استفاده از نانوتکنولوژی در بسته بندی مواد غذایی و ...

محیط زیست و توسعه پایدار با رویکرد کرونا و محیط زیستاولین همایش ملی فناوری های نوین در

1th National Conference of New Technologies in the Environment and Sustainable Development

with Corona and Environment Approach

1

استفاده از نانوتکنولوژی در بسته بندی مواد غذایی و توکسیسیتی احتمالی آنها بر

سالمت انسان و محیط زیست

2، الهام زاده هاشم*1فاطمه رضائی

دانشجوی دکتری تخصصی بهداشت مواد غذایی، گروه بهداشت و کنترل کیفی مواد غذایی، دانشکده دامپزشکی، دانشگاه ارومیه، ایران [email protected]

[email protected]استادیار بخش فارماکولوژی و توکسیکولوژی، گروه علوم پایه، دانشکده دامپزشکی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران -2

چکیده:بندی مواد غذایی به یک ضرورت در زندگی روزمره تبدیل شده است. هنگامی که غذا بالفاصله در جوامع مدرن بسته

بندی یکی از دهد. بسته متعددی را انجام میای قرار گیرد که عملکردهای شود، باید در بستهپس از تولید مصرف نمی

دهد و محافظی است که سالمت محتوای های صنایع غذایی است که به ایمنی مواد غذایی اهمیت میمهمترین بخش

از تولید تا زمان مصرف حفظ می ابعاد کند. در دههآنها را پس های اخیر، گسترش و توسعه کاربرد نانوتکنولوژی در

بندی مواد غذایی است. با توجه به خواص متعدد ها بسته نسان بسیار زیاد شده است و یکی از این جنبه مختلف زندگی ا

آنتی قارچی، ضد ضدمیکروبی، خواص همچون ذرات در نانو نانو تکنولوژی و...، مکانیکی خواص بهبود اکسیدانی،

در حال افزایش است. افزایش ماندگاری مواد غذایی بندی مواد غذایی مورد توجه قرار گرفته و استفاده از آن هر روزبسته

گیرد. همچنین کاهش مصرف های میکروبی و کاهش فساد مواد غذایی توسط این فناوری صورت میو حذف آلودگی

تخریب زیست و بستهانرژی از برخی بودن اینکه بندیپذیر به توجه با اما است. مفید بسیار زیست محیط برای ها

شود، سمیت و اثرات ناشناخته آنها را نباید از یاد برد. تولید کی و شیمیایی نانوذرات دچار تغییرات میخصوصیات فیزی

و استفاده از نانوذرات، انتشار آنها در محیط زیست را تقریباً قطعی کرده و سمیت آنها و پیامدهای زیست محیطی باید

مورد بررسی قرار گیرد.

زیست، سمیت، مواد غذایی، بسته بندی. نانو ذرات، محیط کلمات کلیدی:

مقدمه: . 1ای برای محافظت فیزیکی و شیمیایی، افزایش ماندگاری، بازاریابی و توزیع مواد غذایی است. آنها نقش مهمی در بندی وسیلهبسته

نحوه دسترسی این محصوالت به مصرف کنندگان به شکل ایمن و سالم بدون افت کیفیت دارند. رابطه بین غذا و تماس با مواد

کند. بنابراین امل بوده و به تغییراتی که در طول زمان در این محصوالت ایجاد می شود کمک میبندی به طور پیوسته در تعبسته

مهم است که هنگام انتخاب بسته مناسب برای یک محصول غذایی خاص، عوامل متعددی در نظر گرفته شود. به طور کلی، مواد

های های شیشه ای و پالستیکی، قوطی، سفال، جعبهریبندی ممکن است سفت یا انعطاف پذیر باشند. ظروف سفت شامل بطبسته

های پالستیکی، ها، فیلمای از مواد است که شامل پوششهای پالستیکی است. بسته بندی انعطاف پذیر گروه عمدهچوبی و فلزی و لوله

mailto:[email protected]




2

وان از آنها برای ساختن روکش، هایی است که می تپذیر، کاغذ، فویل، برخی از انواع الیاف گیاهی و پارچهخوراکی و زیست تخریب

. (Raheem, Dele, 2013)های مهر و موم شده یا بدون مهر استفاده کرد کیسه و کیسه

بندی مواد غذایی دارد؛ همچنین به عنوان یک روش فناوری نانو، علم مواد بسیار کوچک است که نقش به سزایی در تولید و بسته

ها، بندیهای مکانیکی، حرارتی بستهبندی مواد غذایی در راستای بهبود ویژگیصنعت بستهها در مدرن با ارائه جدیدترین پیشرفت

ها، برطرف کردن زا و مولد فساد، افزایش زمان ماندگاری مواد غذایی، کاهش ضایعات و هزینههای بیماری شناسایی میکروارگانیسم

های فعال و بهبود یافته با حفظ کیفیت مواد غذایی و جنبههای هوشمند، مسائل زیست محیطی و همچنین با معرفی بسته بندی

نانوذرات، تغییر خصوصیات مواد بسته از اندکی با وجود مقدار نیز شناخته شده است. بندی بدون تغییر قابل توجه در ایمنی آن

و و فناوری نانو عالوه بر مفید (. ذرات نان 2020رمجی و صباغ پور لنگرودی؛ باشد )های تراکم، شفافیت و فرآوری میسر میویژگی

های توانند دارای خطرات احتمالی نیز باشند، بنابراین باید مسائل مرتبط با ایمنی و خطرات احتمالی همراه با این روشبودن می

المت ها را افزایش دهند و تهدیدی بالقوه برای محیط زیست و سجدید را در نظر گرفت. ذرات نانو ممکن است سرعت جهش باکتری

(. Peyrot et al., 2014انسان باشند )

در مطالعه حاضر کاربرد نانوتکنولوژی در بسته بندی مواد غذایی و سمیت احتمالی آنها بر سالمت انسان و محیط زیست بررسی شده

است.

مواد و روش کار: . 2پایگاه از طریق بوده و جستجو ، Pubmed ،SCOPUS ،Web of Scienceهای اطالعاتی این مطالعه به صورت مروری غیر نظامند

Google Scholar وSciencedirect با کلید واژگانNanoparticle ،Food Science ،Packaging ،Toxicant وEnvironment در

های اخیر صورت گرفت.مقاالت سال

ها:یافته. 3بندی عبارت نهایت فروش آن، یا به بیان دیگر بسته سازی مواد غذایی برای انبارکردن و دربندی عبارت است از هنر و علم آمادهبسته

ندی باید در حد امکان ساده و باست از پوششی که سالمت کاالی محتوی خود را از مرحله تولید تا مرحله مصرف حفظ کند. بسته

بندی بندی یعنی خاصیت حفاظتی و جذابیت را نیز دارا باشد. با عنایت به اینکه مواد بسته ارزان باشد، ضمن اینکه اهداف اولیه بسته

های ر ماشینشود بنابراین خواص دیگری نیز باید داشته باشد که عبارتند از: قابلیت استفاده دهای مختلف فرآیند میتوسط ماشین

(. Robertson, 2013لفاف، دوخته شدن با استفاده از حرارت و شکل پذیری با استفاده از فرآیندهای حرارتی )

بندی مواد غذایی اهداف بسته

: (Yamada et al., 2005) بندی مواد غذایی عبارت است ازبطورکلی، مهمترین اهداف بسته

حفاظت در برابر عوامل مولد فساد درونی و بیرونی افزایش طول عمر مواد غذایی و -1

کاهش میزان ضایعات مواد غذایی به هنگام بارگیری، تخلیه و ... -2

تر بازاریابی و حمل و نقل بهتر و آسان -۳

بندی از نظر اقتصادیاهمیت بسته

بندی از طریق تنظیم فضای مناسب بسته ةبندی مواد غذایی افزایش طول عمر نگهداری محصول است. مادمهمترین مسئله در بسته




3

به ویژگی با توجه افزایش میدر داخل بسته را از های نگهداری محصول، زمان ماندگاری آن استفاده دهد. مسئله دیگری که در

نبوه بندی محصوالت مدنظر است بهبود حمل و نقل، انبارداری و عرضه محصول است. امروزه با پیشرفت تکنولوژی و تولید ابسته

Bie et)بندی عرضه محصول به صورت عمده فروشی یا خرده فروشی در بازار امکان پذیر نیست محصوالت، بدون استفاده از بسته

al., 2013 ؛et al., 2013 Erdohan)

ارائه اطالعات ممکن کننده قرار دهد. بندی عمل مناسبی برای درج اطالعاتی است که تولیدکننده مؤظف است در اختیار مصرفبسته

است به صورت مستقیم یا غیرمستقیم انجام گیرد. درج اطالعاتی نظیر دستورالعمل مصرف کاال، ترکیبات سازنده و ارزش غذایی آن،

گیرد. در حالی که برخی اطالعات به صورت غیرمستقیم با استفاده از تاریخ مصرف و تاریخ انقضا کاال به صورت مستقیم انجام می

کننده منتقل بندی بکار رفته و یا عالئم اختصاری که به صورت بین المللی پذیرفته شده است به مصرفهای بستهر طراحیرنگ د

ضرر بودن محصول است. این موضوع ممکن است به منشا طبیعی و یا گیاهی محصول برای مثال، رنگ سبز نشان دهنده بی. گرددمی

اضافه فرآوری به یا و باشد مربوط ای مرتبط رفته بکار محصول در مضر ترکیبات برخی استخراج جهت حال که هر در گردد.

المللی ها به صورت بینضرر بودن آن خواهد داشت. برخی رنگکننده با دیدن رنگ سبز قالب در بسته احساس مطلوبی به بیمصرف

. (Guilbert et al., 1996) ه یا کاکائو پذیرفته شده استای یا طالیی برای محصوالت با منشأ قهوبرای برخی محصوالت نظیر رنگ قهوه

نوین که در صنعت بستهدر کنار دیگر تکنولوژی به کار میهای رایجبندی مواد غذایی از به عنوان یکی نانوتکنولوژی ترین رود،

(. این تکنولوژی، ijevic et al., 2015Dimitrهای مختلف جایگاه خود را در صنایع غذایی پیدا کرده است )های نوین در عرصهفناوری

اتم 100تا 1تکنیکی نوظهور است که در مقیاس پرداخته و موجب ایجاد برخی ویژگیها و مولکولنانومتر به دستکاری های ها

های رصهفیزیکی شیمیایی و صفات رفتاری منحصر به فرد و متفاوت گردیده، به طوری که کاربردهای زیادی را برای این مواد در ع

های بندی برای افزایش قابلیت(. از همان روزهای اول نقش نانوتکنولوژی در صنعت بسته Rossi et al., 2017آورد )مختلف بوجود می

توان به افزایش خواص مکانیکی مانند مقاومت در برابر ضربه و سایش، جلوگیری بندی شناخته شده است که از آن جمله میمواد بسته

در زیر به برخی از نانوذرات مورد استفاده (.Dimitrijevic et al., 2015روج گازها و رطوبت به درون بسته و... اشاره نمود )از ورود و خ

شود:در بسته بندی مواد غذایی اشاره می

نانوذرات رس:

ارزانی، دسترسی آسان و عملکرد خوب آنها اند. دلیل این توجه نانوذرات رس از جمله ناوذراتی است که بسیار مورد مطالعه قرار گرفته

توان به صورت نانوالیه و با ضخامتی در مقیاس نانو به کار برد. مواد معدنی آن اغلب بنتونیت است و غالباً یک نانو است. رس را می

و نفوذناپذیری در برابر بندی سبکی، استحکام، مقاومت در برابر حرارتآید. نتیجه استفاده از آن در بستهماده تجاری به شمار می

ها از همدیگر و پراکنده شدن آنها در ماتریس پلیمری، اصالح سطح گازها است. دو ویژگی خاص نانورس عبارت است از: باز شدن الیه

(. Berekaa., 2015آنها جهت بر هم کنش بهتر بین ماتریس پلیمری و نانوذرات )

نانوذرات نقره:

گردد. استفاده از نانوذرات نقره در ظروف بسته بندی یک الیه به میکروبی در صنعت غذا استفاده میبه دلیل دارا بودن خواص ضد

بندی ها در بستهها و کپکتواند از رشد باکتریعنوان مواد افزودنی، به علت غیر قابل نفوذ بودن نسبت به اکسیژن و رطوبت، می

(. به دلیل خاصیت کاتالیزوری که دارد، از He & Hwang., 2016ل شود )جلوگیری کند و در نتیجه سبب افزایش ماندگاری محصو

شود، ها و سبزیجات تولید میرود، مثالً اتیلن که توسط خود میوهآن در جذب و از بین بردن برخی مواد در صنایع غذایی به کار می

اتیلن از شود، در بسته بندی این باعث رسیدن سریع آنها و کاهش زمان ماندگاری آنها می نوع مواد غذایی برای جذب و تجزیه

(.Keshwani et al., 2015شود )نانوذرات نقره استفاده می




4

نانوذرات سلولز:

نانوذرات سلولز به عنوان تقویت کننده برای افزایش خواص کاربردی پلیمرها به خصوص بهبود استحکام کششی فیلم، درجه بلورینگی

ین مطالعات مختلف نشان داده است که این ماده دارای خواص ضدباکتریایی و ضد قارچی علیه باشد. همچنو دمای ذوب مفید می

میکروارگانیسم از میبرخی آلبیکنز کاندیدا و نایجر آسپرژیلوس اشریشیاکلی، اورئوس، استافیلوکوکوس نظیر مهمترین ها باشد.

حویژگی به سطح نسبت باال، مکانیکی مقاومت سلولز نانوذرات و های مناسب قیمت دسترسی، سهولت پایین، چگالی زیاد، جم

پذیر به میزان زیادی مورد توجه تخریب های اخیر استفاده از نانوذرات سلولز در پلیمرهای زیستباشد. در سالپذیری میتخریبزیست

(.Bastioli & Bettarini; 2020قرار گرفته شده است )

نانو ذرات اکسید روی:

ترین نانواکسید تولید شده در جهان ( فراوان2TiO( و نانو دی اکسید تتانیوم )2SiOنانواکسید روی پس از نانودی اکسید سلیسیم )

ضدباکتریایی آن توان به بهتر بودن ویژگیباشد. افزایش تولید نانواکسید روی نسبت به سایر نانوذرات و حتی اکسید روی را میمی

کمپیلوباکتر زایی نظیر اند نانواکسید روی دارای خاصیت ضدمیکروبی علیه عوامل بیماریمحققین گزارش کردهنسبت داد. برخی از و ۳انتروکوکوس فکالیس ، استافیلوکوکوس اورئوس، O157:H7 اشریشیا کلی، سالمونالهای ، گونه2کلستریدیوم پرفرنجنس، 1ژژونی

آئروژنز باکتریباشد. می 4سودوموناس سلولی غشای تخریب طریق از روی از نانواکسید دسته این عملکرد در اختالل باعث ها

های اخیر تولید (. عالوه بر این طبق گزارشReeves et al., 2008) شودها میها شده و در نهایت موجب مرگ آنمیکروارگانیسم

. در (Zeng et al., 2007)شود می ز خاصیت ضدمیکروبی در آناز سـطح نـانواکسـید روی باعـث بـرو( 2O2Hهیدروژن پراکسـید )

های سرامیک و ها، افزودنیبندی مواد غذایی، علوم دارویی، رنگدانهحال حاضر، از نانواکسید روی به عنوان افزودنی و در صنعت بسته

کی جالب توجهی از جمله پایداری شیمیایی، های شیمیایی و فیزیشود. نانواکسید روی ویژگیالستیک و مواد الکترونی استفاده می

سازگاری با محیط زیست و پایداری زیاد در برابر نور دارد. عالوه بر این، این ماده به علت ماهیت غیرسمی و قابلیت آن در مانع شدن

(. Mirzaei & Darroudi, 2017های ضدآفتاب دارد )ای در لوسیوناز تابش نور فرابنفش کاربرد گسترده

مواد در تماس با غذا از غذا در برابر آلودگی خارجی محافظت می کند و ارزش غذایی و همچنین کیفیت فیزیکی و حسی غذا را حفظ

می کند. با این حال ، کنترل مهاجرت ترکیبات از مواد بسته بندی به مواد غذایی مهم است ، زیرا ممکن است منجر به انتقال مواد

واند مواد غذایی را برای مصرف کمتر ایمن کند یا ویژگی های حسی و تغذیه ای آن را تغییر دهد. بنابراین ناخواسته ای شود که می ت

,.Wrona & Nerinالزم است ترکیباتی که در مواد مختلف بسته بندی وجود دارد و می توانند مهاجران بالقوه باشند ، شناسایی شود )

2019 .)

یره سازی مواد غذایی دارای نانوذرات نقره را با چهار نوع محلول غذاهای شبیه سازی شده آزمون مهاجرت کیسه ذخ 2011در سال

های پلی اتیلن به محلول غذاهای شبیه سازی شده اتفاق افتاد و پر کرده بودند. نتایج نشان داد که مهاجرت نانوذرات نقره از کیسه

(. این موضوع دقت بر روی سمیت نانوذرات Huang et al., 2011یافت )مقدار مهاجرت با افزایش زمان ذخیره سازی و دما، افزایش

دهد. را نشان می

1 Campylobacter jejuni 2 Clostridium perfringens 3 Enterococcus faecalis 4 Pseudomonas aeruginosa




5

سمیت نانو ذرات:

کند و به همین دلیل فناوری نانو با سرعت رو به رشدی، مواد جدید و محصوالتی بر پایه نانو ابزار، تجهیزات و ذرات نانو خلق می

های سطحی آنها نیز کند. زیرا با کوچک شدن اندازه ذرات تا ابعاد نانو، ویژگیا میپژوهش سمیت نانو مواد، به طور جدی ضرورت پید

یابد که منجر به سمیت نیز خواهد شد. تعیین سمیت نانو مواد، یک مسأله اساسی است کند و فعالیت شیمیایی افزایش میتغییر می

تباط است. برای بررسی میزان سمیت نانوذرات، آگاهی از میزان که با اندازه نانویی، مساحت سطح باال و افزایش فعالیت سطحی در ار

جذب نانوذرات در بدن ضروری است که این امر تحت تاثیر عوامل مختلف از جمله شکل و بارسطحی نانوذره است. نانوذرات به دلیل

شوند. به طور DNAها، پروتئین و ول هایی که دارند قادر هستند به درون سلول و حتی هسته راه یابند و سبب تغییرات در سلویژگی

کنش خواهند داشت و با اثر بر روی فعالیت زیستی آنها منجر به سمیت ها برهمکلی نانوذرات در بدن با خون، سیستم ایمنی و سلول

شوند. همچنین های کلیدی دارد سبب از بین رفتن عملکرد آن میخواهند شد. بدین صورت که با تغییر در ساختار پروتئین که نقش

در فعالیت سیستم ایمنی اختالل ایجاد کنند و بدین وسیله عملکرد آن را کاهش و یا افزایش دهند که در هر دو حالت توانندمی

(. عوامل و خصوصیاتی در ارتباط با نانوذرات وجود دارد که باعث افزایش سمیت 201۳اثرات سوء خواهد داشت )تاران و همکاران؛

یابد که سبب تر شدن اندازه نانوذرات، نسبت سطح به حجم افزایش میشود. با کوچکیست میآنها در تعامل با بدن انسان و محیط ز

یابد. های گیاهی و جانوری افزایش میشود. همچنین با کاهش اندازه آنها، امکان نفوذ در بافتتر شدن آنها میتر شدن و سمیفعال

توانند به سد خونی مغزی نفوذ کنند و ذرات با اندازه کمتر از انومتر، مین ۳5در تحقیقات گفته شده است که ذرات با اندازه کمتر از

توانند با عبور از غشای نانومتر می 100ها شوند در حالیکه ذرات با اندازه مساوی و یا کمتر از توانند وارد هسته سلول نانومتر می 40

گذارد. (. شکل نانوذرات نیز بر اثرات سمیت آنها تاثیر میl., 2009Oberdörster et al., 2004., Dawson et aسلولی وارد سلول شوند )

مرتبه افزایش 60تواند فرآیند قرارگیری آنها در غشای سلولی را تا محاسبات مدل سازی شده نشان داده که شکل و بار نانوذرات می

است که در سمیت آنها نقش دارد؛ برای مثال (. ماهیت نانوذرات از دیگر فاکتورهای کلیدی Nangia & Sureshkumar., 2012دهد )

(. Gaiser et al., 2012نانوذرات نقره سمیت بیشتری نسبت به نانوذرات اکسید مس دارد )

پذیری سریع آنها در مقایسه با سایر مواد است که باعث شده از آنها به عنوان کاتالیزگر های اصلی نانوذرات، واکنشاز جمله ویژگی

پذیر اکسیژن های واکنشکنند و باعث تولید گونهها آغاز میهای کاتالیزی را در سلول پذیر، واکنشانوذرات واکنشاستفاده شود. ن

های بیولوژیکی ها در سیستمای از واکنششوند، بنابراین زنجیرهشوند. از آنجا که در فرآیندهای کاتالیستی ذرات دچار تخریب نمیمی

(. بار الکتریکی نانوذرات Stark, 2011شود )پذیری غیر معمول، باعث سمی شدن بیشتر نانوذرات میمورد انتظار است. چنین واکنش

(.Deng et al., 2012شود )ها به نسبت با نمونه خنثی آنها میها و پروتئینپذیرتر شدن آنها در سلول باعث واکنش

ها و مایعات را نیز دارند. به دلیل تحرک باال و اندازه کوچک، نانوذرات، ذرات جامدی هستند که توانایی جابجا شدن به شیوه گاز

(. پایداری نانوذرات در سیستم بیولوژیکی Nel et al., 2006های گیاهی و جانوری منتشر شوند )توانند به آسانی در سلول نانوذرات می

معمول سیستم بیولوژیکی، اکثر pHمهم است. در در پایداری نانوذرات بسیار pHبه ماهیت، اندازه و غلظت آنها بستگی دارد. سیستم

شوند نیز در تعیین اثرات (. محیطی که در آن نانوذرات سنتز شده یا ذخیره میRoy et al., 2003نانوذرات قابل حل شدن هستند )

,.Yue et alغییر دهد )کند. تغییر در قدرت یونی ممکن است اندازه و در نهایت میزان سمیت نانوذرات را تسمی آنها نقش ایفا می

2015 .)




