yanaşı sorbsiya sürəti və effektivliyi səthin sahəsindən asılıdır. Nanobirləşmələrin ən mühüm xassələrindən biri onlarda səth sahəsi effektinin üzə çıxmasıdır[8]. Belə ki,nano ölçüdə alınmış maddələrin səthinin sahəsinin onların həcminə nisbəti, həmin maddənin real ölçüdə səthinin sahəsinin onun həcminə olan nisbətindən xeyli böyük olur.
Göstərilən üstünlüklər laylı ikiqat hidroksidlər əsasında alınmış nanomaterialların suyun təmizlənməsində nə qədər əhəmiyyətli olduğunu bir daha sübut edir.