در دهه­های اخیر رشد جمعیت و افزایش فعالیت­های صنعتی موجب شده مشکلات زیست محیطی بیشتر و پیچیده­تری به وجود آید. (کنز و همکاران، 2002)[1] پیشرفت شتابان در فعالیت­های صنعتی و ساخت و تشکیل کارخانه­ها و همچنین توسعه فن­آوری باعث شده است تا آلودگی­های گسترده و خطرناکی در محیط زندگی انسان به وجود آید و تبدیل به یک تهدید جدی برای سلامت انسان گردد. (ژکسیان و همکاران،  2006)[2] در واقع مقدار قابل توجهی از این آلاینده­ها در جو، خاک و آب یافت می­گردد که این فعالیت­ها مجموعاً باعث آلودگی آب­های سطحی، آب­های زیر­زمینی و دریا می­گردد. با رشد جمعیت مصرف آب افزایش می­یابد اما عرضه آن محدود است و این مقدار محدود موجود نیز توسط انواع آلاینده­ها آلوده می­ شود. منابع اصلی آلودگی آب مواد زائد جامد، زباله­های رادیواکتیو، آلودگی حرارتی می­باشند. (تیاگی و مهرا؛ 1994)[3] شماری از فعالیت­های خانگی و صنعتی مانند سوزاندن سوخت­های فسیلی، سوزاندن ضایعات، فرایند­های ذوب، استخراج معدن، صنایع باتری سازی و غیره موجب تولید این آلاینده­ها  به ویژه فلزات سنگین می­شوند.

امروزه به حداقل رساندن تولید زباله­های خطرناک و فلزات سنگین به عنوان یکی از مهمترین چالش­های زیست محیطی است که جهان امروز با آن مواجه است. فلزات سنگین، مواد غیر قابل تجزیه خطر­ناک هستند که می­توانند در عناصر محیط پیرامون انسان از جمله مواد غذایی تجمع کنند و سلامتی انسان را به خطر بیاندازند. (کاوسارن و یو، 2001 ؛ یان و ویراگاوان 2001)[4] روش­های مختلفی برای از بین بردن فلزات سنگین از جمله رسوب شیمیایی، فیلتراسیون غشایی، تبادل یون، استخراج مایع و الکترودیالیز و غیره وجود دارد. (اقبال و همکاران، 2002)[5] این روش­ها به دلیل هزینه بالا برای صنایع در مقیاس­های بزرگ مورد استفاده قرار نمی­گیرند. در حال حاضر استفاده گسترده صنعتی از جاذب­های کم هزینه با توجه به در دسترس بودن برای تصفیه فاضلاب­ها توصیه می­ شود. (العاشه و همکاران، 2000؛ بیلی و همکاران، 1999)[6]

انواع مختلفی از جاذب­ها برای جذب فلزات سنگین وجود دارد که مناسب­ترین آنها ضایعات کشاورزی و محصولات جانبی می باشد. ( ساری و همکاران، 2008)[7]

هدف از انجام این پروژه بررسی بهره­وری از ضایعات پوست لیمو  به عنوان جاذب در حذف کبالت، کادمیم و نیکل از محلول­­های آبی بوده و مطالعات تعادل و سینتیک برای توصیف فرایند جذب انجام شده است. همچنین مدل­های مختلفی برای تعیین نرخ و مکانیسم فرایند جذب مورد آزمایش قرار گرفتند.

1-1 فلزات سنگین

آلاینده­های عمده محیط زیست ممکن است شامل فلزات سنگین و آلاینده­های آلی پایدار مانند مواد شیمیایی، بی­فنیل­های پلی­کلرینه، دیوکسین و فوران باشد. این ضایعات ممکن است عفونی، سمی و یا رادیواکتیو باشند. (انجورج، 2007)[8]سه نوع از فلزات سنگین نگران­کننده عبارتند از : 1- فلزات سمی(سرب، مس، نیکل، کبالت ، کادمیم، روی ، قلع و .­.­.) 2- فلزات گران­بها (پلاتین ، نقره، طلا، پالادیم و .­.­.) 3- پرتوزا ( توریم و .­.­.) (وانگ و چن، 2006)[9]

یون­های فلزات سنگین سمی مختلف از طریق فعالیت­های صنعتی فلزی از جمله آبکاری، استخراج معدن، کلر­آلکالی، تولید رادیاتور، ذوب فلزات، صنایع

 آلیاژی، صنایع برق و الکترونیک، پتروشیمی، الکترولیز، الکترو اسمز و .­.­. و یا فعالیت­های صنعتی غیر­فلزی مانند چاپ، صنایع عکاسی، پالایشگاه­های نفت، صنایع کاغذ، چرم، فاضلاب­ها، کود­ها و آفت­کش­ها، هوا فضا، نیروگاه­های انرژی هسته­ای و غیره تشکیل می­شوند و یکی از علل عمده آلودگی آب به شمار می­آیند. (خالفو و منیا،2012)[10] باقی مانده یون­های فلزات سنگین ممکن است در میکروارگانیسم­ها، گیاهان و جانوران تجمع یابد که به نوبه خود به زنجیره غذایی انسان وارد و منجر به مشکلات سلامتی- بهداشتی عدیده­ای می­ شود. (ارزکو، 2008)[11]