6

تاثیر نانوذرات بر محیط زیست:

توانند دارای خطرات احتمالی نیز باشند، بنابراین باید مسائل مرتبط با ایمنی و خطرات ذرات نانو و فناوری نانو عالوه بر مفید بودن می

ها را افزایش دهند و تهدیدی است سرعت جهش باکتری های جدید را در نظر گرفت. ذرات نانو ممکن احتمالی همراه با این روش

توانند باعث تاثیرات مخرب بر خاک شوند. با تعیین بالقوه برای محیط زیست و سالمت انسان باشند. در محیط زیست نانوذرات می

ها ای از میکروب وسط گستره ها تبینی کرد. خاکتوان اثرات فعالیت انسانی بر محیط خاک را پیشها در خاک میمیزان فعالیت آنزیم

(. نانوذرات Peyrot et al., 2014های بسیار پایین داشتند ) ها در غلظتاند. نانوذرات نقره اثرات سمی واضحی بر فعالیت آنزیمغنی شده

رای یک مدت های باالی نانو ذرات نقره بهای خاکی دارند. مواجهه با غلظتنقره همچنین اثر مستقیم بر میزان رشد و جمعیت کرم

(. محیط آبزیان به دلیل کاربرد محصوالت Ploeg et al., 2014طوالنی ممکن است رشد جمعیت میکروبی خاک را به صفر برساند )

های تک سلولی سمی (. نانوذرات برای موجودات آبزی همچون ماهی و ارگانیسمPopov et al., 2005باشد )نانو مستعد آلودگی می

های مختلف موجودات آبزی با هم متفاوت (. میزان تأثیرپذیری در برابر سمیت نانوذرات در گونه heli., 2007Nowack & Bucهستند )

(. تعیین میزان دقیق نانوذرات در محیط آبزیان هنوز چالش برانگیز است. نوع نانوذره هم دارای تاثیر Griffitt et al., 2008است )

,.Fent et alورخری در معرض نانوذرات سیلیکا قرار گرفتند و سمیتی مشاهده نشد ) های ماهی گمتفاوتی بر آبزیان است. جنین

(. نانوذرات برای حیات آبزیان خطرناک هستند با این Bar‐Ilan et al., 2009ای داشتند )(. اما نانوذرات نقره اثرات بسیار کشنده2010

ها برخی های در مواجهه بستگی دارد. در برخی گونهت، بار و گونهوجود شدت خطر به فاکتورهای متعددی چون: اندازه، نوع نانوذرا

شوند. با این وجود انتقال نانوذرات در زنجیره غذایی یک موضوع بسیار جدی است که نیاز به توجه دقیق دارد. ها درگیر میاز ارگان

گیری: نتیجه. 4

ای را برای بهبود کیفیت نگهداری و امنیت مواد غذایی فراهم کرده بالقوهنانوتکنولوژی به عنوان یک شاخه جدید در علم، امکانات

بندی تا مصرف است. استفاده های میکروبی در مراحل بستهاست. یکی از موارد مورد توجه نانوتکنولوژی در صنعت غذا رفع آلودگی

ش تاثیرات فناوری نانو بر صنایع غذایی و ورود این از این تکنولوژی باعث بهبود کیفیت و ماندگاری مواد غذایی شده است. با افزای

های گفته شده سمیت گردد و در کنار مزیتمحصوالت به بازارهای مصرف، اهمیت سالمت این دسته از مواد غذایی بیشتر مطرح می

د به مواردی چون مدت زمان و اثرات ناخواسته و ناشناخته آنها باید مورد توجه قرار بگیرد. در مورد سمیت و آلودگی محیط زیست بای

مواجهه با نانوذرات، غلظت آنها، منشأ تولید آنها، پتانسیل آزادسازی و خصوصیات فیزیکی و شیمیایی محیطی که نانوذرات در آنها

با همکاری شوند توجه بسیار شود. همچنین در کنار مزایای بسیار تکنولوژی نانو باید به مخاطرات آن نیز توجه شود. امید است آزاد می

بین علوم مختلف، سبب رفع و کاهش این مخاطرات برای سالمت انسان و محیط زیست شویم.

: مراجع• Bar‐Ilan, O., Albrecht, R. M., Fako, V. E., & Furgeson, D. Y. (2009). Toxicity assessments of multisized gold

and silver nanoparticles in zebrafish embryos. Small, 5(16), 1897-1910. • Bastioli, C., & Bettarini, F. (2020). 6. General characteristics, processability, industrial applications and market

evolution of biodegradable polymers. In Handbook of Biodegradable Polymers (pp. 147-182). De Gruyter. • Berekaa, M. M. (2015). Nanotechnology in food industry; advances in food processing, packaging and food

safety. Int J Curr Microbiol App Sci, 4(5), 345-357. • Bie, P., Liu, P., Yu, L., Li, X., Chen, L., & Xie, F. (2013). The properties of antimicrobial films derived from

poly (lactic acid)/starch/chitosan blended matrix. Carbohydrate polymers, 98(1), 959-966.




7

• Dawson, K. A., Salvati, A., & Lynch, I. (2009). Nanoparticles reconstruct lipids. Nature nanotechnology, 4(2),

84-85. • Deng, Z. J., Liang, M., Toth, I., Monteiro, M., & Minchin, R. F. (2012). Plasma protein binding of positively

and negatively charged polymer-coated gold nanoparticles elicits different biological

responses. Nanotoxicology, 7(3), 314-322. • Dimitrijevic, M., Karabasil, N., Boskovic, M., Teodorovic, V., Vasilev, D., Djordjevic, V., ... & Cobanovic, N.

(2015). Safety aspects of nanotechnology applications in food packaging. Procedia Food Science, 5, 57-60.

• Erdohan, Z. Ö., Çam, B., & Turhan, K. N. (2013). Characterization of antimicrobial polylactic acid based

films. Journal of Food Engineering, 119(2), 308-315. • Fent, K., Weisbrod, C. J., Wirth-Heller, A., & Pieles, U. (2010). Assessment of uptake and toxicity of fluorescent

silica nanoparticles in zebrafish (Danio rerio) early life stages. Aquatic toxicology, 100(2), 218-228. • Gaiser, B. K., Fernandes, T. F., Jepson, M. A., Lead, J. R., Tyler, C. R., Baalousha, M., ... & Stone, V. (2012).

Interspecies comparisons on the uptake and toxicity of silver and cerium dioxide nanoparticles. Environmental

Toxicology and Chemistry, 31(1), 144-154. • Griffitt, R. J., Luo, J., Gao, J., Bonzongo, J. C., & Barber, D. S. (2008). Effects of particle composition and

species on toxicity of metallic nanomaterials in aquatic organisms. Environmental Toxicology and Chemistry:

An International Journal, 27(9), 1972-1978. • Guilbert, S., Gontard, N., & Gorris, L. G. (1996). Prolongation of the shelf-life of perishable food products using

biodegradable films and coatings. LWT-food science and technology, 29(1-2), 10-17. • He, X., & Hwang, H. M. (2016). Nanotechnology in food science: Functionality, applicability, and safety

assessment. journal of food and drug analysis, 24(4), 671-681.

• Huang, Y., Chen, S., Bing, X., Gao, C., Wang, T., & Yuan, B. (2011). Nanosilver migrated into food‐simulating

solutions from commercially available food fresh containers. Packaging Technology and Science, 24(5), 291-

297. • Keshwani, A., Malhotra, B., & Kharkwal, H. (2015). Advancements of nanotechnology in food

packaging. World J Pharm Pharm Sci, 4(04), 1054-1057. • Mirzaei, H., & Darroudi, M. (2017). Zinc oxide nanoparticles: Biological synthesis and biomedical

applications. Ceramics International, 43(1), 907-914. • Nangia, S., & Sureshkumar, R. (2012). Effects of nanoparticle charge and shape anisotropy on translocation

through cell membranes. Langmuir, 28(51), 17666-17671. • Nel, A., Xia, T., Mädler, L., & Li, N. (2006). Toxic potential of materials at the nanolevel. science, 311(5761),

622-627. • Nowack, B., & Bucheli, T. D. (2007). Occurrence, behavior and effects of nanoparticles in the

environment. Environmental pollution, 150(1), 5-22. • Oberdörster, G., Sharp, Z., Atudorei, V., Elder, A., Gelein, R., Kreyling, W., & Cox, C. (2004). Translocation

of inhaled ultrafine particles to the brain. Inhalation toxicology, 16(6-7), 437-445. • Peyrot, C., Wilkinson, K. J., Desrosiers, M., & Sauvé, S. (2014). Effects of silver nanoparticles on soil enzyme

activities with and without added organic matter. Environmental toxicology and chemistry, 33(1), 115-125. • Popov, A. P., Priezzhev, A. V., Lademann, J., & Myllylä, R. (2005). TiO2 nanoparticles as an effective UV-B

radiation skin-protective compound in sunscreens. Journal of Physics D: Applied Physics, 38(15), 2564. • Raheem, Dele. "Application of plastics and paper as food packaging materials-An overview." Emirates Journal

of Food and Agriculture (2013): 177-188.

• Reeves, J. F., Davies, S. J., Dodd, N. J., & Jha, A. N. (2008). Hydroxyl radicals (OH) are associated with titanium

dioxide (TiO2) nanoparticle-induced cytotoxicity and oxidative DNA damage in fish cells. Mutation

Research/Fundamental and Molecular Mechanisms of Mutagenesis, 640(1-2), 113-122. • Robertson, G. L. (2005). Food packaging: principles and practice. CRC press. • Rossi, M., Passeri, D., Sinibaldi, A., Angjellari, M., Tamburri, E., Sorbo, A., ... & Dini, L. (2017).

Nanotechnology for food packaging and food quality assessment. Advances in food and nutrition research, 82,

149-204.




8

• Roy, I., Ohulchanskyy, T. Y., Pudavar, H. E., Bergey, E. J., Oseroff, A. R., Morgan, J., ... & Prasad, P. N. (2003).

Ceramic-based nanoparticles entrapping water-insoluble photosensitizing anticancer drugs: A novel drug−

carrier system for photodynamic therapy. Journal of the American Chemical Society, 125(26), 7860-7865. • Stark, W. J. (2011). Nanoparticles in biological systems. Angewandte Chemie International Edition, 50(6),

1242-1258. • van der Ploeg, M. J., Handy, R. D., Waalewijn‐Kool, P. L., van den Berg, J. H., Herrera Rivera, Z. E.,

Bovenschen, J., ... & van den Brink, N. W. (2014). Effects of silver nanoparticles (NM‐300K) on Lumbricus

rubellus earthworms and particle characterization in relevant test matrices including soil. Environmental

toxicology and chemistry, 33(4), 743-752. • Wrona, M., & Nerin, C. (2019). Risk Assessment of Plastic Packaging for Food Applications. In Food Contact

Materials Analysis (pp. 163-191). • Yamada, K., Akiba, Y., Shibuya, T., Kashiwada, A., Matsuda, K., & Hirata, M. (2005). Water purification

through bioconversion of phenol compounds by tyrosinase and chemical adsorption by chitosan

beads. Biotechnology progress, 21(3), 823-829. • Yue, Y., Behra, R., Sigg, L., Fernandez Freire, P., Pillai, S., & Schirmer, K. (2015). Toxicity of silver

nanoparticles to a fish gill cell line: Role of medium composition. Nanotoxicology, 9(1), 54-63. • Zhang, L., Jiang, Y., Ding, Y., Povey, M., & York, D. (2007). Investigation into the antibacterial behaviour of

suspensions of ZnO nanoparticles (ZnO nanofluids). Journal of Nanoparticle Research, 9(3), 479-489. فصلنامه . (. فنّاوری نانو عرصه ای نوین در صنعت بسته بندی مواد غذایی2020صبا. ) & ,عیل رمجی, صباغ پور لنگرودیااسم •

. 19-6(: 42)11، علوم و فنون بسته بندیعلمی

ترویجی ایمنی - نامه علمیفصل. (. بررسی سمیت نانوذرات در مواجهه با سلول201۳فائزه. ) & ,تاران, عموعابدینی, کاشانیان •

. 74-55(:1)6، زیستی




9

آلی-های فلزیجذب هیدروژن در چارچوب

3حاجیانی، محمود 2، محمدحسین صیادی*1پورالهام چمانه [email protected]دانشجوی دکتری علوم محیط زیست، دانشگاه بیرجند، -1

[email protected]دانشیار گروه محیط زیست، دانشگاه بیرجند، -2

[email protected]. استادیار گروه محیط زیست، دانشگاه بیرجند، ۳

چکیده های کوئوردینه شــده هــای فلــزی و یــا خوشــهکه از یون(، MOFsآلی )-های فلزیچارچوب، در دو دهه گذشته

آلــی ساخته شدهبــا یکنواخت حفرات، لیگاندهــای اندازه و شکل باال، ساختار کریستالی، تخلخل دلیل به اند،

در حال توسعه و کاندید بالقوه برای ذخیره قابلیت تنظیم، تنوع ساختاری باال و انواع گوناگون به یک زمینه تحقیقاتی

های سبز از جمله جذب کربن، تــوان در پروژههــا را میاند. عملکــرد ایــن چارچوبسازی هیدروژن تبدیل شده

چارچوب این بررسی به پژوهش این در کـرد. بررسـی کربن اکسید و دی متان مضر گازهای عنوان حدف به ها

شود.زی هیدروژن پرداخته میهای ذخیره سارزین

فتوکاتالیست، لیگاند آلی، یون فلزی، ذخیره سازی. کلمات کلیدی:

. مقدمه 1(. افزایش 2017و همکاران، Maاستفاده و گرم شدن هوای کره زمین روبرو است ) امروزه جهان با دو بحران اصلی کمبود انرژی قابل

که امروزه آیدهای فسیلی یکی از مهمترین دالیل این دو بحران به حساب میمصرف سوختغلظت دی اکسید کربن در جو به دلیل

های فسیلی بشر های مربوط به مصرف سوخت(. نگرانی2016و همکاران، Shabaniبیش از پیش مورد توجه بشر قرار گرفته است )

ت. چگالی انرژی هیدروژن بسیار بیشتر از ترکیبات نفتی های انرژی پایدار مانند گاز هیدروژن ترقیب نموده اسرا به توسعه حامل

از هیدروژن به عنوان مانند بنزین است و همچنین احتراق هیدروژن، دی اکسید کربن نیز منتشر نمی کند. با این حال، استفاده

های لی است که سوختسوخت در حمل و نقل به دلیل فرار بودن و فناوری ذخیره سازی ناکارآمد آن محدود می شود. این در حا

ذخیره می شرایط محیط در ساده مخازن در راحتی به گازوئیل و بنزین مانند فعلی ذخیره سوختمایع مانند شوند. گازی های

سفر هر در زیرا است واقعی چالش یک تا 450هیدروژن می 1۳کیلومتری مصرف هیدروژن میکیلوگرم نشان که دهد شود،

های حمل و نقل آن در قرن بیست و یکم یک چالش بسیار مهم است. به طور کلی، هیدروژن و فن آوری سازی ایمن هیدروژنذخیره

توان از طریق فشرده سازی یا به دام انداختن، ذخیره کرد. که اولی با مایع شدن یا فشرده سازی ایزوترمال و دومی با ذخیره در را می

های هیدروژن و چارچوب، (. بر اساس قدرت برهم کنش بین مولکول2007ان، و همکار Orimoشود )مواد متخلخل جامد انجام می

توان به دو دسته جذب شیمیایی و جذب فیزیکی تقسیم کرد. سازی را معموالً میهای ذخیرهروش




10

االت جذب ناشی از فعل و انفع"(، جذب شیمیایی به عنوان IUPACبر اساس تعریف اتحادیه بین المللی شیمی محض و کاربردی )

جذب سطحی است که در آن "شود. در مقابل جذب فیزیکی تعریف می "قوی، مانند تشکیل پیوند شیمیایی بین هیدروژن و ماده

های درگیر ایجاد نیروی پیوندی غیر شیمیایی درگیر، نیروهای واندروالس است، که تغییر قابل توجهی در الگوهای اوربیتالی گونه

شوند. از آنجا که انرژی های هیدروژن به طور معمول در سطح منافذ مواد جذب میفیزیکی، مولکول. در موادی با جذب "کندنمی

انرژی فعال پایین است و نیازی به برگشت پذیر هستند. جذب برهم کنش بسیار سازی نیست، فرآیندهای جذب فیزیکی معموالً

(، پلیمرهای آلی 2001و همکاران، Chengهای متخلخل )آلی، کربن-های فلزیهیدروژن در داخل مواد متخلخل مانند چارچوب

(Zou ،( و زئولیت )2015و همکارانDong ،متعلق به این دسته هستند. 2007و همکاران )

لیگاندهــای های کوئوردینه شــده بــا هــای فلــزی و یــا خوشــهکه از یون(، MOFsآلی )-های فلزیهای اخیر، چارچوبدر دهه

اند، به دلیل تخلخل باال، ساختار کریستالی، اندازه و شکل یکنواخت حفرات، قابلیت تنظیم، تنوع ساختاری باال و آلــی ساخته شده

ند. این دسته مواد، که اسازی هیدروژن تبدیل شدهانواع گوناگون به یک زمینه تحقیقاتی در حال توسعه و کاندید بالقوه برای ذخیره

بلورهای هیبریدی آلیبندی میدر زیرمجموعه پلیمرهای کئوردیناسیونی طبقه های فلزی معدنی هستند که با اتصال یون- شوند،

کوچک شامل فلز به همراه چند نوع لیگاند آلی مانند کربوکسیالت، تترازوالت و سولفوکسالت از طریق پیوندهای کئوردینانسیونی

های دائمی دارند و از توجه بیشتری برخوردار هستند، شوند. در واقع، این پلیمرهای کئوردیناسیونی سه بعدی که تخلخلمیتشکیل

های زیادی به ساخت، فعالسازی و پژوهش .هایی با کاربردهای مختلف جای دادهای آنها مولکولتوان در درون شبکهزیرا که می

ها MOF(. در ادامه، برخی از موارد فنی در 2015و همکاران، Renاختصاص داده شده است )آلی -های فلزیاستفاده از چارچوب

شود. های ذخیره سازی هیدروژن معرفی میبه عنوان رزین

ها برای ذخیره سازی هیدروژن MOF. نحوه استفاده 2 . جذب و جذب سطحی1.2

( یک b1کند، در حالی که جذب )شکل ها به یک سطح اشاره میمولکولها یا ها، یون( به چسبندگی اتمa1جذب سطحی )شکل

ها از طریق نفوذ وارد مواد شده و در ساختار داخلی جاذب گنجانده ها یا مولکولها، یونفرآیند فیزیکی یا شیمیایی است که در آن اتم

وثر باشد. توان دریافت که جذب سطحی به سطح وسیعی نیاز دارد تا مشوند. از شکل، می می




11

. تفاوت فرآیند جذب و جذب سطحی1شکل

. جذب شیمیایی و فیزیکی 2.2

جذب شیمیایی فرآیندی است که شامل یک واکنش شیمیایی بین سطح و جاذب است، در حالی که پیوندهای شیمیایی جدیدی در

دهد. جذب فیزیکی نیز فرآیندی است که میشود. معموالً جذب شیمیایی تنها در یک الیه تک روی سطح رخ سطح جاذب ایجاد می

در آن نیروهای درگیر نیروهای بین مولکولی ضعیف واندروالس هستند ولی در جذب سطحی شیمیایی، پیوندهای شیمیایی موجب

انجام عمل جذب می شوند. جذب فیزیکی معموالً جذب چند الیه است که بستگی زیادی به دما و فشار دارد. هیچ مرز سختی بین

در حالت جذب تخریب شود، H-Hشود. اگر پیوند به عنوان یک تمایز تلقی می H-Hجذب فیزیکی و شیمیایی وجود ندارد و پیوند

شود در غیر اینصورت یک جذب فیزیکی است. به طور کلی، آستانه انرژی اتصال حدود به عنوان جذب شیمیایی در نظر گرفته می

0.5 eV ( به ازای هر گونه جذب شده است تا فرایند جذب فیزیکی و جذب شیمیایی را متمایز کندZou ،2017و همکاران .)

BET. جذب سطحی النگمویر و 3.2

( و Å 500-20( ، مزوپور )Å 500 <ن به سه دسته طبقه بندی کرد: ماکروپور )توان بر اساس اندازه منافذشامواد متخلخل را می

( یا سوپرمیکروپور >Å7توان به صورت زیر طبقه بندی کرد: اولترامیکروپور )ها را نیز می(. میکروپورها یا ریزحفره> Å20میکروپور )

های مزوپور اخیراً گسترش MOFهایی که تاکنون گزارش شده اند، میکروپور هستند، در حالی که توسعه MOF(. اکثر Å 20تا 8)

یافته است.

های گاز مجاز به جذب روی سطح است، با فرض اینکه جاذب در (، که در آن تنها یک الیه مولکولa2مدل جذب النگمویر )شکل

دهد. در ایزوترم النگمویر فرض بر این است که جذب روی ، جذب را توضیح میکند شرایط ایزوترمال مانند گاز ایده آل عمل می

دهد: های جذب شده رخ نمیشود و هیچ گونه برخوردی بین مولکولسطوحی با انرژی یکنواخت انجام می

طوح روی جاذب ای و یکنواخت )همگن( ماده جذب شونده با انرژی یکسان بر تمام سایزوترم النگمویر بر مبنای جذب تک الیه .1

است.




12

های با انرژی مساوی است که هر مولکول جذب شونده تنها به یک مکان اختصاص داده کند سطح جاذب دارای مکانفرض می .2

می شود.

های یک محلول در فرآیند جذب، انرژی و آنتالپی یکسانی وجود خواهد داشت و پیوندهای جذب برگشت از این رو برای تمام یون .3

شوند. پذیر فرض می

شود و نتیجه گرفته وقتی جذب شونده در یک مکان روی جاذب قرار گرفت، در آن نقطه جذب شونده بیشتری جذب نمی .4

افتد. شود که فرآیند جذب در تک الیه اتفاق میمی

امتداد نظریه النگمویر است. مدل BETبیان شد. نظریه 19۳8در سال Brunauer, Emmett, and Teller (BET)نظریه

BET شکل( است که در آن چندین الیه گاز ممکن است به سطح جذب شودb2 برای یک ایزوترم نیتروژن مشخص، مدل .)BET

نظریه النگمویر را برای جذب چند الیه گسترش داد، BETکند. نظریه همیشه مساحت کوچکتری از مدل النگمویر را پیش بینی می

جایی که:

شوند.های نامحدود جذب میفیزیکی در الیههای گاز به صورت مولکول .1

ها تعامل ندارند. الیه .2

مدل النگمویر برای هر الیه مستقل معتبر است. .3

( جذب چند b( جذب تک الیه مدل النگمویر، )a. نمایش یک بعدی از فرآیند جذب مولکول هیدروژن بر روی سطح، )2شکل

BETالیه

نیتروژن به دلیل خلوص باال، بی تحرک بودن گاز، هزینه کم )در مقایسه با هلیوم( و برهم در تجزیه و تحلیل پوشش سطحی، گاز

کیلوگرم( معموالً هنگام اندازه گیری 77دمای نیتروژن مایع ) گیرد.های قوی با اکثر جامدات معموالً مورد استفاده قرار میکنش

شود.د برای دستیابی به مقادیر قابل تشخیص جذب استفاده میجذب نیتروژن به دلیل برهم کنش ضعیف بین فازهای گازی و جام

شود که مقدار نیتروژن جذب شده را به عنوان تابعی از فشار نسبی ترسیم های جمع آوری شده به شکل ایزوترم نمایش داده میداده

(. 1940و همکران، Brunauer( )۳)شکل کند. پنج نوع ایزوترم جذب وجود داردمی




13

معموالً دارای این Å 20ای با قطر منافذ کمتر از مواد ریز حفره .یک ایزوترم شبه النگمویر است I: ایزوترم نوع Iوع ایزوترم ن •

های النگمویر توضیح توان آن را به راحتی با ایزوترمکشد که مینوع ایزوترم هستند. این ایزوترم جذب تک الیه را به تصویر می

داد.

دارای مشخصات متفاوتی از آن است که از مدل النگمویر تک الیه بدست آمده است. در فشار II: ایزوترم نوع IIایزوترم نوع •

شوند. منطقه مسطح نشان دهنده تشکیل تک الیه های گاز مانند گاز نیتروژن پر میهای ماده با مولکولکم )غلظت(، ریز حفره

یابد تا زمانی که چگالی ناشی از نیروهای مویینگی رخ دهد. دهد و ادامه می ه رخ میاست. در فشار بیشتر، جذب چند الی

شود، دهد. از آنجا که هیچ خط مجانبی در منحنی مشاهده نمیتشکیل چند الیه را نشان می III: ایزوترم نوع IIIایزوترم نوع •

قابل اجرا نیست. BETشود، اما ای تشکیل نمیهیچ تک الیه

دهد. در فشارهای پایین تر، تشکیل یک الیه تک دهد که تراکم مویینگی رخ میزمانی رخ می IV: ایزوترم نوع IVع ایزوترم نو •

دارای Å 500تا 20دهد. مواد بینابینی با قطر منافذ بین و به دنبال آن تشکیل چند الیه در مناطقی با فشار بیشتر را نشان می

این نوع ایزوترم هستند.

قابل استفاده نیستند. BETهستند اما برای مدل IVهای نوع بسیار شبیه ایزوترم Vهای نوع : ایزوترمVایزوترم نوع •

شود. ، پدیده متراکم شدن مویینگی گاز مشاهده میVو IVدر هر دو ایزوترم نوع •

I-Vهای نوع . ایزوترم3شکل

ای انجام شود زیرا نتایج محاسبه بستگی زیادی به منطقه فشار مراقبت ویژهبرای محاسبه سطح، باید BETهنگام استفاده از مدل

ها MOFدر صورتیکه BET(. عالوه بر این، تفاوت بین مقدار سطح در النگمویر و 2007و همکاران، Dürenانتخاب شده دارد )




14

یابد، تفاوت بین سطح النگمویر افزایش میشود. به عبارت دیگر، وقتی حجم خالی دارای چگالی بلوری بیشتری باشند، کوچکتر می

شود.قابل توجه می BETو سطح

هیدروژن گاز ذخیره . ۳آلی متخلخل نسبت به -های فلزیدهنده کارآیی بسیار بهتر چارچوب سازی گاز هیدروژن نشانهای صورت گرفته برای ذخیرهتالش

آلی برحسب -های فلزیمقدار جذب گاز هیدروژن خالص توسط چارچوب 4است. شکل زئولیت و کربن فعال سایر مواد متخلخل مانند

دهد. درجه کلوین را نشان می 298فشار در دمای

درجه کلوین 298آلی برحسب فشار در دمای -های فلزی. مقدار جذب گاز هیدروژن خالص توسط چارچوب 4شکل

یابد. مکانیزم غالب در آلی متخلخل افزایش می-های فلزی، با افزایش مقدار فشار، جذب گاز هیدروژن توسط چارچوب 4طبق شکل

های مهمان دهنده انرژی پیوند بین مولکول ور کلی، مقدار آنتالپی جذب نشانطجذب هیدروژن در فشارهای باال، سطح ویژه است. به

ساز مناسب هیدروژن استفاده کرد که عنوان یک ذخیرهآلی به -های فلزی توان از چارچوب و چارچوب میزبان است. درصورتی می

تر از واندروالس اندروالسی و هیدروژنی باشد )قویهای هیدروژن، حدفاصل پیوند وها با مولوکول کنش( این چارچوب قدرت پیوند )برهم

.تر از هیدروژنی(و ضعیف

های هیدروژن ضعیف بوده و بیشینه آنتالپی جذب گزارش شده برای آن، آلی با مولکول -های فلزیکنش چارچوبطور کلی، برهمبه

ها های موجود در چارچوب های درونی کانالویت دیوارهکیلوژول بر مول است. البته امکان افزایش مقدار آنتالپی جذب با تق 10.5حدود

آلی متخلخل افزایش -های فلزیهای گاز هیدروژن و چارچوب کنش بین مولکول ها فعال وجود دارد. در این صورت، برهمتوسط سایت

http://nanosany.com/product/%d9%86%d8%a7%d9%86%d9%88-%d9%be%d9%88%d8%af%d8%b1-%da%a9%d8%b1%d8%a8%d9%86-%d8%b3%d9%88%d9%be%d8%b1%d8%a7%da%a9%d8%aa%db%8c%d9%88/



http://nanosany.com/product/%d9%86%d8%a7%d9%86%d9%88-%d8%b2%d8%a6%d9%88%d9%84%db%8c%d8%aa/




15

از چارچوب فلزی 5یابد. شکل می با سایت-شمایی را باعث وقوع برهمآلی متخلخل مولکولهاکنشهای فعال، که با زیاد های ی

.دهدشود، نشان میهیدروژن می

های فعال آلی با سایت -. شمایی از چارچوب فلزی 5شکل

های گاز هیدروژن افزایش آنگستروم(، جذب مولکول 5-5.4 تر باشد )در محدودهآلی کوچک -های فلزیهرچه اندازه حفرات چارچوب

های جدیدی است آلی متخلخل، سنتز چارچوب -های فلزیصنعت جذب هیدروژن با چارچوب خواهد یافت. چالش اصلی در آینده

ای از حفرات ریز در دسترس، سطح ویژه بزرگی هم داشته باشند. که در عین دارا بودن شبکه

. مقدار جذب اضافی و کل هیدروژن 1.3

ود. جذب مازد تفاوت بین هیدروژن فاز گازی است که در شجذب هیدروژن معموالً به عنوان مقدار جذب مازاد یا کل نشان داده می

(. همانطور که مشخص است، 1998و همکاران، Salemشود )حجم مساوی از فاز جذب شده همراه با جاذب و بدون جاذب ارائه می

افزایش می افزایش فشار با اشباع چگالی گاز هیدروژن به باال بنابراین، جذب مازاد در فشار یابد. رسیده و سپس کاهش مییابد.

توان از توان نتیجه گرفت که در فشارهای کمتر، مقدار مازاد و کل جذب بسیار نزدیک است. کل جذب هیدروژن را میبنابراین می

(. 2007و همکاران، Kayeها محاسبه کرد )ایزوترم جذب مازاد و حجم کالبدی کل جاذب

(: 2007و همکاران، Furukawaزیر بیان کرد ) توان به شرحمقدار کل گاز جذب شده را می

(1) 𝑁 (𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙) = 𝑁(𝑒𝑥𝑐𝑒𝑠𝑠) + 𝑑(𝑔𝑎𝑠) ∗ 𝑉(𝑝𝑜𝑟𝑒)




16

)گاز( گاز فشرده d( است که مقدار اندازه گیری شده است، mg/g)مازاد( جذب اضافی ) N(، mg/g)کل( کل جذب ) Nجایی که

)حفره( حجم منافذ است. Vو g/cmدر دمای معین، فشار در

شود:توان به صورت درصد وزنی نشان داد، که به صورت زیر بیان میها را می MOFهای جذب هیدروژن در به طور کلی، ظرفیت

(2) 𝑤𝑡% =𝑚𝑎𝑠𝑠 (ℎ𝑦𝑑𝑟𝑜𝑔𝑒𝑛)

𝑚𝑎𝑠𝑠 (𝑠𝑎𝑚𝑝𝑙𝑒)+ 𝑚𝑎𝑠𝑠 (ℎ𝑦𝑑𝑟𝑜𝑔𝑒𝑛)

گیری . بحث و نتیجه4دهند. مزایایی همچون سطح فعال باال، واکنش پذیری ترکیبات با تخلخل نانو یکی از مهمترین گروه از نانوساختارها را تشکیل می

های میزبان بر اساس کنترل محیط ها با مولکولسازد. برهمکنش حفرههای مختلف، گسترده میزیاد، کاربرد این ترکیبات را در زمینه

را در راستای کاربردهای بیشتر های میهمان فراهم آورد و ساختارتواند خصوصیات جدیدی را با مولکولها میشیمیایی حفره-فیزیکی

توان به عنوان مواد ها با ساختارهای کریستالی تعریف شده، سطوح بسیار زیاد و حجم منافذ بسیار زیاد را می MOFبهینه سازد.

77ها معموالً عملکرد عالی برای جذب هیدروژن در دماهای بسیار پایین مانند MOFمناسب برای ذخیره هیدروژن در نظر گرفت.

K 87و K تواند به فعل و انفعاالت دهند. با این حال، ذخیره هیدروژن در دمای محیط هنوز چالش بزرگی است، که می نشان می

در MOFنسبت داده شود. برای دستیابی به ظرفیت ذخیره سازی باالی هیدروژن در MOFنسبتاً ضعیف بین هیدروژن مولکولی و

احت بسیار باالیی داشته باشد، بلکه دارای گرمای ایزوستریک باالی جذب هیدروژن نیز باشد. باید نه تنها مس MOFدمای محیط،

ی حفرات موجود در این ترکیبات و همچنین امکان استفاده از طیف وسیعی از ی مهندسی شکل و اندازهاما در نهایت امکان گسترده

گشوده است. MOFهای ناهمگن همچون ی فناوری کاتالسیتفلزات و ترکیبات آلی، افق بسیار روشنی در چشم انداز آینده




17

مراجع

• Brunauer, S., Deming, L. S., Deming, W. E., & Teller, E. (1940). On a theory of the van der Waals

adsorption of gases. Journal of the American Chemical society, 62(7), 1723-1732.

• Cheng, H. M., Yang, Q. H., & Liu, C. (2001). Hydrogen storage in carbon nanotubes. Carbon, 39(10),

1447-1454.

• Dong, J., Wang, X., Xu, H., Zhao, Q., & Li, J. (2007). Hydrogen storage in several microporous

zeolites. International Journal of Hydrogen Energy, 32(18), 4998-5004.

• Düren, T., Millange, F., Férey, G., Walton, K. S., & Snurr, R. Q. (2007). Calculating geometric surface

areas as a characterization tool for metal− organic frameworks. The Journal of Physical Chemistry

C, 111(42), 15350-15356.

• Furukawa, H., Miller, M. A., & Yaghi, O. M. (2007). Independent verification of the saturation

hydrogen uptake in MOF-177 and establishment of a benchmark for hydrogen adsorption in metal–

organic frameworks. Journal of Materials Chemistry, 17(30), 3197-3204.

• Kaye, S. S., Dailly, A., Yaghi, O. M., & Long, J. R. (2007). Impact of preparation and handling on the

hydrogen storage properties of Zn4O (1, 4-benzenedicarboxylate) 3 (MOF-5). Journal of the American

Chemical Society, 129(46), 14176-14177.

• Ma, Y.; Wang, Z.; Xu, X.; Wang, J. Review on porous nanomaterials for adsorption and photocatalytic

conversion of CO2. Chinese Journal of Catalysis. 2017, 38 (12), 1956-1969. DOI:

https://doi.org/10.1016/S1872-2067(17)62955-3.

• Orimo, S. I., Nakamori, Y., Eliseo, J. R., Züttel, A., & Jensen, C. M. (2007). Complex hydrides for

hydrogen storage. Chemical Reviews, 107(10), 4111-4132.

• Ren, J., Langmi, H. W., North, B. C., & Mathe, M. (2015). Review on processing of metal–organic

framework (MOF) materials towards system integration for hydrogen storage. International Journal of

Energy Research, 39(5), 607-620.

• Salem, M. M. K., Braeuer, P., Szombathely, M. V., Heuchel, M., Harting, P., Quitzsch, K., & Jaroniec,

M. (1998). Thermodynamics of high-pressure adsorption of argon, nitrogen, and methane on

microporous adsorbents. Langmuir, 14(12), 3376-3389.

• Shabani, M., Sayadi, M. H., & Rezaei, M. R. (2016). Evaluation of carbon sequestration ability by

Chlorella vulgaris in water with different salinity. Journal of Environmental Studies, 41(4), 879-886.

• Zou, L., Feng, D., Liu, T. F., Chen, Y. P., Fordham, S., Yuan, S., ... & Zhou, H. C. (2015). Facile one-

pot synthesis of porphyrin based porous polymer networks (PPNs) as biomimetic catalysts. Chemical

Communications, 51(19), 4005-4008.

• Zou, L., & Zhou, H. C. (2017). Hydrogen storage in metal-organic frameworks. In Nanostructured

Materials for Next-Generation Energy Storage and Conversion (pp. 143-170). Springer, Berlin,

Heidelberg.

https://doi.org/10.1016/S1872-2067(17)62955-3




18

Hydrogen Storage in Metal-Organic Frameworks

3, Mahmod Hajiani2, Mohammad Hossein Sayadi1*Elham chamanehpour

1 - PhD student in Environmental Sciences, Birjand University,

[email protected]

2 - Associate Professor, Department of Environment, Birjand University,

[email protected]

3 .Assistant Professor, Department of Environment, Birjand University, [email protected]

Abstract

In the past two decades, metal-organic frameworks (MOFs), constructed with coordination bonds between

organic linkers and inorganic metal clusters, have become a burgeoning field of research and a great

potential candidate for hydrogen storage due to their exceptional high porosity, high crystallinity, uniform

yet tunable pore size and pore shape, great structural diversity, and various kinds of hydrogen occupation

sites. The performance of these frameworks can be examined in green projects such as carbon

sequestration, targeting of harmful methane gases and carbon dioxide. In this research, these frameworks

as hydrogen storage resins are investigated.

Keywords: Photocatalyst, Organic ligand, Metal ion, Storage.




19

حذف فتوکاتالیستی مترونیدازول با استفاده از نانوکامپوزیت جدید مغناطیسی

FeNi3/Chitosan/BiOI تحت تابش نور خورشید شبیه سازی شده )مطالعه

مکانیسم، محصوالت حد واسط، سینتیک و قدرت احیا(

1، فرزانه فنایی2*سادات ارغوان، فاطمه 1نگین ناصح .مرکز تحقیقات عوامل اجتماعی موثر بر سالمت، دانشکده بهداشت، گروه مهندسی بهداشت محیط، دانشگاه علوم پزشکی بیرجند، بیرجند، ایران -1

کمیته تحیقات دانشجویی، دانشگاه علوم پزشکی مشهد، مشهد، ایران -2

چکیده مغناطیسی نانوکاتالیست کارایی بررسی هدف با آزمایشگاهی مقیاس در که بوده تجربی مطالعه یک پژوهش این

Chitosan/BiOI/3FeNi های آبی صورت جهت تخریب مترونیدازول در حضور نور خورشید شبیه سازی شده در محیط

و شناسی سنتز گردید و ریخت itosan/BiOICh/3FeNiگرفته است. دراین تحقیق ابتدا نانوکامپوزیت مغناطیسی جدید

یابی مشخصه XRD ، FESEM،TEM ،FTIR ،VSMآنالیزهای استفاده با شده تولید نانو کاتالیست خصوصیات دیگر

200تا 5، زمان تماس)(11و 9و7و5و۳) pH شامل مورد نظر، فتوکاتالیست نانو توسط حذف مترونیدازول بر مؤثر عوامل شد.

شدند. همچنین میزان کارایی ( مطالعهgl 0.1-0.005-1(، دوز نانوکامپوزیت )mgL۳0-10-1دقیقه(، غلظت اولیه آالینده )

نانوکامپوزیت سنتز شده در حذف تتراسایکلین در از استفاده مجدد نتایج نشان داد 6و سیکل مورد بررسی قرار گرفت.

یابد به افزایش دوز نانوکاتالیست درصد حذف کاهش میصورت می گیرد و با pH=7ونیدازول در بیشترین درصد حذف متر

گرم بر لیتر انحاب گردید. بعالوه با افزایش غلظت اولیه آالینده درصد حذف کاهش می 0.04طوریکه دوز بهینه نانوکامپوزیت

( تبعیت کرده و نرخ ثابت تخریب این واکنش 2R<0.9)، از معادله شبه درجه اول TCیابد. همچنین، سنتیک سرعت تخریب

از به دست آمد. یافته min 0.0092-1میلی گرم بر لیتر 20برای غلظت سیکل کارایی نانو 6ها گویای آنند که که بعد

را کاهش %7ای نداشته به طوری که راندمان حذف از اولین سیکل تا آخرین سیکل حدود کاتالیست، کاهش قابل مالحظه

فتوکاتالیستی فرآیند که گرفت نتیجه میتوان حاضر، مطالعه در آمده دست به نتایج اساس بر نهایت در داد. نشان

Chitosan/BiOI/3FeNi .جهت حذف تتراسایکلین از محیط های آبی کارایی مناسبی را دارد

، سینتیکChitosan/BiOI/3FeNiمترونیدازول، حذف، فتوکاتالیست مغناطیسی، کلمات کلیدی:

. مقدمه 1در دهه های اخیر، حضور آالینده هایی با منشا آلی در منابع آبی تهدیدی جدی برای محیط زیست و سالمت انسان محسوب می شود. ترکیبات

ه طور عمده از طریق تخلیه فاضالب و پساب های شهری و صنعتی وارد منابع آب دارویی یکی از انواع این آالینده ها به شمار می آیند که ب

(. حضور مواد دارویی در محیط به دلیل پایداری باال، نه تنها باعث اختالل در فرآیند های متداول تصفیه 1سطحی و زیر زمینی می شوند )

یگر موجودات زنده داشته و به همین دلیل حذف آنها مورد توجه محققین فاضالب در سیستم های تصفیه می شوند، بلکه اثرات سمی بر انسان و د

قرار گرفته است. از میان طیف گسترده آالینده های دارویی آنتی بیوتیک ها به دلیل اثرات ضد میکروبی، به طور گسترده در پزشکی و دام




20

(. این ترکیبات آلی نه تنها از طریق پساب خروجی از 2ار هستند)پزشکی مورد استفاده قرار گرفته و به همین دلیل از اهمیت ویژه ای برخورد

ی، صنایع داروسازی بلکه به دلیل ناقص بودن مکانیسم متابولیسم در طی دوره درمان، به محیط وارد می شوند. عمده ترین تاثیر ترکیبات داروی

و مقاومت میکرواورگانیسم ها در برابر اثر ضد میکروبی ترکیبات سمیت برای میکرواورگانیسم های موجود در محیط و برهم زدن تعادل اکولوژیکی

نوع مختلف مواد دارویی فعال در محیط زیست در غلظت های تا چندین میلی 80دارویی می باشد. نتایج تحقیقات نشان داده است که بیش از

(. غلظت برخی از این آالینده ها در ۳سایی شده است)گرم در خروجی واحد های تصفیه فاضالب به آب های سطحی، زیر زمینی و آب شرب شنا

میلی گرم در لیتر نیز می رسد. 100پساب کارخانه های دارویی به

بیولوژیکی کم و سمیت زیاد و مشخصات سرطاننیتروامیدازول باال، تجزیه این ویژگیها قابلیت حاللیت باالیی دارند. ها زایی و جهش زایی

بنیتروامیدازول را است)ها ساخته خطرناک بالقوه ترکیبات آب، در پایدایشان دلیل سرطان 4ه تحقیقات المللی بین آژانس آمار اساس (.بر

(5IRAC شواهد کافی جهت سرطان ،) زایی مترونیدازول بر حیوانات موجود است؛ چرا که این آنتی بیوتیک سبب آسیب بهDNAها در لنفوسیت

دلیل ناکافی بودن حجم رغم وجود برخی از مطالعات و تحقیقات تأیید کنندة این امر است که بهی انسان علیزایی آن بر روشود، اما سرطانمی

(. به 5باشد)نمونه، کم بودن زمان مطالعه و نیز با توجه به حساسیت فردی افراد به این دارو، هنوز اثبات نشده و نیازمند مطالعات بیشتری می

وزن نیتروژن در ترکیبش یکی % 55/24شوند. مترونیدازول با حضور های آب نوظهور در نظر گرفته مییکرو آالیندهها ماین دالیل نیترامیدازول

شود. مترونیدازول مهار کننده فعالیت سیستم زیست میهایی است که محلول در آب و اتانول بوده و از طرق مختلف وارد محیطبیوتیکاز آنتی

فاضالب را تا حد باالیی افزوده و پس از تجزیه و متابولیسم و آزاد شدن نیتروژن CODپس از ورود به فاضالب، بوده و 450Pآنزیم سیتوکروم

ر منجر به ورود غلظت باالی نیترات آنیونی به فاضالب و پساب خروجی تصفیه خانه فاضالب بیمارستانی و صنایع دارویی حاوی مترونیدازول و د

(. 6شود)حی و زیر زمینی مینهایت ورود به منابع آبهای سط

هوازی، ژیاردیازیس، آمیبیازیس، باالنتیدیازیس و همچنین در برابر های بیهای ناشی از تک یاختهمترونیدازول یک داروی مؤثر در درمان عفونت

داروی تجویز شده شایع در 100از ترین نیتروایمیدازول مورد استفاده است و یکی بیوتیک گسترده(. این آنتی7باشد)های وینسنت میاورگانیسم

دارو با فرکانس تجویز باال در دوران بارداری است. عالوه بر این مترونیدازول تنها نیتروامیدازول گنجانده شده در لیست 10آمریکا و یکی از

و به خصوص در پساب صنایع های حیوانی، در آبهای پرورش ماهیباشد که تجمعی از این دارو را در اورگانیسممی6WHOداروهای ضروری

(. 8-10گوشت تولید کرده است)

ستفاده تاثیر نامطلوب این ماده شیمیایی بر محیط و سالمت انسان لزوم حذف این ماده را از منابع آبی، بیش از بیش مورد توجه قرار داده است. ا

سیون، اکسیداسیون شیمیایی توسط امواج فراصوت، فنتون، از پرتو گاما، جذب سطحی، تجزیه نوری و بیولوژیکی، سیستم های غشایی، کواگوال

(. تحقیقات 11ازوناسیون و ... با مزایا و معایب خاص خود از روشهای متداولی هستند که در حذف آنتی بیوتیک ها مورد استفاده قرار میگیرند)

وده و تصفیه به روش شیمیایی هم منجر به تولید محصوالت نشان می دهد که حذف این آالینده ها به صورت فیزیکی از راندمان کافی برخوردار نب

(. 12جانبی مضر می شود)

فرآیندهای فتوکاتالیستی جز فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته با استفاده از اکسیدهای فلزی است که در سالهای اخیر برای حذف آالینده های

آلی و عوامل میکروبی، به دلیل مشکالت زیست محیطی کم آن، مورد توجه ویژه قرار گرفته است. مکانیسم این فرآیند شامل تابش نور به ماده

هادی و متعاقب آن برانگیختگی الکترون از باند ظرفیت به باند هدایت است و این برانگیختگی الکترون باعث تولید رادیکال هیدروکسیل در نیمه

ه های فوتوکاتالیستی نیمه هادی دارای مزایای زیادی از جمله، راندمان تخریب بسیار عالی،بهره وریمعدنی، استفاد فرآیند(. 1۳محیط آبی می شود)

ی از انرژی خورشیدی، سمیت کم، هزینه کم و عدم تولید آلودگی ثانویه می باشند.عالوه بر این، این فناوری مزایای اقتصادی و اجتماعی زیاد

به TiO]2[و اکسید تیتانیوم[ZnO]، اکسید روی [CdS]، سولفید کادمیوم WO]3[دارد. بسیاری از نیمه هادی ها مانند تری اکسید تنگستن

5International Agency for Research on Cancer

6World Health Organization




21

کمتر در 3WO( در بین این فوتوکاتالیستها، 14ک کاتالیزور، برای تخریب فوتوکاتالیستی آنتی بیوتیک ها مورد مطالعه قرار گرفته اند.)عنوان ی

2TiOو ZnOمستعد غیرفعال کردن آسان و فوتو خوردگی است. CdSدسترس است. کادمیوم به خودی خود یک فلز سنگین سمی است و

دارند. بنابراین، آنها می توانند در ناحیه اشعه ماوراء بنفش فعال شوند که بخشی از نور خورشید است. بر این اساس، این پهنای باند گسترده ای

بیسموت اکسی یدید یکی از مواد جدید است که به عنوان یک فتوکاتالیست خوب فوتوکاتالیز های نیمه هادی در نور مرئی راندمان کمی دارند.