فلزات سنگین آلودگی­های زیست محیطی جدی و در نتیجه تهدیدی برای سلامت انسان و اکوسیستم را به همراه دارد. حضور فلزات سنگین در آب آشامیدنی اثرات سوء و گسترده­ای بر سلامت بدن انسان خواهد گذاشت که می توان به چند نمونه از آن اشاره کرد. بطور مثال این فلزات کبد، کلیه­ها ریه و مغز استخوان را هدف قرار می­دهند. (سالم و همکاران، 2000)[12] ضایعات و سرطان پوستی، آلرژی­ها، فشار خون بالا، بیماری­های قلبی و عروقی، بیماری­های ریوی (اسمیت و همکاران، 2000)[13] ضعف، بی­حالی، صدمه به دستگاه گوارش، درد شکم، گرفتگی عضلات، بی­اشتهایی، بیماری­های عصبی، تغیرات رفتاری، مشکلات زبان و گفتار و نقص در رشد از دیگر مشکلات ایجاد شده از این مسئله می­باشند. (کاپور و همکاران، 1999)[14]

برای مثال توریم یکی از عناصر رادیواکتیو است که بطور گسترده­ای بر روی پوسته زمین توزیع شده است. این یون رادیونوکلوئید سمی و خطرناک بوده و حتی در مقادیر بسیار کم برای فیزیولوژی انسانی و دیگر سیستم­های بیولوژیکی بسیار مضر است و می ­تواند باعث بیماری­های مختلفی شود. برخی از فعالیت­های انسانی از جمله فرآوری سوخت هسته­ای و بهره برداری از سنگ معدن می ­تواند باعث آزاد شدن این رادیونوکلوئید شود. (ون هورن و هوانگ، 2006)[15]

در بین فلزات سنگین سرب یکی از سمی­ترین آن ها به شمار می­رود که از طریق کشت در خاک­های آلوده، تنفس هوا در محیط­های صنعتی مثل کارخانه­های باتری­سازی و نوشیدن آب­های آلوده، وارد بدن انسان می­ شود و ایجاد مشکلات جدی مانند تهوع، سرطان، تشنج و انحطاط سیستم مرکزی عصبی را پدید می­آورد. (لی و همکاران، 2005)[16]

آرسنیک، از دیگر فلزات سنگین است که در آب­های آشامیدنی یافت می­ شود. اختلالات عصبی، کاهش اشتها، سرطان مثانه و کلیه، تغیر و ضخیم شدن پوست، تحلیل عضلات از جمله مشکلات بوجود آمده از این سم می باشد. (جین و علی، 2000)[17]

در ذیل به شرح 3 نمونه از فلزات سنگین که در این تحقیق مورد بررسی قرار گرفته­اند می­پردازیم.

1-1-1 کبالت

کبالت عنصر فرومغناطیس سخت با علامت شیمیایی Co که داری رنگ خاکستری براق می‌‌باشد. کبالت دارای وزن مخصوص ۷۵۶/۸ گرم بر مترمکعب، نقطه ذوبی برابر ۱۴۹۳ درجه سانتی ­گراد، رسانایی الکتریکی آن حدود ۱۶ درصد مس است. این عنصر اغلب با نیکل همراه است و هر دوی آنها از اجزای مشخص فلز شهاب سنگ می‌باشند. PESTAN(به خاطر محدودیت سایت در درج بعضی کلمات ، این کلمه به صورت فینگیلیش درج شده ولی در فایل اصلی پایان نامه کلمه به صورت فارسی نوشته شده است)داران، نیازمند مقدار بسیار کمی از نمک­های کبالت هستند. کبالت 60 که ایزوتوپ رادیواکتیو و مصنوعی کبالت است،  یک منبع مهم گاما،  ردیاب رادیواکتیو و عامل رادیوتراپی و معالجه سرطان به‌شمار می­آ‌ید. البته بلع کبالت 60 منجر به ورود مقداری کبالت درون بافت­های بدن می‌شود که به‌کندی از بدن خارج می‌شود.

نفوذ­پذیری نسبی کبالت، دو سوم آهن است. حالات اکسیداسیون عادی کبالت، شامل 2+ و3+ است، گرچه 1+ نیز دیده شده است. کبالت نسبتا دارای فراوانی کمی در پوسته زمین است و در آب­های طبیعی، به عنوان سولفین کبالت (COS) غیر قابل حل، رسوب می­ کند. اگرچه سطح میانگین کبالت در خاک معمولی حدود 8 ppm است، ولی خاک­هایی با مقدار کبالت به اندکیppm  1/0  و یا به بزرگی بیش از  70 ppm نیز وجود دارد.