(. اخیرا ترکیبات بر پایه 15الکترون ولت( و ثبات شیمیایی آن گزارش شده است) 7/1-9/1یل شکاف باند انرژی باریک آن )در نور مرئی به دل

بیسموت، بیسموت اکسی هالیدها به خوبی گزارش شده است که توانایی تقسیم اکسیداتیو فتوکاتالیتیکی برای تجزیه ترکیبات آلی را نشان می

لی مر به حساب می آید که در اثر داستیالسیون کیتین حاصل می گردد. کیتین به طور طبیعی در اسکلت خارجی دهند. کیتوزان نیز یک پ

یمت سخت پوستان و دیواره سلولی قارچ ها یافت می شود که بعد از سلولز دومین پلیمر طبیعی فراوان است. این ماده دارای ویژگی هایی مانند ق

( عالی آن که به واسطه این رفتار CHELATINGد، فراوان بودن آن در طبیعت، خاصیت کی لیت کنندگی )پایین آن در مقایسه با سایر موا

(. 16میتواند بسیاری از آالینده ها را حذف نماید، غیر سمی بودن، زیست تخریب پذیری و خاصیت ضد باکتریایی می باشد)

شوند، اما مسئله بازیافت و قابلیت استفاده مجدد آنها هنوز به طور کامل حل نشده است. اگرچه این سطوح باعث افزایش راندمان کاتالیزور می

دهنده بنابراین، هنوز هم باید از روشهای سنتی فیلتراسیون و سانتریفیوژ استفاده شود. از طرف دیگر، به دلیل گرفتاری مواد و محصوالت واکنش

استفاده، فعالیت کاتالیزوری آنها کاهش مییابد. برای حل این مشکل، استفاده از سیستم های در منافذ این مواد نگهدارنده بعد از چندین بار

یل کاتالیزور مبتنی بر نانوذرات مغناطیسی توجه را به خود جلب کرده است. کاربرد نانوکامپوزیت های مغناطیسی به عنوان کاتالیزوراز پتانس

ای که باعث ظهور هر چه بیشتر فناوری نانو های برجسته(.یکی از ویژگی18یک ها برخوردار است)باالیی برای حذف آالینده های آلی و آنتی بیوت

شده است، نسبت سطح به حجم باالی نانو مواد است. همچنین عالوه بر این پس از اتمام واکنش با استفاده از یک آهنربای خارجی، به راحتی

(. 19قابل تفکیک و استفاده مجدد هستند)

اساس، با توجه به مضرات و اثرات منفی که باقیمانده های آنتی بیوتیکی بر محیط زیست وارد می کنند و از آنجا که استفاده بر این

از نانوکامپوزیت های مغناطیسییک تحقیق به روز برای تصفیه آب است و همچنین با توجه به راندمان باالی فرآیندهای اکسیداسیون

های آالینده بردن بین از از در استفاده با مترونیدازول حذف در فوتوکاتالیستی فرآیند کارایی بررسی تحقیق این از آلی،هدف

در حضور نور خورشید شبیه سازی شدهمی باشد. FeNi3/Chitosan/BiOICuSنانوکامپوزیت

. مواد و روش ها: 2

(،کلرید آهن دو PEG( )1.0 g. MW 6000پلی اتیلن گلیکول )از مواد شیمیایی مانند ،Chitosan/BiOI/3FeNiبرای سنتز نانوکامپوزیت

، کیتوزان، %80با درصد خلوص 2.H4H2(N(Oهیدرازینیوم هیدرات ،6 H2NiCl)O2(، کلرید نیکل 2FeCl( O24H)ظرفیتی با فرمول مولکولی

های مختلف غلظت مان استفاده گردید. همچنین آبه، یدید پتاسیم، اتیلن گلیکول و اتانول ساخت شرکت مرک آل 5اسید استیک، نیترات بیسموت

آمده 1های حاوی آالینده با حل کردن پودر خالص مترونیدازولساخت شرکت سیگما آلدریچ )مونیخ آلمان( که مشخصات آن در جدول محلول

بعالوه از آب دیونایز نیز جهت آماده سازی محلول ها در همه مراحل استفاده گردید. است، تهیه شد.




22

: مشخصات مترونیدازول1جدول

a2pK a1pK a

owpK

Solubility

in water

)1-(mol L

Projected area × 1910

)1-molecule 2(m Molecular

size (nm) Molecular

structure

Molecular

Weight

)1-(g mol Max Min

14.44 2.58 0.02 0.041 4.186 1.646

X = 0.668

Y = 0.627

Z = 0.262

171.15

water partition coefficient.–Octanola

سنتز و آماده سازی جاذب:

: 3FeNiسنتز نانوذره

گرم کلرید 0.1988گرم کلرید نیکل و 0.71۳میلی لیتر آب بدون یون حل گردید. سپس 180را در 6000گرم پلی اتیلن گلیکول 1ابتدا مقدار

میلی لیتر آب بدون یون حل نموده و به محلول اول اضافه می گردد. پس از اختالط کامل، با استفاده از ۳0آهن را جداگانه در دو ظرف حاوی

80( با غلظت O2.H4H2Nمیلی لیتر هیدرازین هیدرات ) 9.1تنظیم می گردد، در ادامه مقدار 1۳تا 12محلول بین pHروکسید سدیم، هید

مرتبا کنتری pHساعت در دمای محیط انجام شده و در طی این مدت 24درصد به سوسپانسیون به دست آمده اضافه گردید. واکنش به مدت

(. 20شد تا در محدوده مورد نظر حفظ گردد)

با کیتوزان 3FeNiنانوذره پوشش دهی

میلی گرم کیتوزان با وزن مولکولی باال در محلول اسید 20با کیتوزان ابتدا جهت پوشش دهی هسته مغناطیسی سنتز شده در مرحله قبل

به محلول قبلی افزوده شد و به مدت 3FeNiمیلی گرم از نانو ذره 70میلی لیتر رسانده شد. سپس 100موالر حل گردید و به حجم 1استیک

تابه رنگ قهواه ای تیره در آید. سپس محلول را به صورت قطره ای دور در دقیقه همزده شد ۳00ساعت بر روی همزن مغناطیسی با سرعت 1

جدا سازی N42ساعت درون یخچال قرار داده شد. در نهایت با استفاده از آهنربای مغناطیسی 24در محلول حاوی سود ریخته سپس به مدت

(. 21تشو با پی اچ آب دیونایز برابر گردد)انجام شد و پودر جمع شده با آب دیونایز شستشو داده شد تا جایی که پی اچ آب شس

FeNi3/Chitosan/BiOIسنتز نانو کامپوزیت

از نانوکامپوزیت 5/0ابتدا اولتراسونیک دیسپرس شد.سپس در ظرفی 20در FeNi3/Chitosanگرم اتیلن گلیکول در دستگاه میلی لیتر

دقیقه با دور 45میلی لیتر اتیلن گلیکول اضافه و به محتویات قبلی اضافه گردید و به مدت 10آبه به 5گرم نیترات بیسموت 51/1جداگانه،

(. در ادامه 2میلی لیتر آب دیونایز حل گردید )محلول 5گرم یدید پتاسیم در 5/0(. همزمان 1شدید همزده شد تا کامال پخش گردد )محلول

محلول یدید پتاسیم توسط سرنگ به صورت قطره قطهره و تحت همزدن شدید به محلول اول اضافه گردید و پس از اتمام آن واکنش به مدت

میلی لیتر انتقال داده شد. اتوکالوه به مدت 100ر تفلونی با حجم دو ساعت ادامه یافت. سپس محلول به دست آمده به اتوکالو فوالدی با آست

درجه سانتی گراد در فور تحت تصفیه گرمایی قرار گرفت. بعد از اتوکالو تا رسیدن به دمای اتاق خنک گردید و در 180ساعت در دمای 12

اخالصی های احتمالی، محلول نیز سه بار با آب دیونایز نهایت رسوب به دست آمده توسط میدان مغناطیسی خارجی جداسازی شد. برای حذف ن

(. 22درجه سانتی گراد خشک گردید) 75ساعت در آون دبا دمای 6و اتانول شسته شد و در نهایت به مدت




23

مشخصه یابی نانوکامپوزیت مورد نظر:

الکترونی روبشی گسیل میدانی ) آلمان برای مطالعه شکل، قطر ZEISSساخت SIGMA VP- 500( با مدل FESEMاز میکروسکوپ

جهت انجام آنالیز طیف Panalyticalساخت شرکت Pert Pro ,Xمتوسط و جزئیات سطح نانو مواد سنتز شده استفاده گردید. دستگاه با مدل

ظر بررسی گردد. ( به کار گرفته شد تا به کمک آن ترکیب و مشخصات ساختار کریستالی نانو کامپوزیت مورد نXRDسنج پراش اشعه ایکس )

ساخت کشور آلمان جهت بررسی نمونه با توان تفکیک باال و بزرگنمایی بیشتر Zeiss-EM10C-100 KV ، مدلTEMهمچنین از دستگاه

( نانوکامپوزیت مورد نظر نیز با کمک Fourier transform infrared spectroscopy) FTIRاستفاده گردید. آنالیز اشعه مادون قرمز فوریه

نانومواد مغناطیسی سنتز شده نیز با کمک دستگاه مغناطیس انجام شد. تعیین میزان مغناطیسی بودن AVATAR 370مدل FT-IR دستگاه

انجام گردید. VSM 7400با مدل (VIBRATION SAMPLING MAGNETOMETER)سنج با نمونه نوسانی،

آزمایشات حذف فتوکاتالیستی مترونیدازول

، 0.05، 0.04، 0.0۳، 0.02، 0.01، 0.005(، مقدار نانوکامپوزیت مغناطیسی)pH (۳ ،5 ،7 ،9 ،11متغیر های مورد مطالعه در این پژوهش شامل،

دقیقه( 200و 90، 60، ۳0، 15، 10، 5میلی گرم بر لیتر(، زمان تماس ) ۳0و 25، 20، 15، 10گرم بر لیتر(، غلظت اولیه مترونیدازول ) 0.1

کلیه آزمایشات در یک سیستم نرمال تنظیم شد. 0.1( NaOH( و سود )HClکلریدریک )اسید محلول به کمک pHالزم به ذکر است که بود.

( جداگانه rpmدور در دقیقه ) ۳50میلی لیتری، با سرعت اختالط 400درجه سلسیوس( بر روی نمونه های 24±2ناپیوسته و در دمای محیط )

پذیرفت. به تنهایی و توام با پر اکسید هیدروژن صورت Xenonدر حضور نور

تواند بیشترین باشد، المپی که میمطالعات نشان دادند، از آنجایی که هر روز و هر ساعت از شبانه روز نور خورشید دارای لوکس نوری متفاوت می

420وات با فیلتر 500همپوشانی نوری را با نور خورشید و ناحیۀ مرئی داشته باشد و به نوعی شبیه سازی این نور را انجام دهد، المپ زنون

گیری طول موج المپ (. پس از تهیه این المپ ابتدا به منظور بررسی میزان همپوشانی آن با نور خورشید اقدام به اندازه1نانومتر است )شکل

داد که در گردید. نتایج این آنالیز نشان EPP2000-HR high resolution spectrometerمورد استفاده در تحقیق با استفاده از دستگاه

(. 2طول موج گرفته شده از المپ زنون با نور خورشید یکسان است )شکل %98حدود بیش از

دور ۳50، با سرعت Xenonقبل از مواجه با پرتو Chitosan/BiOI/3FeNiظرف محتوی آالینده و نانوکامپوزیت که خاطر نشان می شود

از گذشت این مدت غلظت دقیقه در تاریکی قرار گرفت ت ۳0در دقیقه، به مدت آنها انجام پذیرد. پس ا واکنش های جذب و واجذب بین

( به 14%± 2نانومتر اندازه گیری شد که حدود ) ۳20( در طول موج UV/Visible+T80مترونیدازول مجدداً توسط دستگاه اسپکتروفتومتر)

در نظر گرفته شد سپس نمونه ها در فواصل زمانی مشخص برداشت (. در فرآیند فتوکاتالیستی این غلظت، به عنوان غلظت اولیه 2۳دست آمد)

گردید و پس از جدا سازی نانوکامپوزیت توسط آهنربا، غلظت باقی مانده مترونیدازول سنجیده شد.

همچنین جهت محاسبه کارایی فرایند جذب از رابطه زیر استفاده شد.

%𝑅 𝑀𝑇𝑍 (1)رابطه = [(𝑀𝑇𝑍0 − 𝑀𝑇𝑍𝑡 )/𝑀𝑇𝑍0] × 100

oTCوtTC به ترتیب عبارتند از غلظت اولیه و غلظت نهایی تتراسایکلینmg/L و%R .برابر با درصد حذف تتراسایکلین است




24

ساز نور خورشید در مطالعه : المپ زنون به عنوان شبیه 1شکل

EPP2000-HR: اسپکترام به دست آمده از المپ زنون مورد استفاده در تحقیق با استفاده از دستگاه 2شکل

تعیین سینتیک سرعت واکنش

مختلف به ویژه مطالعات بسیاری استفاده از مدل سنتیک شبه درجه اول سرعت واکنش را به منظور توصیف تجزیه فتوکاتالیستی ترکیبات آلی

آنتی بیوتیک ها معرفی نمودند. بر این اساس در مطالعه حاضر از رابطه زیر استفاده گردید:

ln( 1)رابطه (C

C0) = −kobst

C(، inmبرابر است با زمان انجام واکنش ) t(، min/1عبارت است از ثابت سرعت واکنش شبه درجه اول مشاهده شده ) obsKدر این معادله

(. 24( می باشد)mg/Lغلظت اولیه آالینده برحسب ) 0Cغلظت باقی مانده پس از زمان مد نظر و




25

. یافته ها و بحث 3 مشخصه یابی نانوکامپوزیت:

و SEM ،TEM ،XRDدر این مطالعه با آنالیزهای ریخت شناسی Chitosan/BiOI/3FeNiصحت سنتز نانوکامپوزیت مغناطیسی جدید

FTIR وVSM وDRS .مورد تایید قرار گرفت

XRDآنالیز

XRD نشان داده شده است. ساختار کریستالی در ۳در مطالعه حاضر در شکل به دست آمده2 گر نشان 44.6۳°و 52.28°و 76.۳4°برابر

نشان 3FeNiنیز پوشش کیتوزان را بر روی 2=20°(. پیک بلند در JCPDS card no. 38-0419باشد)می 3FeNiوجود ساختار نانوذره

باشدنمایان می BiOIهای مربوط به ، نیز پیک9۳/55°،11/48°، ۳2/ 07°، 19/۳0°برابر 2. در (JCPDS card No. 28-0112)دهدمی

318) 1-.(JCPDS Card No.01 نانوکامپوزیت سنتز شده با توجه به عرض Chitosan/BiOI/3FeNiسایز از رابطه شرر، استفاده با

و FESEMنانومتر به دست آمد. اما در آنالیزهای ۳1(، شدیدترین پیک پراش محاسبه شد و FWHM)پهنای( کامل در نصف ماکزیمم )

TEMت مغناطیسی و تمایل به تجمع ذرات به یکدیگر بیش از اندازه به دست آمده از معادله ، سایز ذرات نانوکامپوزیت مورد نظر به دلیل خاصی

نانومتر تعیین شده است. 59باشد و حدود شرر می

𝐷 =0.98

cos 𝜃(2)رابطه

=1540/0دستگاه است ) Xطول موج پرتو زاویه پراش در محل پیک و پهنای پیک در نیمه ارتفاع، قطر ذرات، Dدر فرمول فوق،

نانومتر(.

XRD: آنالیز 3شکل




26

FTIRآنالیز

Cm-نوار جذبی موجود در نشان داده شده است. Chitosan/BiOI/3FeNiو 3FeNi ،Chitosanبرای نمونه های FTIRطیف 4در شکلباشد. پیوندهای فلزی برای اکثر می Ni-Ni-Feصورت و یا به Ni-Fe-Niو یا Ni-Feمربوط به ارتعاشات کششی پیوندهای فلزی 64/447 1

Cm-1شوند. اما سایر پیوندهای آلی یا آلی فلزی در محدودة بیشتر از ظاهر می Cm 1000-1فلزی در نواحی کمتر از -ترکیبات فلزی یا آلی

اکسیژن -( و یا نیتروژنH-C)هیدروژن -مربوط به ارتعاشات پیوند کربن Cm 19/1۳56-1گردند. نوار جذبی موجود در ظاهر می 1200تا 1000

(N-Oموجود در نمونه می ) باشد. که این پیوندها احتماالً به دلیل باقیماندة مقداری از مواد اولیه مانند پلی اتیلن گلیکول و یا هیدرازین هیدرات

Cm-آن ناچیز است. نوار جذبی موجود در در نمونه نانو سنتز شده باشد. که البته به دلیل پائین بودن میزان مساحت و ارتفاع پیک حاصله مقدارباشد. که وجود این پیک پهن به دلیل حضور رطوبت یا ( موجود در نمونه میH-Oمربوط به ارتعاشات گروه عاملی هیدروکسیل ) 99/۳۳48 1

ز بین خواهد رفت. طیف باشد. با خشک کردن نمونه در دمای مشخص درون آون خال، این پیک ا( جذب شده در نمونه حین سنتز میO2Hآب )

IR-FT 3دهد که این ماده به خوبی بر روی سطح نانو ذرات مربوط به کیتوزان، نشان میFeNiقرار گرفته است. پیک های ارتعاشی در .-cm ط مربو cm16۳4- 1، ارتعاشN-Cمربوط به پیوند 1490و cm 1082-1، ارتعاش موجود درC-O-Cمربوط به پیوندهای 694و 712، 1860

می باشد. پیک پهن مربوط به ارتعاش OH-CHو H-Cمربط به پیوندهای 1490و cm2500- 1و نهایتا ارتعاشات موجود در C=Oبه پیوند

نشان داده Chitosan/BiOI/3FeNiنمونه FTIRظاهر شده است. همچنین در این شکل، طیف cm ۳۳21-1 نیز در H-Oکششی پیوند

Cm-1نوارهای جذبی موجود در باشد. همچنین می Bi=O=Biمربوط به ارتعاشات پیوندهای Cm 51۳-1در شده است. نوار جذبی موجود

است. Bi-I مربوط به ارتعاشات پیوندهای مختلف فلزی 791و 1000، 1600

FTIR. طیف 4شکل

FESEMآنالیز

شکل تصاویر 5 در ترتیب ذرات FESEMبه نانو به مغناطیسی 3FeNiمربوط نانوکامپوزیت و یدید اکسی بیسموت کیتوزان، ،

Chitosan/BiOI/3FeNi دهد. نشان داده شده است این تصاویر مورفولوژی سطحی نانومواد و نانوکامپوزیت سنتز شده را به خوبی نشان می




27

نانوکامپوزیت مغناطیسی FESEMباشد. به عالوه تصاویر نانومتر می 2۳/59بر اساس این آنالیز، میانگین اندازه ذرات در نانوکامپوزیت سنتز شده

( یا تجمع را Accumulationایی بوده و تمایل به تشکیل توده )کامپوزیت مغناطیسی مورد نظر دارای خاصیت تودهبه وضوح نشان میدهد که

( میتواند به دلیل خاصیت مغناطیسی آنها باشد که تکه یا ذرات مختلف ماده همدیگر را Agglomerationدارد که این حالت خود تجمعی )

را نشان میدهد. nanoflakeنیز یک مورفولوژی BIOIمربوط به FESEM. همچنین تصویر گیرندجذب کرده و در کنار هم قرار می

FE-SEMآنالیز : 5شکل

TEMآنالیز

گرفته شد. به کار TEMدر این مطالعه همچنین برای بررسی نانو کامپوزیت سنتز شده با بزرگنمایی بیشتر و تفکیک باالتر آنالیز

نشان داده 6در شکل KX 46460حاضر با بزرگنمایی در پژوهش Chitosan/BiOI/3FeNiمربوط به نانوکاتالیست سنتز شده TEMتصویر

گردد ماده سنتز شده شکل خاصی ندارد و به عبارتی آمورف بوده و ساختار منظمی برای آن نمیتوان پیشنهاد شاهده میشده است. همانگونه که م

باشد میAgglomeration نمود. به عالوه میتوان به وضوح دید که بافت ماده سنتز شده دارای دانسیته باالیی بوده و از نظر تراکم پذیری




28

TEM : آنالیز6شکل

: DRSآنالیز

انجام گردید. بر اساس مطالعات قبل بیسموت اکسی یدید به DRSبه منظور بررسی خواص نوری کامپوزیت مورد استفاده در این مطالعه، آنالیز

گپ بند می 1/9-1/7تنهایی مشخص آنالیز این اساس بر اما دارد. مغناطیسی را کامپوزیت در مواد سایر حضور که گردد

an/BiOIChitos/3FeNi کاتالیست مورد نظر در 7طوریکه با توجه به شکل موجب تغییر ناچیز بند گپ بیسموت اکسی یدید شده است. به

نوری بسیار خوبی می 700تا 400محدود بودن کامپوزیت سنتز شده در نانومتر دارای جذب قوی و مناسب نشان دهنده امر این و باشد

نور مرئی و نور خورشید است. فرآیندهای فتوکاتالیستی در محدوده




29

DRS: آنالیز 7شکل

:VSMآنالیز

دردمای اتاق بوسیله مگنتومتر استفاده گردید که نتایج آن (VSM)برای بررسی خواص مغناطیسی نانو کامپوزیت سنتز شده از ارتعاش نمونه

ذکر شده 8درشکل Chitosan/BiOI/3FeNiبرای K ۳00( در دمای H-Mبه صورت ممان مغناطیسی در مقابل میدان مغناطیسی)حلقه

شباع مغناطیسی آن نسبت به هسته دهدکه نانوکامپوزیت مغناطیسی سنتز شده سوپرپارامگنتیک است و مقدارا است. منحنی مغناطش نشان می

مغناطیسی 3FeNiمغناطیسی اشباع مقدار طوریکه به است یافته و 3FeNi 201/7۳کاهش ،Chitosan/BiOI/3FeNi ۳4/20

(Chitosan/BiOI/3FeNi )emu/gr می باشد. بر این اساس میتوان نتیجه گرفت که نانوکامپوزیت مورد مطالعه درآب به صورت دیسپرس

تواند تواند بوسیله میدان مغناطیسی خارجی درعرض چند دقیقه به راحتی جمع آوری شود و سپس به آسانی باکمی تکان دادن میمیاست و

دوباره پراکنده شود.




30

VSM. آنالیز 8شکل

در Chitosan/BiOI/3FeNiفرایندبررسی پارامترهای موثر بر تخریب مترونیدازول با استفاده از نانوکاتالیست

حضور نور خورشید شبیه سازی شده

pHبررسی تأثیر

تواند می pHدر فرآیندهای فتوکاتالیستی، ها دارد.در تجزیه و حذف آنتی بیوتیک نقش مهمیpHدست آمده از مطالعات مختلف،بر اساس نتایج به

. تأثیر زیادی بر ظرفیت جذب، توزیع بار الکتریکی بر سطح فتوکاتالیست، نرخ تجزیۀ آالینده و پتانسیل اکسیداسیون باند ظرفیت داشته باشد

طور دهد، همانر این مطالعه نشان مید Chitosan/BiOI/Xenon/3FeNi، تجزیه مترونیدازول را با استفاده از فرآیند فتوکاتالیستی a9شکل

طوری که میزان حذف این آنتی بیوتیک در محیط خنثی به حداکثر مقدار خود رسیده است. به گردد، درصد تخریب این آالیندهکه مشاهده می

دقیقه در مجاورت 200مان گرم بر لیتر و در ز Chitosan/BiOI/3FeNi 02/0، دوز نانوکاتالیست =7pHمیلی گرم بر لیتر در 20با غلظت

خنثی یک نقطه قوت بسیار pHدست آمدن بیشترین درصد تخریب فتوکاتالیستی مترونیدازول در شد. به %2۳/92نور خورشید شبیه سازی شده

ت. این مورد محلول و هزینه اضافی برای انجام عملیات پیش تصفیه نیس pHخوبی است چرا که نیازی به افزودن مواد جهت کاهش و یا افزایش

باشد. همچنین های واقعی خصوصاً در حضور نور مرئی میمزیت بسیار خوبی برای فرآیندهای فتوکاتالیستی جهت تصفیه آب آشامیدنی و پساب

در مترونیدازول حذف درصد که است مشخص نظر مورد شکل فتوکاتالیستی pHدر فرآیند در اسیدی و قلیایی های

nChitosan/BiOI/Xeno/3FeNi است 47/6تفاوت چندانی نداشت. از سویی بار سطح نانوکامپوزیت مورد استفاده در این پژوهش برابر با

های هیدروکسیل موجود بر روی الیه سولفید مس دپروتونه شده سطح کامپوزیت منفی است و گروه pHهای باالتر از این pH(. در b9)شکل

ترکیب شود و رسوب هیدروکسید اهن را ایجاد نماید. OH-های در این ساختار ممکن است با گروه (. آهن یونیزه شده25مینماید) OH-و تولید

ها شود. همچنین قابلیت کاتالیزوری نانوکامپوزیت سنتز شده در این پژوهش بدلیل کاهش رادیکال هیدروکسیل و درنتیجه مانع از جذب سایت

های کمتر pHاست و کمبود پروتون باعث توقف واکنش شبه فنتون میشود. همچنین در ها بدلیل جذب االینده برروی سطح کاتالیستpHدر

بار سطح کاتالیست مثبت است) بار سطح جاذب، این شرایط 26از باعث افزایش گروه H+(. در های هیدروکسیل سطح ترکیب شده در اب

و مثبت شدن بار OH+2موجب تولید pHعالوه براین کاهش کاتالیست میشود و درنتیجه هیدراته شدن سطح کاتالیست را ارتقا میدهند




31

نزدیک Chitosan/BiOI/3FeNiکاتالیزور سنتز شده zpcpHمحلول به pHسطحی میشود و در نتیجه نیروی دافعه ایجاد میگردد. هنگامیکه

روی االینده تخریب یا جذب که معناست ان به این است. صفر کامل بطور کاتالیست سطح بار نیروهای است طریق از کاتالیست سطح

های هیدروکسیل پایدارتر است و درنتیجه حذف و تخریب مواد الی ارتقا میابد. این الکترواستاتیک صورت نمیگیرد. تحت این شرایط فعالیت گروه

خنثی باشد. pHتالیستی در های فتوکاتالیستی و شبه فنتون فتوکامکانیسم میتواند دلیل خوبی برای توضیح حذف مترونیدازول در فرایند

عبارت دیگر ای در حذف مترونیدازول ندارد. بهتأثیر قابل مالحظه pHباشند و اعالم میدارند که مطالعات بسیاری وجود دارند که مؤید این امر می

تأثیر تحت مترونیدازول حذف و بهنمی pHتخریب سال باشد. در همکاران و فرزادکیا مثال، در2014عنوان تخریب مطالعه ، به اقدام ای

و همکاران نیز در Okhovat( در حضور نور فرابنفش نمودند. همچنین، ZnOفتوکاتالیستی مترونیدازول با استفاده از نانوذرات اکسید روی )

( در حضور نور فرابنفش بررسی نمودند. نتایج این 2TiO، تخریب آنتی بیوتیک مترونیدازول را با استفاده از نانوذرات اکسید تیتانیوم )2015سال

(. 26-28باشد)در حذف این آنتی بیوتیک بی تأثیر می pHمطالعه نیز مؤید این نکته بود که

Shemer در حذف مترونیدازول پرداختند. بر فتوفنتون و نور فرابنفش،فنتون هایای به بررسی روشدر مطالعه 2006سال و همکاران نیز در

نتایج به این مطالعه مشخص شد که به طور کلی در فرآیند فتوکاتالیستی اساس جهت Chitosan/BiOI/Xenon/3FeNiدست آمده در

عمالً نقشی ندارد. pHتخریب مترونیدازول




32

Chitosan/BiOI/Xenon/3FeNiدر حذف مترونیدازول طی فرآیند فتوکاتالیستی pH: اثر 9شکل

a فرآیند)CuS/UV/2SiO/3FeNi :غلظت آالینده(mg/L20 :0/ 02،دمای محیط، دوز کاتالیست )گرم بر لیتر

b( تعیین بار سطح جاذب )ZPCpH)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

R (

%)

pH

0123456789

101112

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Fin

al p

H

Initial pH

InitialPH

a

b

اولین همایش ملی فناوری های نوین در محیط زیست و توسعه پایدار با رویکرد کرونا و محیط زیست



33

:تغییرات دوز نانوکاتالیستبررسی تأثیر 2.3

شکلهمان در که می 10طور دوزمشاهده در مترونیدازول تخریب )شود، مختلف نانوکاتالیست 005/0-1/0های لیتر( بر گرم

Chitosan/BiOI/3FeNi در شرایط بهینه مورد بررسی قرار گرفت. در این فرآیند با افزایش دوز نانوکاتالیست، راندمان تخریب مترونیدازول

04/0(Xenonکه دوز بهینه نانوکامپوزیت سنتز شده در حضور نور خورشید شبیه سازی شده )طوریابتدا افزایش و سپس کاهش یافته است. به

به دست آمد. اما با افزایش دوز کاتالیست از این مقدار %100نیدازول در این فرآیند در دوز بهینۀ بدست آمده گرم بر لیتر و درصد حذف مترو

راندمان حذف مترونیداوزل از g/L 1/0به g/L 04/0درصد حذف مترونیدازول مرتبا کاهش یافت. به طوریکه با افزایش دوز نانوکاتالیست از

افته است. درصد کاهش ی 69/71درصد به 100

های فعال علت افزایش راندمان حذف با افزایش دوز کاتالیست )تا کاتالیست بهینه( به این خاطر است که با افزایش دوز کاتالیست تعداد محل

های جذبی شده شود. از سوی دیگر افزایش میزان کاتالیست سبب افزایش فتونجذب افزایش و امکان برخورد نانوکاتالیست با آالینده بیشتر می

گردد. اما علت کاهش راندمان حذف با افزایش میزان دوز )بیش از دوز بهینه( این های جذبی مترونیدازول میو در نتیجه سبب افزایش مولکول

فزایش (. همچنین با ا29شود)است که افزایش میزان بیش از حد کاتالیست سبب افزایش کدورت محلول و در نتیجه کاهش میزان نفوذ نور می

شود. در مطالعه اسالمی و تر میمیزان بیش از حد کاتالیست مغناطیسی امکان کلوخه شدن نانو ذرات و دستیابی به یک محلول همگن مشکل

در doped TiO-N,S co 2همکاران که از فرآیند تجزیه فتوکاتالیستی داروهای غیر استروئیدی ضد التهابی، ناپروکسن و ایبوبروفن از نانوذرات

گرم بر 2تا 5/0حضور نور مرئی، استفاده شد، مشخص گردید که میزان تجزیه این داروها با افزایش دوز نانوکامپوزیت مورد مطالعه در محدوده

به ذکر الزم گرم بر لیتر نانوکامپوزیت باعث کاهش کارایی فرآیند تجزیه داروهای مورد مطالعه شد. 2لیتر افزایش یافت ولی افزایش دوز بیشتر از

های متعدد مانند برم، فسفات، کلرور، سولفات و .... کاهش نفوذ نور در های واقعی به دلیل وجود آنیونرود در فاضالباست که احتمال آن می

2لیستی فرآیند فتوکاتالیستی اتفاق افتد و در نتیجه درصد حذف کاهش یابد. نتایج فوق با نتایج دیگر مطالعات گزارش شده در زمینۀ فتوکاتا

(.۳0-۳2سیلین و کلوکساسیدین مطابقت دارد)کلروفنل، مترونیدازول، کلرامفنیکل، ترکیبات فنلی، آموکسی سیلین، آمپی




34

طی فرآیند : اثر تغییرات مقدار نانوکاتالیست مغناطیسی بر میزان حذف مترونیدازول10شکل

Chitosan/BiOI/Xenon/3FeNi(7pH= :غلظت آالینده ،mg/L20 )دمای محیط،

آالینده و زمان تماس: تغییر غلظت اولیهبررسی تأثیر همزمان ۳.۳ 25، 20، 15، 10) های مختلفی از این آالیندهبر روی راندمان حذف فتوکاتالیستی آن، غلظتبرای بررسی تأثیر زمان و غلظت اولیۀ مترونیدازول

7معادل pHو Chitosan/BiOI/3FeNiزمان ماند متفاوت تحت مواجه با مقدار بهینه شده نانوکاتالیست 7در میلی گرم بر لیتر( ۳0و

طور د. هماندهننشان می زنوننتایج فرآیند تخریب مترونیدازول در حضور نور فرابنفش را در حضور نور 11)برای مترونیدازول( قرار گرفت. شکل

مورد نظر با افزایش غلظت مترونیدازول کاهش چشمگیری پیدا کرده است. دلیل افزایش راندمان شود درصد حذف آنتی بیوتیککه مشاهده می

می را مترونیدازول اولیه غلظت کاهش با فتوکاتالیستی تعدادرادیکالتجزیه یکسان شرایط در که داد توضیح این صورت به آزاتوان د های

تر بیشتر های پاییندر غلظت °OHهای با رادیکالهای مورد نظر آالیندهرو واکنش ( در محلول برابر است. از این°OHهیدروکسیل تولید شده )

سیلۀ شود. عالوه بر این با افزایش غلظت آالینده پرتو تابید شده به وهای آزاد می آالینده توسط رادیکالشده و این امر موجب افزایش تجزیه

رسد و در نتیجه عدم تحریک همه ذرات کاتالیست، مقدار تجزیه تا های مترونیدازول جذب شده و به سطح کلیه ذرات کاتالیست نمیمولکول

کنندکه گونه توجیه میهمچنین برخی از منابع نیز علت کاهش راندمان حذف را با افزایش غلظت آالینده این یابد.میزان قابل توجهی کاهش می

( افزایش یافته Chitosan/BiOI/3FeNiهای مترونیدازول جذب شده بر سطح نانوکامپوزیت )ها، تعداد مولکولا افزایش غلظت آنتی بیوتیکب

کند، ازطرف دیگر با افزایش غلظت گیرند کاهش پیدا میهای نوار هدایت قرار میهای آالینده که تحت تأثیر الکترونو به این ترتیب تعداد مولکول

و همکاران Safariیابد. نتایج مطالعه، ها، میزان جذب نور فرابنفش مترونیدازول نسبت به نانوکاتالیست مورد نظر کاهش میاولیه آنتی بیوتیک

های این در مورد داروهای غیر استروئیدی یافته 2016در زمینۀ حذف فتوکاتالیستی مترونیدازول و اسالمی و همکاران در سال 2014در سال

(. ۳2-۳4بخش از مطالعۀ حاضر را تأیید نمودند)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1

R (

%)

Catalyst Dose (g/L)




35

Chitosan/BiOI/3FeNi: اثر تغییرات غلظت اولیۀ مترونیدازول بر میزان کارایی حذف آن طی فرآیند فتوکاتالیستی 11شکل

(7pH= :مقدار کاتالیست ،g/L04 /0 )دمای محیط،

سینتیک تخریب

نانوکامپوزیت به با استفاده نور Chitosan/BiOI/3FeNiمنظور بررسی سینتیک فرآیند تخریب مترونیدازول با در مواجه

های انجام شده در این زمینه، معموالً مدل سینتیک درجه اول کاذب برای بر اساس پژوهش خورشید شبیه سازی شده،

برای این (. ۳6و ۳5رود)کار میهای آلی بهی در مورد آالیندهتوصیف تخریب توسط فرآیندهای اکسیداسیون فتوکاتالیتیک

های مختلف دقیقه در غلظت 200بهینه، زمان pHگرم بر لیتر، 0.04منظور، آزمایشات در شرایط بهینه دوز نانوکاتالیست

تایج نشاندة این موضوع ارائه شده است. ن 12و شکل 2نتایج در جدول میلی گرم بر لیتر انجام شد. ۳0و 25، 20، 15، 10

نتایج گویای دهد. به عالوه ها کاهش چشمگیری را نشان می( با افزایش غلظت آالینده obsKاست که ثابت سرعت واکنش )

برای تمامی غلظت این واکنش است و های آنند که مدل سینتیک شبه درجه اول مدلی مناسب جهت توصیف سرعت

است 1( نزدیک به 2Rطوری که مقادیر ضرایب تبیین )دهد، بهنتایج را پوشش می مختلف مترونیدازول این مدل به خوبی

دلیل افزایش غلظت محصوالت حد های باال بهیابد. در غلظتو ثابت سرعت واکنش با افزایش غلظت آالینده کاهش می

یابد. نتایج جدول ش میهای هیدروکسیل فعال در واکنش محدود شده و در نتیجه ثابت سرعت تجزیه کاهواسط رادیکال

طوری با افزایش یابد بهگیری مینیز حاکی از آن است که با افزایش غلظت اولیه آالینده ثابت سرعت واکنش کاهش چشم 2

از از) ۳0به 10غلظت آالینده واکنش بر لیتر صابت سرعت کاهش 0.0092( min/1به ) min )0.025/1میلی گرم

(. 41-44یابد)می

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

R (

%)

Time (min)

10 (mg/L) 15 (mg/L)

20 (mg/L) 25 (mg/L)

30 (mg/L)




36

Chitosan/BiOI/3FeNi. سینتیک سرعت واکنش تخریب تتراسایکلین با استفاده از نانوکاتالیست 12 شکل

Chitosan/BiOI/3FeNi: پارامترهای سینتیک سرعت واکنش تخریب تتراسایکلین با استفاده از نانوکاتالیست 2جدول

Concentration

(mg/L)

Equation )1-(min 0K 2R (min) 1/2t

10 Y=0.0156x+0.9006 3-15.6×10 0.9864 44.42

15 Y=0.0119x+0.9106 3-11.9×10 0.9715 58.23

20 Y=0.0092x+0.8892 3-9.2×10 0.9828 75.32

25 Y=0.0063x+0.7291 3-6.3×10 0.9751 110

30 Y=0.0047x+0.7304 3-4.7×10 0.9436 147.45

0=0.693/K1/2t

و بازیابی قابلیت مغناطیسیبررسی نانوکامپوزیت مجدد فتوکاتالیستی Chitosan/BiOI/3FeNiاستفاده تخریب فرآیند در

مترونیدازول

فتوکاتالیستی مترونیدازول مورد بررسی قرار گرفت.به این منظور در تخریب Chitosan/BiOI/3FeNiنانوکامپوزیت قابلیت بازیافت مغناطیسی

زمان مدت در نور خورشید ساز شبیه عنوان به زنون نور تابش آالینده تحت تخریب و فتوکاتالیست از استفاده هربار از دقیقه، 200پس

8درجه سلسیوس به مدت 70طر و اتانول در دمای نانوکامپوزیت با اعمال میدان مغناطیسی از محلول جدا شد و پس از شستشو با آب مق

1۳ساعت در آون خال خشک شد و دوباره در تخریب آالینده مورد استفاده قرار گرفت.نتایج حاصل از بازیافت مغناطیسی نانوکامپوزیت در شکل

الیستی نمونه مشاهده شد.این امر می تواند درصدی در عملکرد فتوکات 7گزارش شده است.پس از شش بار استفاده از نانوکامپوزیت،کاهش حدود

( فتوکاتالیست میزان تغییر ساختار 5به علت کم شدن و همچنین نیست( قابل جداسازی مغناطیسی میدان فتوکاتالیست توسط از درصد

(. 41-44کاتالیست در اثر انجام واکنش های نوری باشد)

درصد بود. نانوکامپوزیت سنتز شده در این مطالعه پس 9۳.0۳فتوکاتالیست در حدود میزان تخریب مترونیدازول پس از شش دوره استفاده از

از قرار گرفتن در معرض یک میدان مغناطیسی خارجی به سرعت از محلول جدا شده و این ویژگی برای بازیافت نانوکامپوزیت بسیار مناسب

0

2

4

6

8

10

12

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

Ln

(C0/C

t)

Time (min)

10 (mg/L)

15 (mg/L)




37

نتریفیوژ،زمان بر و پرهزینه است.جداسازی مغناطیسی باعث کاهش تلفات است.بازیافت نانوذرات به وسیله روش هایی همچون فیلتراسیون و سا

(.44-46جرمی نسبت به سایر روش های معمول جداسازی می شود و هزینه های بازیافت را به طور موثر کاهش میدهد)

سیکل متوالی 6در Chitosan/BiOI/3FeNi: بررسی قابلیت بازیابی و استفاده مجدد نانوکامپوزیت مغناطیسی13شکل

( pH=7گرم بر لیتر، دمای محیط، 0/ 04میلی گرم بر لیتر، دوز کاتالیست: 20)غلظت آالینده:

. نتیجه گیری3جهت Chitosan/BiOI/3FeNiدر این پژوهش تخریب فتوکاتالیستی مترونیدازول با استفاده از نانوکامپوزیت مغناطیسی سنتز شده جدید

به تنهایی( نمی تواند به عنوان ند فتولیز )درحضور نور زنوننتایج این مطالعه نشان داد که فرآیتعیین شرایط بهینه مورد بررسی قرار گرفت.

آالینده روشی کارامد برای حذف مترونیدازول کاربرد داشته باشد. اما افزودن نانوکاتالیست سنتز شده در این مطالعه به این فرآیند درصد حذف

دهد. از این رو میتوان این فرآیند ترکیبی را به عنوان روشی سودمند جهت حذف این آالینده زیست ستیز را به طور قابل مالحظه ای افزایش می

غناطیسی بر اساس آنالیزهای تعیین مشخصات نانوکامپوزیت، مشخص گردید که نانوکاتالیست مو سخت تجزیه پذیر از آب و فاضالب به کار گرفت.

باشد. می نانومتر 95میانگین اندازه ذرات آن در حدود یکنواخت بوده و توزیع مورد نظر به درستی سنتز شده است و دارای

و نور زنون به Chitosan/BiOI/3FeNiبر اساس نتایج به دست آمده بیشترین میزان تخریب مترونیدازول در حضور نانوکامپوزیت مغناطیسی

گرم بر 0.04کاتالیست دوز دقیقه، 200 تماس زمان (میلی گرم بر لیتر، تحت شرایط بهینه واکنش 20بیه ساز خورشید در غلظت عنوان نور ش

( تبعیت میکند 2R<0.9درصدرسید. سینتیک واکنش تخریب فتوکاتالیستیی تتراسایکلین از معادله شبه درجه اول ) 100به ( 7برابر pHلیتر و

گرم بر 0.01تا 0.005با افزایش دوز نانوکاتالیست مورد نظر از نبوده و pHبه دست آمد. این فرآیند تحت تاثیر .min 0090-1و ثابت سرعت

نانوکاتالیست مغناطیسی از استفاده مترونیدازول با بیوتیک آنتی لیتر درصد حذف به دلیل تداخل در جذب نور زنون کاهش میابد. همچنین حذف

یابد. نتایج حاصل از آزمایشات کاتالیست نوری نشان داد که نانوکامپوزیت سنتز شده جدید می آالینده کاهش اولیه غلظت افزایش با مورد نظر

درصد کاهش یافت 7سیکل متناوب درصد حذف تتراسایکلین حدود 6در این پژوهش توانایی بازیافت و استفاده مجدد باالیی دارد چرا که پس از

ایانی روند کاهش درصد حذف پایین از از سیکل های ابتدایی بود. همچنین با انجام آنالیز بررسی بایپروداکت های تولید شده و در سیکل های پ

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Cycle 1 Cycle 2 Cycle 3 Cycle 4 Cycle 5 Cycle 6

R (

%)




38

از تخریب مترونیدازول در این فرآیند مشخص شد که هر چه از زمان واکنش می گذرد ترکیبات حلقوی شکسته شده و جای خود را به ترکیبا

سید کربن و آمونیاک میدهند. خطی و نهایتا آب، دی اک

جهت حذف Chitosan/BiOI/3FeNiدر نهایت بر اساس نتایج به دست آمده در مطالعه حاضر، میتوان نتیجه گرفت که فرآیند فتوکاتالیستی

ست.مترونیدازول از محیط های آبی کارایی مناسبی را دارد و به جهت استفاده مجدد آن از نظر اقتصادی نیز مقرون به صرفه ا

منابع:• Rasheed, T., et al., Environmentally-related contaminants of high concern: Potential sources and

analytical modalities for detection, quantification, and treatment. Environment International, 2019.

122: p. 52-66.

• Nautiyal, V., et al., Pharmaceutical Compounds in Drinking Water. Journal of Xenobiotics, 2016. 6.

• Felis, E., et al., Antimicrobial pharmaceuticals in the aquatic environment - occurrence and

environmental implications. European journal of pharmacology, 2020. 866: p. 172813.

• Kaczala, F. and S. Blum, The Occurrence of Veterinary Pharmaceuticals in the Environment: A

Review. Current Analytical Chemistry, 2016. 12: p. 169-182.

• Sheehy, O., et al., The Use of Metronidazole During Pregnancy: A Review of Evidence. Current drug

safety, 2015. 10: p. 170-9.

• Nasseh, I., et al., Metronidazole Removal Methods from Aquatic Media: A Systematic Review. Ann Mil

Health Sci Res, 2016. 14(4): p. e13756.

• Kudo, T., et al., Metronidazole reduces the expression of cytochrome P450 enzymes in HepaRG cells

and cryopreserved human hepatocytes. Xenobiotica, 2015. 45(5): p. 413-9.

• Sánchez-Polo, M., et al., Gamma irradiation of pharmaceutical compounds, nitroimidazoles, as a new

alternative for water treatment. Water Research, 2009. 43(16): p. 4028-4036.

• Carrales-Alvarado, D.H., et al., Removal of the antibiotic metronidazole by adsorption on various

carbon materials from aqueous phase. Journal of Colloid and Interface Science, 2014. 436: p. 276-

285.

• Polesel, F., et al., Removal of Antibiotics in Biological Wastewater Treatment Systems—A Critical

Assessment Using the Activated Sludge Modeling Framework for Xenobiotics (ASM-X).

Environmental Science & Technology, 2016. 50(19): p. 10316-10334.

• Li, S.Z., X.-y. Li, and D.-z. Wang, Membrane (RO-UF) filtration for antibiotic wastewater treatment

and recovery of antibiotics. Separation and Purification Technology, 2004. 34: p. 109-114.

• Choi, K.-J., S.-G. Kim, and S.-H. Kim, Removal of antibiotics by coagulation and granular activated

carbon filtration. Journal of hazardous materials, 2008. 151: p. 38-43.

• Serna-Galvis, E.A., et al., High frequency ultrasound as a selective advanced oxidation process to

remove penicillinic antibiotics and eliminate its antimicrobial activity from water. Ultrasonics

Sonochemistry, 2016. 31: p. 276-283.

• Dehghani, M., S. Behzadi, and M.S. Sekhavatjou, Optimizing Fenton process for the removal of

amoxicillin from the aqueous phase using Taguchi method. Desalination and Water Treatment,

2016. 57(14): p. 6604-6613.

• Andreozzi, R., et al., Antibiotic removal from wastewaters: The ozonation of amoxicillin. Journal of

Hazardous Materials, 2005. 122(3): p. 243-250.




39

• Chan, S., et al., Recent Developments of Metal Oxide Semiconductors as Photocatalysts in Advanced

Oxidation Processes (AOPs) for Treatment of Dye Wastewater. Journal of Chemical Technology

and Biotechnology, 2011. 86: p. 1130-1158.

• Nguyen, T.T., et al., Tungsten Trioxide (WO3)-assisted Photocatalytic Degradation of Amoxicillin by

Simulated Solar Irradiation. Scientific Reports, 2019. 9(1): p. 9349.

• Yu, J.-Y., et al., Morphological control of CdS@AC nanocomposites for enhanced photocatalytic

degradation of tetracycline antibiotics under visible irradiation. Inorganic Chemistry

Communications, 2018. 95: p. 134-138.

• Ong, C.B., L.Y. Ng, and A.W. Mohammad, A review of ZnO nanoparticles as solar photocatalysts:

Synthesis, mechanisms and applications. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2018. 81:

p. 536-551.

• Abdullah, A.M., et al., UV and Visible Light-Driven Production of Hydroxyl Radicals by Reduced

Forms of N, F, and P Codoped Titanium Dioxide. Molecules (Basel, Switzerland), 2019. 24(11):

p. 2147.

• Smijs, T. and S. Pavel, Titanium dioxide and zinc oxide nanoparticles in sunscreens: Focus on their

safety and effectiveness. Nanotechnology, science and applications, 2011. 4: p. 95-112.

• Lee, W.-L., et al., Synthesis of Bismuth Oxyiodides and Their Composites: Characterization,

Photocatalytic Activity, and Degraded Mechanisms. RSC Adv., 2015. 5.

• Kekade, S.S., et al., Electronic Structure of Visible Light-Driven Photocatalyst δ-Bi11VO19

Nanoparticles Synthesized by Thermal Plasma. ACS Omega, 2018. 3(5): p. 5853-5864.

• Elieh-Ali-Komi, D. and M.R. Hamblin, Chitin and Chitosan: Production and Application of Versatile

Biomedical Nanomaterials. International journal of advanced research, 2016. 4(3): p. 411-427.

• Casadidio, C., et al., Chitin and Chitosans: Characteristics, Eco-Friendly Processes, and Applications

in Cosmetic Science. Marine drugs, 2019. 17(6): p. 369.

• Sudhaik, A., et al., Magnetically recoverable graphitic carbon nitride and NiFe2O4 based magnetic

photocatalyst for degradation of oxytetracycline antibiotic in simulated wastewater under solar

light. Journal of Environmental Chemical Engineering, 2018. 6(4): p. 3874-3883.

• Kamranifar, M., A. Allahresani, and A. Naghizadeh, Synthesis and characterizations of a novel

CoFe2O4@CuS magnetic nanocomposite and investigation of its efficiency for photocatalytic

degradation of penicillin G antibiotic in simulated wastewater. Journal of Hazardous Materials,

2019. 366: p. 545-555.

• Zhao, Y., et al., Synthesis and characterization of a novel CNT-FeNi3/DFNS/Cu(ii) magnetic

nanocomposite for the photocatalytic degradation of tetracycline in wastewater. RSC Advances,

2019. 9(60): p. 35022-35032.

• Nasseh, N., et al., A comprehensive study on the application of FeNi3@SiO2@ZnO magnetic

nanocomposites as a novel photo-catalyst for degradation of tamoxifen in the presence of simulated

sunlight. Environmental Pollution, 2020. 261: p. 114127.

• Khodadadi, M., et al., The practical utility of the synthesis FeNi3@SiO2@TiO2 magnetic nanoparticles

as an efficient photocatalyst for the humic acid degradation. Chemosphere, 2020. 239: p. 124723.

• Nasseh, N., et al., Synthesis of FeNi3/SiO2/CuS magnetic nano-composite as a novel adsorbent for

Congo Red dye removal. International Journal of Environmental Analytical Chemistry, 2020: p. 1-

21.




40

• Spitschan, M., et al., Variation of outdoor illumination as a function of solar elevation and light

pollution. Scientific Reports, 2016. 6(1): p. 26756.

• Lv, H., et al., In situ exsolved FeNi3 nanoparticles on nickel doped Sr2Fe1.5Mo0.5O6−δ perovskite

for efficient electrochemical CO2 reduction reaction. Journal of Materials Chemistry A, 2019.

7(19): p. 11967-11975.

• De Queiroz Antonino, R.S.C.M., et al., Preparation and characterization of chitosan obtained from

shells of shrimp (Litopenaeus vannamei Boone). Marine drugs, 2017. 15(5): p. 141.

• Mehrali-Afjani, M., A. Nezamzadeh-Ejhieh, and H. Aghaei, A brief study on the kinetic aspect of the

photodegradation and mineralization of BiOI-Ag3PO4 towards sodium diclofenac. Chemical

Physics Letters, 2020: p. 137873.

• Mera, A.C., et al., Synthesis and characterization of BiOI microspheres under standardized conditions.

Journal of Materials Science, 2017. 52(2): p. 944-954.

• Chen, G.-G., et al., Facile synthesis of high strength hot-water wood extract films with oxygen-barrier

performance. Scientific Reports, 2017. 7(1): p. 41075.

• Yuan, D., et al., A novel AgI/BiOI/pg-C3N4 composite with enhanced photocatalytic activity for

removing methylene orange, tetracycline and E. coli. Dyes and Pigments, 2020. 177: p. 108253.

• Hitam, C.N.C., A.A. Jalil, and Y.O. Raji, Fabrication of Fibrous Silica Zinc (FSZn) Composite for

Enhanced Photocatalytic Desulphurization. Topics in Catalysis, 2020.

• Wang, W.-Y. and Y. Ku, Effect of solution pH on the adsorption and photocatalytic reaction behaviors

of dyes using TiO2 and Nafion-coated TiO2. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and

Engineering Aspects, 2007. 302: p. 261–268.

• Rivera-Utrilla, J., et al., Removal of Nitroimidazole Antibiotics from Aqueous Solution by

Adsorption/Bioadsorption on Activated Carbon. Journal of hazardous materials, 2009. 170: p. 298-

305.

• Farzadkia, M., et al., Photocatalytic degradation of Metronidazole with illuminated TiO2

nanoparticles. Journal of Environmental Health Science and Engineering, 2015. 13(1): p. 35.

• Sahoo, C., A.K. Gupta, and I.M. Sasidharan Pillai, Photocatalytic degradation of methylene blue dye

from aqueous solution using silver ion-doped TiO2 and its application to the degradation of real

textile wastewater. Journal of Environmental Science and Health, Part A, 2012. 47(10): p. 1428-

1438.

• Eslami, A., et al., N,S co-doped TiO2 nanoparticles and nanosheets in simulated solar light for

photocatalytic degradation of non-steroidal anti-inflammatory drugs in water: A comparative

study. Journal of Chemical Technology & Biotechnology, 2015. 91: p. n/a-n/a.

• Eslami, A., et al., Occurrence of non-steroidal anti-inflammatory drugs in Tehran source water,

municipal and hospital wastewaters, and their ecotoxicological risk assessment. Environmental

Monitoring and Assessment, 2015. 187.

• Singh, N., M.S. Rana, and R.K. Gupta, Modelling studies for photocatalytic degradation of organic

dyes using TiO2 nanofibers. Environmental Science and Pollution Research, 2018. 25(21): p.

20466-20472.




41

Evaluation of the photocatalytic performance of nickel ferrite

nanoparticles/chitosan/bismuth iodide oxide nanocomposite for metronidazole

degradation under irradiation by simulated sunlight

2, Farzaneh Fanaei2*, Fatemeh sadat Arghvan1Negin Nasseh

1. Social Determinants of Health Research Center, Faculty of Health, Department of

Environmental Health Engineering, Birjand University of Medical Sciences, Birjand, Iran. 2. Student Research Committee, Department of Environmental Health, Faculty of Health

Engineering Mashhad University of Medical Sciences, Mashhad, Iran.

Abstract

The entry of pharmaceutical residues into the aquatic environment can lead to deterioration in the quality

of water and thus affect human life. Therefore, effectively treating pharmaceutical wastewater is of utmost

importance. This research demonstrated the performance of FeNi3/chitosan/BiOI nancomposite in the

photocatalytic process for metronidazole (MTZ) antibiotic removal. The photocatalytic reactions were

performed under the radiation of solar light. Initially, a characterization study of the used catalyst was

conducted using XRD, FESEM, TEM, FTIR, DRS, and VSM analyses. The photocatalytic activity of

FeNi3/chitosan/BiOI toward MTZ degradation was evaluated by employing a series of photocatalytic

experiments at different conditions: pH (3-11), reaction time (5-200 min), initial MTZ concentration (10-

30 mg/L), and catalyst dosage (0.005-0.1 g/L). Results showed that the applied treatment process achieved

a 100% degradation of the contaminant at the following conditions: pH = 7, FeNi3/chitosan/BiOI dose =

0.04 g/L, MTZ concentration = 20 mg/L, and reaction time = 120 min. Also, GC-MS analysis indicated

that the secondary compounds resulting at the end of the photocatalytic reactions of MTZ are non-toxic in

nature. The MTZ kinetics profiles at different concentrations were conformed to the pseudo-first-order

model with a constant degradation rate of 0.0092 min−1 obtained at MTZ concentration of 20 mg/L). Finally,

the used catalyst was found to be sustainable and cost-effective, as it can be successfully recycled up to six

consecutive photocatalyst cycles. Therefore, the present study recommends the photocatalytic process using

FeNi3/chitosan/BiOI as a catalyst to be installed as an effective tertiary treatment unit to treat MTZ laden

wastewater in a cost-effective, eco-friendly, and safe manner.

Keywords: Metronidazole; Photocatalyst; FeNi3/chitosan/BiOI; By-products; Kinetics




42

توسط نانورس (VI)بر جذب کروم pHتاثیر

تکتم شهریاری [email protected] ، استادیار دانشکده محیط زیست، پردیس دانشکده های فنی، دانشگاه تهران، تهران، ایران

چکیده این در در محیط زیست به دلیل تاثیرات سمی آن بر موجودات مورد توجه قرار گرفته است. (VI)کروم وجود

تاثیر آبکاری مورد بررسی قرار گرفت. (VI)بر فرآیند جذب کروم pHتحقیق از فاضالب نانورس توسط جاذب

جاذب نانو رس به کار نانورس به عنوان جاذب برای جذب کروم از فاضالب مذکور مورد تحقیق قرار گرفت. اندازه

نانومتر بود. فاضالب مورد آزمایش از یکی از کارخانه های آبکاری در شهرک صنعتی واقع 18/1رفته در آزمایش ها

بر فرآیند جذب توسط جاذب نانورس، آزمایشها در pHمنظور بررسی تاثیر پارامتر در اطراف تهران به دست آمد. به

دقیقه 80گرم و زمان انجام واکنش 2برای انجام آزمایش ها مقدار جاذب برابر د.درجه سانتیگراد انجام ش 25دمای

میلی گرم بر لیتر اندازه گیری شد. 2658در نظر گرفته شد. مقدار کروم موجود در فاضالب قبل از انجام آزمایش ها

رد و مقدار مناسب آن در نقش موثری بر فرآیند جذب دا pHپس از آزمایش ها نتایج به دست آمده نشان داد که

مکانهای جذب توسط عامل اسیدی باردار شده که pHبا کاهشمی باشد. ۳، (VI)این تحقیق برای حذف کروم

منجر به جاذبه الکترواستاتیکی بین سطح جاذب و جذب شونده شده درنتیجه منجر به افزایش جذب می گردد.

آبکاری، جاذب، کروم، نانورس کلمات کلیدی:

. مقدمه 1آبکاری یکی از (.Zabihi et al., 2009; Onundi et al., 2011صنایع در افزایش آلودگی محیط زیست نقش مهمی دارند)

شود. )قربانی، در آبکاری سطح یک فلز با فلزی مانند کروم روکش میصنایعی است که از فلزات سنگین مختلفی استفاده می کند.

(. بنابراین در این صنعت از ترکیبات فلز سنگین کروم استفاده می شود، درنتیجه فاضالب آن حاوی مقدار 1۳82؛ بیستک، 1۳91

(. Akbal and Camc, 2011اشد) زیادی کروم می ب

کروم یکی از فلزات خطرناکی که سازمان حفاظت محیط (. Dors et al., 2010( برای موجودات سمی و خطرناک است)VIکروم )

2-یون کرومات )( VІ(. ساده ترین حالت کروم) al., 1993Said etزیست آمریکا مطرح نموده است ) 4CrO ،؛ 1۳86( است )عظیمی

(. تماس دراز مدت با اسید کرومیک و نمکهای کروم باعث بروز تاولهای پوستی، تحریک دستگاه گوارشی و سیستم 1۳88فخرایی،

(. 1۳88تنفسی می شود )فخرایی،


http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0045653510006429




43

Diyauddeen et al., 2011 Coman etمتعددی به کار گرفته شده است)برای حذف آالینده ها از محیط زیست روش های

al., 2013; Fu and Wang, 2011; که یکی از این روش ها فرآیند جذب می باشد، که از جاذب های متعددی ازجمله نانوجاذب )

ها که اخیرا مورد توجه بسیاری می باشد، استفاده شده است.

را نانو nm100ی کمتر از ای در حد چند نانومتر باشند. ذرات دارای اندازهحداقل در یک بعد دارای اندازهنانومواد، موادی هستند که

اندازه با و از ذره بیشتر می nm100ی پودر نانو می 1۳88گویند)صفری، را جذب زمینه در منحصر خواص دارای نانوذرات .)

(. Faraji et al., 2010; Xu et al., 2012باشند)

جذب سطحی از جاذب برای حذف آالینده های موجود در یک محلول استفاده می شود. قدرت جذب یک ماده تابع سطح تماس، در

غلظت، نوع و حالت ماده جذب شده و جاذب می باشد.

pH شود ی میهای فلزترین عامل در فرایندهای جذب است زیرا باعث تاثیر بر خواص شیمیایی محلول حاوی فلز و رقابت یونمهم

بر جذب کروم توسط جاذب نانورس از فاضالب آبکاری مورد تحقیق قرار گرفت. pHدر این مطالعه تاثیر (. 1۳88)فخرایی،

هامواد و روش . 2های آبکاری ـشهرک ـصنعتی واقع در ـشرق اـستان تهران تهیه گردید. مقدار کروم موجود در در این تحقیق از فاـضالب یکی از کارگاه

نانومتر بود. 18/1اندازه گیری شد. اندازه جاذب به کار رفته برای جذب کروم از فاضالب آبکاری، mg/L 2658فاضالب

به منظور تعیین فلز کروم موجود در نمونه ها، از روش های موجود در کتاب روشهای استاندارد آزمایشهای آب و فاضالب استفاده

(. Franson, 2005شد)

انجام گرفت. ,UV-Vis Spectrophotometer, HACH, DR5000با دســـتگاه (VI)ومتعیین غلظت کردر این پژوهش،

691متر pHســاخت آلمان و IKA RCT basicهمزن مغناطیســی METTLER AE200همچنین از ترازوی دیجیتالی

Metrohm پروپیلن انجام شد.استفاده شد. پس از آزمایش جهت تعیین غلظت کروم باقیمانده، نمونه برداری توسط ظروف پلی گرم نانورس 2کروم با فاضالب حاوی cc100ها در آزمایش در فرآیند جذب را مورد بررسی قرار می دهد. pHاین مطالعه نقش

درجه سانتیگراد انجام شدند. سپس پس از 25دقیقه بر روی همزن قرار داده شد. آزمایش ها در دمای 80به مدت تماس داده و

ها اندازه گیری شد. جداسازی نانورس، مقدار کروم موجود در هر یک از نمونه

نتایج و بحث . 3بررسی شد. برای جذب کروم، فاضالب pHدر این تحقیق، عملکرد فرآیند نانورس در جذب کروم از فاضالب آبکاری و نقش پارامتر

در تماس با نانورس قرار گرفت. سطوح جاذب نانورس جایگاهی برای جذب کروم بوده و درنتیجه آالینده جذب نانورس گردید. درجه سانتیگراد صورت 25م به وسیله جاذب نانورس در این مطالعه، آزمایشها در دمای در جذب کرو pHبه منظور بررسی تاثیر

rpm 200دقیقه و دور همزن 80میلی لیتر و زمان انجام واکنش 100گرم در 2جهت انجام آزمایش ها مقدار جاذب برابر گرفت.

جذب کروم و درصد حذف آن از فاضالب توسط جاذب میزان 1آورده شده است. شکل 2و 1در نظر گرفته شد. نتایج در شکل های

را نشان می دهد.




44

های متفاوت pHمیزان جذب کروم از فاضالب به وسیله جاذب نانورس در . 1شکل

مقدار کروم باقیمانده در فاضالب خروجی را نشان می دهد. 2شکل

های متفاوت pHمیزان کروم باقیمانده در فاضالب به وسیله جاذب نانورس در . 2شکل

مقدار pHبا کاهش نقش مهمی در فرآیند جذب دارد و در این تحقیق pHهمان طور که از نتایج آزمایش ها مشاهده می شود

جذب نیز افزایش می یابد.




45

مکانهای جذب توسط عامل اسیدی، دارای بار مثبت می شود که سبب افزایش جاذبه الکترواستاتیکی جاذب و آنیونهای pHبا کاهش

، پروتون های موجود در سطح جاذب کاهش یافته و یون های pHبا افزایش ( شده، بنابراین جذب افزایش پیدا می کند.VIکروم )

دافعه الکترواستاتیکی بین آنیون کروم و ذرات جاذب حاوی بار می شود، بنابراین هیدروکسید جایگزین عامل اسیدی شده و سبب

کاهش می یابد. pHمیزان جذب با افزایش

و همکارانش Shenدر فاضالب انجام می شود. تحقیقات pHدر روش استفاده از نانوذرات جداسازی موثر یونهای فلزی با کنترل

. (Shen et al., 2009پایین صورت می گیرد) pHدر ( IVکروم)نیز نشان داد که جذب سطحی فیزیکی

نتیجه گیری . 4، درنتیجه فاضالب استفاده می گردد شود. در این صنعت از ترکیبات کروم دار روکش می دیگر سطح یک فلز با فلز در صنعت آبکاری

تماس با اسید کرومیک و نمکهای کروم باعث مشکالت پوستی، گوارشی و تنفسی می شود. آن حاوی مقدار زیادی کروم می باشد.

همچنین ترکیبات سمی آن در تصفیه بیولوژیکی برای میکروارگانیسمها مضر بوده و تصفیه مورد نظر را با اشکاالت فراوانی رو به رو

pHکی از روش های مناسب برای حذف این ترکیبات از فاضالب ها، فرآیند جذب می باشد. در این تحقیق بررسی تاثیر می سازد. ی

به آبکاری صورت گرفت. از فاضالب نانورس توسط تاثیر بر جذب کروم نانورس، pHمنظور مطالعه توسط جاذب فرآیند جذب

منجر به افزایش مقدار ماده جذب شده در سطح pHایج نشان داد که کاهش انجام شد. نت 9و 7، 5، ۳، 1های pHآزمایشها در

افزایش باشد. می کروم آنیون و جاذب بین الکترواستاتیکی جاذبه افزایش امر این علت شود. می دافعه pHجاذب به منجر

کاهش pHیق میزان جذب با افزایش الکترواستاتیکی بین آنیون کروم و ذرات جاذب حاوی بار منفی می شود، بنابراین در این تحق

می یابد.

مراجع دانشگاه انتشارات دوم، چاپ الکترولیتی. و شیمیایی تبدلی (. پوشش های1۳82افشار، عبداهلل. ) ترجمه بیستک، جی وبرتی، •

.شریف صنعتی

محلولهای آبی. دانشگاه تهران، دانشکده (. حذف کروم شش ظرفیتی با استفاده از نانوذرات آهن و تیتانیم از 1۳88صفری، علی. ) •

محیط زیست.

(. بررسی حذف کروم از پساب صنایع چرم 1۳86عظیمی، علی اکبر، ولی زاده، بهزاد، مسعودی نژاد، محمدرضا، صفرزاده، علی. ) •

.10-5(، 41)۳۳سازی با استفاده از جوهر میوه بلوط. محیط شناسی،

یفی پساب کارگاههای آبکاری شهرکهای صنعتی عباس آباد و منطقه شرق تهران و ارائه (. بررسی کمی و ک1۳88فخرائی، فریبا. ) •

راهکارهای مناسب جهت حذف آالینده کروم. دانشگاه تهران، دانشکده محیط زیست.

.انتشارات دانشگاه صنعتی شریف(. پوشش دادن فلزات، 1۳91قربانی، محمد. ) •

• Akbal, F., & Camc, S. (2011). Copper, chromium and nickel removal from metal plating wastewater by

electrocoagulation. Desalination, 269, 214–222.




46

• Coman, V., Robotin, B., & Ilea, P. (2013). Nickel recovery/removal from industrial wastes: A review.

Resources Conservation and Recycling, 73, 229– 238.

• Diyauddeen, B.H., Daud, W.M.A.W., & Abdul Aziz, A.R. (2011). Treatment technologies for petroleum

refinery effluents: A review. Process Safety and Environmental Protection, 89(2), 95-105.

• Dors, A., Pereira, M., Bartolome, M.C., Lopez-Rodas, V., Costas, E., & Sanchez-Fortun, S. (2010).

Toxic effects and specific chromium acquired resistance in selected strains of Dyctiosphaerium

chlorelloides. Chemosphere, 81(2), 282–287.

• Faraji, M., Yamini, Y., & Rezaee, M. (2010). Magnetic nanoparticles: Synthesis, Stabilization,

Functionalization, Characterization. Journal of the Iranian Chemical Society, 7(1), 1-37.

• Franson, M.A. (2005). Standard Methods for the examination of water and wastewater, Prepared and

published jointly by American public health association, American water works association, Water

environment federation, 21st Edition. • Fu, F., & Wang, Q. (2011). Removal of heavy metal ions from wastewaters: A review. Journal of

Environmental Management, 92(3), 407-418.

• Onundi, Y.B., Mamun, A.A., Al Khatib, M.F., Al Saadi, M.A. & Suleyman, A.M. (2011). Heavy metals

removal from synthetic wastewater by a novel nano-size composite adsorbent. International Journal of

Environmental Science and Technology, 8(4), 799-806.

• Said, O.B., Shalmor, M.B., & Egila, J.N. (1993). A note on the binding of nickel and copper ions by

cellulosic materials. Bioresource Technology, 43, 63-65.

• Shen, Y.F., Tang, J., Nie, Z.H., Wang, Y.D., Ren, Y., & Zuo, L. (2009). Preparation and application of

magnetic Fe3O4 nanoparticles for wastewater purification. Separation and Purification Technology, 68,

312–319.

• Xu, P., Ming Zeng, G., Huang, D.L., Feng, C.L., Hu, S., Hua Zhao, M., Lai, C., Wei, Z., Huang, C.,

Xin Xie, G., & Feng Liu, Z. (2012). Use of iron oxide nanomaterials in wastewatertreatment: A review.

Science of The Total Environment, 424, 1–10.

• Zabihi, M., Ahmadpour, A., & Haghighi Asl, A. (2009). Removal of mercury from water by

carbonaceous sorbents derived from walnut shell. Journal of Hazardous materials, 167(1-3), 230–236.

https://link.springer.com/journal/13738

https://www.sid.ir/En/Journal/JournalList.aspx?ID=2357













http://www.sciencedirect.com/science/journal/00489697

http://www.sciencedirect.com/science/journal/00489697/424/supp/C




47

The effect of pH on the adsorption of chromium (VI) by nanoclay

Toktam Shahriari Assistant Professor, School of Environment, College of Engineering, University of Tehran,

Tehran, Iran, [email protected]

Abstract The presence of chromium (VI) in the environment has been considered due to its toxic effects on

organisms. In this study, the effect of pH on the adsorption process of chromium (VI) by nanoclay adsorbent

from plating wastewater was investigated. Nanoclay was investigated as an adsorbent for the adsorption of

chromium from the wastewater. The size of nanoclay adsorbent used in the experiments was 1.18 nm. The

tested wastewater was obtained from one of the plating factories in the industrial town located near Tehran.

In order to investigate the effect of pH parameter on the adsorption process by nanoclay adsorbent,

experiments were performed at 25 °C. For experiments, the amount of adsorbent was 2 g and the reaction

time was 80 minutes. The amount of chromium (VI) in the wastewater was measured at 2658 mg/L before

the tests. After the experiments, the results showed that pH has an effective role on the adsorption process

and the appropriate amount in this study for the removal of chromium (VI) is 3. By lowering the pH of the

adsorption sites, it is charged by the acidic agent, which leads to electrostatic attraction between the

adsorbent surface and the adsorbate, thus increasing the adsorption.

Keywords: Adsorbent, Chromium, Nano clay, Plating





48

در انرژی و آب نانوفناوری و توسعه پایدار با کاربرد

2، محمد حسین صیادی 2، محمود حاجیانی*اسما جامی االحمدی

( [email protected]دانشجوی دکترای علوم و مهندسی محیط زیست، گروه محیط زیست، دانشگاه بیرجند ) -1

( [email protected]محیط زیست دانشگاه بیرجند ) گروه محیط زیست دانشکده منابع طبیعی و -2

([email protected]گروه محیط زیست دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست دانشگاه بیرجند ) -2

چکیده مردان و نخبگان علمی جامعه جوامع به ویژه دولتیابی به توسعه پایدار مورد توجه بسیاری در سطح امروزه دست

از محدود آب، منابع از حد از بیش بهره برداری نتیجه در و افزون جمعیت روز قرار گرفته است. با توجه به رشد

مسأله دیگر، امروزه سوی از بشر صنعتی و کشاورزی زیستی، فعالیتهای گوناگون سبب به آنها شدن آلوده و سو یک

که بشر مایعی ترینحیاتی یعنی آب، منابع و حفظ کیفیت آب به چالش مهمی در جامعه انسانی بدل گردیده است

به آب به میزان و کیفیت مطلوب برای یابیدستاست. گرفته قرار توجه مورد ایفزاینده شکل به دارد نیاز آن به

کلیه کاربردهای آن، امری حیاتی در رسیدن به توسعه پایدار است. از مسائل مهم دیگر در زمینه توسعه پایدار و

حفظ محیط زیست، مسأله تأمین انرژی جوامع بشری بدون اثرات سوء بر محیط زیست یا با حداقل اثرات سوء بر

های کارهای اصلی در رسیدن به توسعه پایدار، از طریق بهبود کارایی سیتماز راهبراین باشد. بنا محیط زیست می

باشد. این مقاله با مرور های مختلف شرب،کشاورزی و صنعتی میانرژی و افزایش کیفیت آب مورد استفاده در بخش

نانوسا از مطالعات و کارهای انجام گرفته در زمینه کاربرد نانوفناوری و انرژی و آب به تعدادی ختارها در صنعت

پردازد. بررسی تأثیر نانوفناری در توسعه پایدار می

نانوفناوری، تصفیه آب، فلزات سنگین، آلودگی، انرژی کلمات کلیدی:

. مقدمه 1باشد. رشد روز افزون جمعیت و در نتیجه بهره برداری پایدار تأمین آب و تأمین انرژی موردنیاز بشر می ی مهم از توسعهدو جنبه

بیش از حد از منابع محدود آب، از یک طرف و آلوده شدن آنها به سبب فعالیتهای گوناگون زیستی، کشاورزی و صنعتی بشر از طرف

داده و زنگ خطر بحران بنابراین حفظ کیفیت فیزیکی، شیمیایی و دیگر، دست به دست یکدیگر آورده است. را به صدا در آب

هایی است که با اینگونه منابع سر و کار دارند )یوزه گونزالس گارسیا و همکاران، ی فعالیت بیشتر سازمانبیولوژیکی منابع آب سرلوحه

می گیرند، مدیریت فاضالب نقش بسزایی در توسعه پایدار ها تحت تأثیر آلودگی ناشی از منابع مختلف قرار(. از آنجا که پساب2010

آالینده های از بسیاری .شهری دارد. به طور سنتی، هدف از تصفیه فاضالب محافظت از کاربران پایین دست از خطرات بهداشتی بود





49

باشند. نمی حذف قابل شیمیایی و بیولوژیکی تصفیه فیزیکی، متداول فرآیندهای به وسیله راحتی به فاضالبهای صنعتی در موجود

با نیز گیاه پاالیی مانند نیستند. روشهایی کامل به تجزیه قادر بیولوژیکی روشهای ترکیبها، این مقاوم و ماهیت پیچیدگی دلیل به

(.1۳95راری، باشد )عواطفی نژاد و اسمی ثانویه مدیریت نیازمند که همراه بوده زیست توده خطرناک زیادی میزان تولید

هایی از جمله شیمیایی بودن یا انرژی زایی باال، فرآیندهای ضدعفونی رایج همچون کلرزنی، ازن زنی و تابش فرابنفش محدودیت

(. یکی از 2018.، وانگ و همکاران.، 2014.، سان و همکاران.،2017با تشکیل محصوالت جانبی سمی دارند )خدجی و همکاران.،

فناوری فوتوکاتالیست ها بطور وسیع از ها است.ها بدون تولید مواد سمی ثانویه استفاده از فوتوکاتالیستبین بردن آالیندههای از راه

(. طی فرآیندهای فوتوکاتالیزوری، آالینده ها در اثر تابش 2004میالدی مورد مطالعه قرار گرفته است )کبرا و همکاران، 1970سال

ضور کاتالیست های نیمه هادی، بطور کامل تخریب شده و به دی اکسید کربن و آب تبدیل می شوند. اشعه ی فرا بنفش و در ح

بر اساس AOPsفرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته ) انواع فرآیندهای متداول تصفیه باشد، برای ( که می تواند جایگزین مناسبی

ی وسیعی از آالینده های آلی مقاوم و سمی با شند که محدودهبا [ میOHتولید گونه های فعال از جمله رادیکالهای هیدروکسیل]

(. فرآیند فوتوکاتالیز به عنوان یک فن 2009هر دو ترکیب آروماتیکی و آلیفاتیکی را بطور سریع تخریب می کند )مارتنز و همکاران،

از انرژی سبز توجه زیادی را به خود آوری ضد عفونی کننده جایگزین، به دلیل پایداری محیطی، عملکرد خوب و قابلیت استفاده

(.2017جلب کرده است )وانگ و همکاران،

های متداول مورد استفاده برای کاهش آالیندگی ناشی از آنها و سپس توسعه از نظر انرژی مسأله مهم ابتدا بهبود کیفیت سوخت

کیفیت و کارایی انرژی و سپس کاربرد این فناوری در منابع پاک جایگزین انرژی است. در ادامه استفاده از ناوری نانو برای بهبود

صنعت آب بررسی می گردد.

انرژی -1

گوگرد زدایی از سوختهای فسیلی - 1- 1

است که روی پایه اکسیدی بسیار متخلخلی توزیع 2MoSهای تجاری سولفورزدایی هیدروژنی نانوذرات مشابه بخش فعال کاتالیست

هایهای معمول مشکل است، بنابراین محققان با رشد دادن نانوخوشههای این نانوذرات با روشاند. مطالعه و وبررسی ویژگی شده

2MoS ی آنها پرداختند. سپس از ی بی اثر طال به مطالعهروی زمینهSTM با هیدروژن و تیوفن برای مطالعه واکنش این نانوذرات

(C2H4S) ،اهرنجانی و همکاران اتم (. معموال چنین فرض می1۳88استفاده کردند )رحمانی باید لبهشود که از ی های گوگرد

ها فعال و قادر به های نانوخوشههای خاصی واکنش دهند. اما این تحقیق نشان داد که تمام لبهها حذف شوند تا با مولکولنانوخوشه

ها در حضور هیدروژن موجب هیدروژنه شدن جزئی پیوندهای دوتایی های نانوخوشهش با گوگرد هستند. جذب تیوفن به لبهواکن

شود. گوگرد می- تیوفن و شکستن پیوند کربن

های حرارتی با استفاده از نانوذرات فلزی افزایش ضریب انتقال حرارت مبدل - 1- 2

ذرات فلزی از جنس اکسید آلومینیوم در دو سیال آب و اتیلن گلیکول بر میزان انتقال ( در زمینه بررسی اثر نانو2007رستمی )

از نوع اجباری پرداخته است. به این منظور سیال حاوی بادیواره 10تا 1حرارت جابجایی از داخل کانالی درصد ذرات نانوفلزی




50

شد. نتایج نشان داد که وجود این نانوذرات فلزی به هم فشرده شود( عبور داده های حرارتی فشرده استفاده میدار )که در مبدلموج

شود. ها میدر سیال باعث افزایش انتقال حرارت در این نوع کانال

های خورشیدیهای پفکی در پیلاستفاده از نانوتوپ - 1- 3

های خورشیدی تا دو برابر افزایش در پیل های پفکی توانستند بازده تبدیل نور به الکتریسیته راجمعی از محققان با استفاده از کره

های بزرگتر رنگ نانومتر تهیه کردند و از کنار هم قرار دادن آنها توده 15های بسیار ریزی از اکسید روی به ابعاد دهند. آنها ابتدا دانه

پیل خورشیدی شد.نانومتر ساختند که موجب پراکنده شدن نور فرودی و طی مسافت بیشتری درون ۳00شده ای به ابعاد

های خورشیدی قابل چاپ مبتنی بر نانوفناوری پنل - 1- 4

متر است. جزء کلیدی این پنل خورشیدی، سانتی 60این نوع پنل خورشیدی به شکل یک در است که ارتفاع آن دو متر و پهانا آن

ی ذرات کند. این پنل خورشیدی به واسطهل میای آلی است که در ترکیب با نانوذرات، نور خورشید را به الکتریسیته تبدیدانهرنگ

(. تولید این پنل به رنگهای مختلف ممکن است و به 1۳88ریز به کار رفته در آن نیمه شفاف است )رحمانی اهرنجانی و همکاران،

ای ساختمان به کار تواند در نمای شیشهخاطر امکان چاپ تصاویر روی آن، به عنوان یک عنصر تزئین کننده قابل استفاده است و می

کند. رود. در این حالت هم از ورود نور مستقیم به ساختمان جلوگیری و هم از آن برق تولید می

های خورشیدینانوسلول -1- 5

الکتریسیته را دارند. می ۳0ها مواد جدیدی هستند که توانایی تبدیل نانوپولک انرژی خورشیدی به از از درصد با استفاده توانیم

ی های خورشیدی با هزینهقیمت سیلیسیومی به تولید سلولهای گرانهادیهای استفاده از نیمهناوری و در نتیجه کاهش هزینهنانوف

ی انتقال انرژی در سلول ی بیشتری بگیرند، زیرا فاصلهتوانند از انرژی خورشیدی بهرهها میچنین این سلولکمتر اقدام کنیم، هم

(. 2007شود )اگسن، ژی کمتری تلف میتر و انرخورشیدی کوتاه

ذخیره هیدروژن در نانو ذرات - 1- 6

توان به خوبی در نانوذرات ذخیره کرد. این قابلیت امکان ذخیره هیدروژن کیس بالد، محقق هلندی ثابت کرده است که هیدروژن را می

نانومتری هیدرید فلزی سدیم ۳0آورد. بالد دریافت که ذرات را برای استفاده آسان در کاربردهای متحرک )همانند خودرو( فراهم می

آالنات توانایی ذخیره سازی و رهایش مناسب هیدروژن را دارند. هیدروژن به عنوان یک محیط تمیز ذخیره سازی و انتقال انرژی

رد، موانع زیادی باید از میان برود. یکی مورد توجه قرار دارد. برای اینکه بشود از اقتصاد مبتنی بر هیدروژن به طور گسترده استفاده ک

از این موانع ذخیره هیدروژن است. عیب جذب هیدروژن در هیدرید فلزی سرعت پایین جذب و واجذب هیدروژن در هیدریدهای

از راه حل اندازه ذرات هیدرید فلزی یکی افزودن کاتالیزور تیتانیوم به فلزی است. کاهش این های ممکن برای این مشکل است.

تا ذرات اندازه کاهش امکان می 20سیستم هیدروژن کمک مؤثرتر ذخیره به امر این و کرده فراهم را غیر نانومتر فرایند کند.

هد )رحمانی اهرنجانی و سازی کاتالیزور تیتانیوم نیز مطالعه شد، زیرا این ماده سرعت جذب و واجذب هیدروژن را کاهش می فعال

(.1۳88همکاران،

کاربرد در تصفیه آب -2

های کربنی نانولوله - 2- 1




51

ای غشاهای نانولوله -1-2-1

راستا ها به طور یکنواخت همتواند برای تشکیل غشاهایی با تخلخل نانومتری و دارای قابلیت جداسازی آلودگیهای کربنی مینانولوله

-چنین نانولولهاست. همهای فیلتراسیون بسیار انتخاب پذیرتر کردهها این فیلترها را از دیگر فناوریهای نانومتری نانولوله شود. تخلخل

پایداری حرارتی و مکانیکی خوبی هستند. چندین روش برای سنتز های کربنی دارای سطح ویژه ی بسیار باال، نفوذپذیری زیاد و

شش دهی یک ویفر سیلیکونی با نانوذرات فلزی توانند به وسیله پوای میهای کربنی استفاده شده است، اما غشاهای نانولولهنانولوله

نانولوله نانواتالیست، کهموجب رشد عمودی و فشردگی بسیار زیاد از آن برای های کربنی میبه عنوان شود، ساخته شوند و پس

های کربنی را با مواد سرامیکی پر کرد.افزایش پایداری، فضای بین نانولوله

های آب را حذف کنند. این آلودگیها ی انواع آلودگیتواند تقریباً همای میکه غشاهای نانولولهدهد مطالعات آزمایشگاهی نشان می

ای برای چنین این غشاها نوید بخش برای فرایند نمک زدایی و گزینهها، ترکیبات آلی و تیرگی است. همها، ویروسشامل باکتری

اما به خاطر سطح داخلی صاف های غشاهای اسمز معکوس هستند. اگرچه تخلخل نانولوله کربنی به طور قابل توجهی کم است،

های بسیار بیشتر دارند.ها، شدت جریان بیشتر یا یکسانی نسبت به تخلخلنانولوله

یابد. ازهای کربنی پیوسته کاهش میهای جدید و بسیار مؤثر برای تولید نانولولهای با پیدایش روشی تولید غشاهای نانولولههزینه

دهند فشار مورد نیاز برای انتقال آب نسبت به فرایندهای نمک زدایی با های کربنی شدت جریان باالیی را نشان میآنجا که نانولوله

تر از اسمز معکوس ای بسیار ارزانی انرژی، نمک زدایی با استفاده از فیلترهای نانولولهیابد و به دلیل ذخیرهاسمز معکوس، کاهش می

ی مجدد از آنها بازده فیلتراسیون را تر از غشاهای متداول باشد و استفادهای بسیار بادوامرود غشاهای نانولولهانتظار می خواهد بود.

کاهش ندهد.

های مشابهی به عنوان غشاهای میکرو فیلتراسیون و اولترافیلتراسیون به کار رود. مطالعات نشان تواند در گزینهای میغشاهای نانولوله

ها ساده است و با استفاده از فرایند اولتراسونیک ی مجدد از آناند و تمیز کردن و استفادهه که این مواد بادوام و در برابر گرما مقاومداد

شوند. دقیقه تمیز می ۳0در مدت C˚121و اتوکالو در

ها نانوغربال -2-2-1

توان اند و میشود که روی بستری متخلخل و منعطف قرار گرفتهمی های کربنی جفت شده با یکدیگر تشکیل ها از نانولولهنانوغربال

کار توانایی پیچیده شدن به دور یک ساختار ای قرار داد. با اینبرای تشکیل فیلترهای شبه کاغذی آنها را روی یک بستر صاف یا لوله

های مسطح را تا توان ننانوغربال یش سطح فیلتر می چنین برای افزاآورند، همای متداول یا هر ساختار دیگری را به دست میاستوانه

اند و تحت ی قلماند؛ این فیلترها به اندازهزد. چندین نمونه فیلتر قابل حمل مبتنی بر این فناوری، برای خالص سازی آب ساخته شده

معروف هستند. water stickعنوان ابزارهای فیلتراسیون نی مانند به نام

تواند از چندین ی وسیعی از ترکیبات آلی و معدنی یا مواد زیستی استفاده کرد. این فیلتر می توان در حذف گسترهها مینانوغربالاز

water های مورد استفاده در ی کربنی ساخته شود که هر الیه قابلیت حذف نوع متفاوتی از ترکیبات را دارد. نانوغربال الیه نانولوله

stick چنین کاهش قابل توجه آرسنیک ها و همها، انگل ها، کپکها، کیستها، ویروسدرصد از باکتری 99/99حذف بیش از توانایی

های صنعتی و دیگر های چند عملکردی نیز مانند ترکیبات معدنی، اعم از فلزات سنگین، کودها، فاضالبو سرب را دارند. نانوغربال

را حذف مواد، می آلی ترکیبات با یک الیهچنین میکنند. همتوانند را از تشکیل فیلم توان فیلتر برای جلوگیری باکتری ی ضد

بیولوژیکی پوشاند.




52

ها، ها در مقایسه با دیگر ابزارهای فیلتراسیون که دارای همان اندازه تخلخل هستند، به دلیل خواص انتقال جرم سریع نانولولهنانوغربال

کنند. ن مناسبی را تأمین می بدون استفاده از فشار، شدت جریا

های دیگر نانوفیلتراسیونروش - 2- 2

فیلتر آلومینای نانولیفی -1-2-2

اند. نانوالیاف آلومینا سطح بیشتری نسبت به ای تشکیل شدهی شیشههای نانو لیفی از نانوالیاف آلومینا با بار مثبت روی الیهجاذب

ها و کلوئیدهای ها، باکتریهای باردار منفی از قبیل ویروستر آلودگید که باعث جذب سریعالیاف متداول دارند و بار مثبت باالیی دارن

شود.آلی و غیر آلی می

و کدری را رفع DNAها، ها، ترکیبات آلی طبیعی، انگلها، ویروسدرصد از باکتری 99/99فیلترهای آلومینای نانولیفی بیش از

ها، مواد رادیواکتیو و فلزات سنگین از قبیل ارسنیک، کرم و سرب را دارند. صد از نمکدر 9/99کنند. همچنین قابلیت جذب می

دهد. فیلتر به طور متوسط کارتریج فیلترهای نانوسرام آلومینای نانولیفی دارای طراحی تاخورده است که سطح آنها را افزایش می

ی تواند از فناوری کاغذسازی تولید شود، هزینهاین فیلترها می مقاومت عملکردی باالیی نسبت به غشاهای بسیار متخلخل دارد. چون

تولید ارزانی دارند.

های پیشین یا پسین، تمیز کردن، شارژ مجددفیلتر یا از بین بردن مواد زائد خطرناک نیاز ندارند. این فیلترهای نانوسرام به تصفیه

های اده از مواد گندزدای شیمیایی یا مواد منعقد کننده، حتی در آبفیلترها همزمان ترکیبات شیمیایی و بیولوژیکی را بدون استف

توانند پودرهای بسیار ریز فلزی حذف شده را برای کاربردهای صنعتی بازیافت کنند. این فیلترها حتی میشور بسیار کدر حذف می

کنند.

نانوالیاف جاذب جریان -2-2-2

های شیمیایی و یک الیه ی جاذب برای حذف آلودگیها، یک الیهحذف چرک ی پش فیلتراسیون برایاین فیلتر شامل یک الیه

ها، سلولز، آلومینا و دیگر ها، سرامیکدوست، رزینها و ذرات کلوئیدی است. نانوالیاف از چندین پلیمر آبنانوالیاف برای حذف آلودگی

ها، درصد از باکتری 99رسی است. این فیلترها بیش از های خانگی و شهری قابل دستشوند. این فناوری در مقیاسمواد ساخته می

کند. های شیمیایی را حذف می های آلی و آلودگیها، آلودگیها، انگلویروس

هاها و دیگر جاذبای، رسهای نانوحفرهسرامیک - 2- 3

ایغشای سرامیکی نانوحفره -1-۳-2

اند از نانوپودرهای سرامیکی روی مواد پایه از قبیل آلومینا تشکیل شده Nanoporeای به نام طرحی از فیلترهای سرامیکی نانوحفره

ها، شوند. این فیلترهای غشایی باکتریای و مسطح تحت فرایندهای پیوسته ساخته میهای متفاوت و به دو شکل لولهو در اندازه

کنند. ها را به طور مؤثر از آب حذف میها و قارجویروس

های فیلتراسیون شامل حفظ، جایگزینی فیلترها، تمیز هنگامی که تمام هزینهNanopore راسیون غشاییهای فیلتتولید سیستم

های عملیاتی با مواردی از قبیل طول عمر بیشتر، پایداری بیشتر و تمیز کردن کمتر همراه شود، از نظر هزینه کردن عوامل و هزینه




53

گردد. از نظر مصرف این فیلترها با توجه به خواص ضد رسوبی بسیار شدید خود نیاز به تمیز با فیلترهای پلیمری قابل رقابت می

صطکاک، اسید و بازهای غلیظ شده، دمای باال و اکسیداسیون مقاوم هستند.کردن مکرر ندارند. این فیلترها نسبت به ا

های مزوپروسهای خودآرا روی الیهتک الیه-2-۳-2

از مواد سرامیکی یا شیشه از مولکولها میاست. به طوری که تک الیهای با تحلحل نانومتری شکل گرفتهاین فناوری توانند به ای

ها های خاصی را دارند. این تک الیهالیه و الیه مزوپروس، قابلیت برنامه ریزی شدن برای حذف آلودگییکدیگر متصل شوند. تک

اند. برای تر، ظرفیت باالتر و انتخاب پذیری بهتری را از خود نشان دادههای دیگر، حذب سریعنسبت به بسیاری از عشاها و فناوری

از آب آشامیدنی، آبحذف آلودگی 9/99ها حدود اند. این تک الیههای صنعتی طراحی شدهزیرزمینی و فاضالب های های فلزی

توان آنها را برای جذب فلزات کند. میدرصد از جیوه، سرب، کروم، آرسنیک، کادمیوم، فلزات پرتوزا و دیگر سموم فلزی را جذب می

های زیستی یا آلی کند. برای حذف آلودگیحذف نمیخاصی برنامه ریزی کرد، ولی برخی ففلزات از قبیل کلسیم، منیزیم و روی را

هم مؤثر نیستند.

آرسنکس -۳-۳-2

آب آهن اکسید نانوذرات از متشکل جذب رزین یک دیگر آرسنکس و آرسنیک حذف برای و است پلیمری بستر یک روی دار

کنند. آرسنکس تری فراهم میجذب سریع ی باال، ظرفیت بیشتر و سینتیکرود. نانوذرات سطح ویژههای فلزی به کار میآلودگی

های صنعتی و شهری بزرگ طراحی است. آرسنکس موادی از قبیل آرسنیک، قابل طراحی برای کاربردهای مصرفی کوچک یا استفده

های یزیم یا آلودگیها، فلوریدها، کلریدها، سدیم، منها، کربناتکند اما سولفاتوانادیوم، اورانیوم، کروم، آنتموان و مولیبدن را حذف می

کند. زیستی را حذف نمی

ماه ۳شود و متناب با سطح آلودگی، بعد از این فیلتر نیاز به پیش تصفیه یا پس تصفیه ندارد و گاهی با محلول سود سوزآور احیا می

گراد عمل درجه سانتی 80ا ت 1ی دمایی تواند در گسترهدهد. از نظر حرارتی بادوام است و میسال خاصیت خود را از دست میتا یک

کند.

ای سیکلودکسترین پلیمر جفره -4-۳-2

های آلی را توانند آلودگیای تشکیل شده است. این ذرات میهای استوانهسیکلودکسترین ترکیبی پلیمری است که از ذراتی با حفره

ک برای استفاده در ابزارها و کاربردهای متفاوت تولید ای یا الیه نازتوان به صورت پودری، دانهحدا کنند. پلیمر سیکلودکسترین را می

می استقاده مصرفی آب تصفیه برای سیکلودکسترین پلیمر همکرد. و میشود تصفیهچنین برای آن از آبتوان درجای های ی

های شیمیایی آلی و نفتی به کار برد. زیرزمینی یا پاکسازی فاضالب

های حاوی ها و آلودکی های پپلی آروماتیک، فلورینهای آلی شامل بنزن، هیدروکربنگیی وسیعی از آلودسیکلودکسترین گستره

دهد، در کاهش می pptها را تا حد ها و بسیاری دیگر را حذف کند. سیکلودکسترین این آلودگینیتروژن، استن، کودها، آفت کش

زئولیتحالی و فعال آلودگیکه کربن این تا حد ها را م ppmها با 100چنین دهند. همیکاهش فعال از کربن بیش مرتبه هزار

می پیوند آلی دادهترکیبات نشان پایین آلودگی غلظت با آب برای را یکسانی حذف بازده و همدهد پلیمر است. تولید چنین

گریز است، دوست و هم آبتوان آن را مستقیماً از نشاسته تولید کرد. پلیمر سیکلودکسترین هم آبسیکلودکسترین ارزان است و می

ها به کار رود. پلیمر گاهی به احیا با استفاده از یک الکل ساده مانند تواند بدون استفاده از فشار برای جذب آب از میان تخلخللذا می




54

محصوالت صنعتی ها و کشتواند بعد از احیا، برای کودها، آفتکند، میهایی کهجذب می متانول یا اتانول نیاز خواهد داشت. آلودگی

دیگر بازیافت شود.

ی کربنینانولوله -های پلی پیروننانوکمپزیت -5-۳-2

از نانولولهاین نانوفیلتر یک غشای نانوکامپزیتی شامل الیه از یک پلیمر جاذب موسوم به پلی پیرون روی ماتریسی های ی نازکی

های دیگر که به احیای شیمیایی نیاز دارند این بر خالف جاذب است.دهند، کربنی که سطح مخصوص و پایداری غشا را افزایش می

ها، سزیم، توانند پرکلراتی کربنی با بار مثبت هستند و میشوند. غشاهای پلی پیرون دارای نانولوله غشاها به طور الکتریکی احیا می

تواند نمک طراحی شوند. از آنجا که پلی پیرونمی توانند برای حذف چنین میهای باردار منفی را جذب کنند. همکروم و دیگر آلودگی

کند. این غشاها غابل استفاده به طور منفی باردار شود، بنابراین این غشا ذرات باردار مثبت از قبیل کلسیم و منیزیم را حذف می

های قال جرم سریع نانولولهچنین به خاطر ویژگی انتدهند. هممجددند و پس از صد دوره استفاده، اندکی بازده خود را ازدست می

کربنی شدت جریان باالیی دارند.

های جذب گردد و آلودگی کنند. با به کارگیری جریان الکتریکی، بار پلیمر خنثی میهای ثانویه خطرناک تولید نمیاین غشاها آلودگی

اً استفاده شود.تواند دوباره باردار و مجددها، پلیمر می شوند. با حذف آلودگیشده، از غشا آزاد می

هازئولیت - 2- 4

ای جهت تشکیل ها مواد جاذب با ساختار شبکهسنگ و ترکیبی هستند. زئولیتهای طبیعی، مصنوعی، زغالها شامل زئولیتزئولیت

ب یا شوند و به عنوان جاذهای سیلیکون آلومینیوم یا زغال سنگ ساخته میهای مصنوعی معموالً از محلولتخلخل هستند. زئولیت

زئولیتابزار تعویض یونی در کارتریج یا فیلترهای ستونی به کار می های فلزی به کار ها به طور متداول برای حذف آلودگی روند.

ای از فلزات سنگین شامل سرب، مس، روی، کادمیوم، نیکل و نقره توانند گسترههای ساخته شده از زغال سنگ میروند. زئولیتمی

ها متأثر از کنند. ظرفیت جذب زئولیتچنین تحت شرایط خاصی کروم، آرسنیک و جیوه را جذب می ب کنند. همرا از آب آلوده جذ

هاست. با توجه به جذب آسان سرب و مس در زغال سنگ، غلظت باالی این فلزات مقدار آب و غلظت انواع آلودگی pHترکیبشان،

ها ، بازده را در مقابل میکروارگانیسمها شامل باکتریAGIONولیت نقره دهد. ترکیبات زئکادمیوم و نیکل حذف شده را کاهش می

های آلی را به قدر کافی حذف کند. تواند آلودگیدهد. زئولیت نمیها ارتقا میو کپک

های زغال یتشود. در مورد زئولتوانند تصفیه کنند، وابسته به منبع زئولیت و ابزاری است که استفاده می ها میمقدار آبی که ئولیت

دهد. سنگ، محتوای کربن این ماده به طور قابل توجهی سطح مخصوص و در نتیجه ظرفیت جذب زئولیت را تحت تؤثیر قرار می

ها گاهی به احیا با یک محلول تواند ارزان تولید شود. زئولیتها به طور طبیعی و فراوان در دسترس است، میچون منبع زئولیت

های دهد مقادیری از آلودگیهای زغال سنگ ممکن است مشکل ساز باشد، زیرا مطالعات نشان میرف زئولیتاسیدی نیاز دارند. مص

های زیرزمینی توانند از زغال سنگ بگذرند و موجب آلودگی خاک، آبها میسرب، کادمیوم، کرم، مس، جیوه، روی و دیگر آلودگی

های بیولوژیکی مکرر دارند، زیرا پوشش ضد باکتری نقره از تشکیل آلودگی نیاز به پاک سازی AGIONشوند. ترکیبات زئولیت نقره

شود. های شیمیایی مرتفع میکند و در این صورت نیاز به ذخیره سازی و مصرف احیا کننده روی فیلتر جلوگیری می




55

کاربردهای دیگر نانوفناوری در صنعت آب - 2- 5

فلزات سنگین از پسابها استفاده از فناوری نانو برای جذب -1-5-2

های سمی را داراست. نوع جدیدی از نانومواد با نام سیلیس نانوساختاری تولید شده است که ویژگیهای موردنیاز برای حذف آالینده

ی آن اتصال لیگاندهای آلیاین ماده با دارا بودن مساحت سطحی باال و حفرات معمول، پس از یک فرآیند عامل دار کردن که نتیجه

شود کند تا فلزات سنگین را از پسابها استخراج کند. این قابلیت همچنین موجب میمختلف به سطح آن است این قابلیت را پیدا می

که این ماده به یک حسگر حساس برای تشخیص این فلزات سنگین تبدیل شود؛ طراحی سیلیس عامل دار ساختاری بر اساس

ها بهترین های زیستی در سلول زنده دارند. با بررسی این واکنشسنگین با برخی از مولکولالگوبرداری از واکنشی است که فلزات

آن به فلزات این که عاملی میگروه متصل میها شناسایی میشود نتیجه در و گروهشود این سیلیس توان روی را عاملی های

فاده از انواع مختلفی از سیلیس و تغییر آنها با مرکاپتومتیل نانوساختاری متصل کرد. در ادامه از طریق تولید مواد جدیدی با است

آوری سرب و روی آماده کنند. همچنین این مواد قابلیت ای در ویژگهای جذبی سیلیس ایجاد و آنها را برای جمعتیازول بهبود عمده

ن بازیافت و استفاده کرد که این امر تواچندین بار جذب و سپس رها سازی فلزات سنگین را دارند. همچنین مواد جذب شده را می

های اقتصادی برای صنعت و جامعه از اهمیت باالیی برخوردارد است. در بحث

جیوه زدایی از آب -2-5-2

عامل دار شده بودند برای جیوه زدایی از آب استفاده کردند. تک (SH)های تیول ای که با تک الیههای نانوحفرهمحققان از سرامیک

ها از سنگی کاربرد دارند. این نیروگاه های زغالهای نیروگاهای در تصفیه فاضالبخودسامان تیول روی سیلیکای میان حفره هایالیه

می شمار به جیوه آلودگی اصلی نیروگاه منابع پساب پاکسازی بر عالوه جدید ماده زغال روند. میهای تصفیهسنگ، در ی تواند

پزشکی نیز به کار رود. باتری و مصارف دندانپسماندهای رادیواکتیو، تولید

تصفیه آب به کمک نانوذرات -2-5-۳

تواند به ها و استخرهای شنا میکند. به کارگیری این نانوذرات در حوضچههای آبی جذب می نانوذرات النتانیوم فسفات را از محیط

ها قابل استفاده سازد. تحقیقات جلوگیری کند و آب را تا مدتها طور مؤثری فسفات موجود را از بین ببرد و در نتیجه از رشد جلبک

های زیرزمینی استفاده شود. های آلوده و آب تواند به عنوان ابزاری مناسب برای پاک سازی خاکدهد که نانوپودرها مینشان می

ها و تتراکلرید کربن، دی اکسیننانوذرات آهن موجب اکسید شدن و درهم شکستگی ترکیبات آلوده کننده مانند تری کلرواتیلن،

PCB های کنند. برای اغلب فلزات سنگین در آب از روششوند و آنها را به ترکیبات کربنی با سمیت بسیار پایین تبدیل میها می

شکل های بسیار سمی است که هم به طور طبیعی و هم بهشود. آرسنیک از آالیندهجذب روی پلیمرها یا ذرات افزودنی استفاده می

شود. در سطح جهان آمار مسمومیت با آرسنیک بسیار باالست و در کشورهای در حال توسعه های شهری باعث آلودگی آب میپساب

های تصفیه استفاده شده ی اصلی سیتمشود. نانوبلورهای مغناطیسی به عنوان هستهمانند بنگالدش یک فاجعه بهداشتی تلقی می

تنه نه آهنی معدنی سطوح انندازه است. انتخاب با بلکه دارند، آرسنیک جذب به شدیدی تمایل میا مناسب ذرات ی این توان

ی آهن را در جذب آرسنیک دارند. در مغناطیسی را با جداسازی مغناطیسی از آب جدا کرد. نانوذرات مغناطیسی همان کارایی توده

شود. ن این ماده در کنار نانوذرات، جدا کردن آنها سخت میواقع ظرفیت جذب آرسنیک آن باالتر است و حتی به محض قرار گرفت




56

پایین pHهای بسیار کارآمدی برای آرسنیک به ویژه در دهد که نانوذرات مغناطیسی جاذبدر نظر گرفتن تمام این نتایج نشان می

ند.ک آوری آرسنیک فراهم می هستند و خاصیت جذبی غیر قابل برگشت آنها مخزن مناسبی را برای جمع

شیرین سازی آب به وسیله نانوغشاها -۳-5-۳

شود. تر گاز و مایع فرا هم میاند که به کمک آنها امکان جداسازی ارزانهای کربنی ساخته شدههایی از جنس نانولولهغشاهایی با حفره

از غشایی دارای سوراخدر روش جداسازی غشایی، آب شور داغ را روی ورقه نازکی نانوحفره میهای ریز ی به این موسوم ریزند.

ماند. در طرف تواند از آنها عبور کند و آب، مایع، نکها و مواد معدنی دیگر در پشت غشا می ها آنقدر کوچکند که تنها بخار میحفره

شود. ای از آب سرد قرار دارد که بخار با عبور از آن دوباره مایع میدیگر محفظه

فوتوکاتالیست - 2- 6

تعریف، مزایا و معایب - 1-6-2

ها فتوکاتالیست .است واکنش شیمیایی یک شدت بخشیدن به همراه با هم در کاتالیست و نور بیانگر نقش فتوکاتالیست اصطالح

میانی ترکیبات تولید های معمول،کاتالیست در که تفاوت باشند. با اینتسریع کننده واکنش می واکنش یک در هاکاتالیست همانند

در که شودمی ایجاد حفره -الکترون جفت یک نور تابش بر اثر فتوکاتالیست در کهحالی در شودمی واکنش تسریع باعث مناسب

شوند های فعال در نور تعریف میها به عنوان کاتالیستبه بیان دیگر فتوکاتالیست .شودمی واکنش تسریع موجب کرده، شرکت واکنش

(. از مهمترین اجزای فرایند فوتوکاتالیستی، 2015های شیمیایی دارند )خان و همکاران، نقش مهمی در بهبود سرعت واکنشکه

پذیری باال و سطح ویژه، راندمان های مختلف خاص از قبیل واکنش های ساختار نانو، به دلیل ویژگیکاتالیست است. فوتوکاتالیست

برای تحریک واکنش نورانی در "معرف"ر به عنوان در فناوری فوتوکاتالیستی، نو باالیی در فرایند فتوکاتالیتیک در تصفیه آب دارند.

های آلی، آنتی بیوتیک ها ( و عملکرد گزارش شده شامل تخریب رنگ2018شود )مرزو و همکاران، حضور فوتوکاتالیست استفاده می

بولیت های سمی آن ها و متا(، از بین بردن سیانوباکتری2018های معدنی بی ضرر )اقبالی و همکاران، و آفت کش ها به مولکول

بهره2018است)سانگ و همکاران، اول، از فناوری فوتوکاتالیستی وجود دارند. عملی استفاده این حال، برخی موانع در با وری (.

فوتوکاتالیستی به دلیل محدود بودن مناطق واکنش پذیر در فوتوکاتالیست رضایت بخش نیست. نانو ذرات فوتوکاتالیستی کوچک در

( و در نتیجه کارایی 2010هستند، که باعث کاهش سطح قابل تابیدن توسط نور آکتینیک می شود )شان و همکاران، معرض تجمع

کند. های پودری محلول آلوده از استفاده از فوتون جلوگیری میگذاری فوتوکاتالیستدهد. دوم، رسوبفوتوکاتالیستی را کاهش می

های قابل استفاده متر نفوذ کند، که مقدار فوتون 5/0تواند از طریق آب به عمق ا بنفش میاز اشعه ماور ٪1از نور مرئی و ٪20فقط

دهد )ژینگ و ها را کاهش میدهد و در نتیجه تخریب نوری اکثر فوتوکاتالیستها را تا حد زیادی کاهش می توسط فوتوکاتالیست

کنند، که در استفاده از آنها در سیستم سیاالت مشکل تی رسوب میهای پودری به راح( عالوه بر این، فوتوکاتالیست2018همکاران،

کند. عالوه بر این، احیای فوتوکاتالیست پودری پس از استفاده نیز محدود است. اگرچه از فناوری جداسازی فاز برای جمع ایجاد می

گیر و کارایی آن پایین است این فرایند وقت شود، اماای استفاده میهای پودری پس از استفاده به طور گستردهآوری فتوکاتالیست

است.

ها پس از استفاده نیز ممکن است منجر به آلودگی ثانویه شود )جِی بلی و حال، تفکیک و بازیافت ناکافی فوتوکاتالیستدر همین

.(2019، پور و همکاران؛ ملک2018همکاران،




57

فوتوکاتالیست شناور: یک راهکار برای حل مشکل - 1-6-2

-(. فوتوکاتالیست2018برای حل مشکالت فوتوکاتالیست پودری، توسعه فوتوکاتالیست شناور فوری و ضروری است)وانگ، و همکاران،

وری کوانتومی نور باال، توانایی پراکندگی ای شناور دارای مزایای اکسیژناسیون فوتوکاتالیستی در حد فاصل هوا/ آب همراه با بهرهه

(. بیشتر 2016؛ ژیو و همکاران، 2019های غیر هم زده هستند )دالپنته و همکاران، به ویژه برای سیستم خوب و سهولت بازیافت،

وزن، عمدتا مبتنی بر سیلیکات، قابلیت شناور شدن را بدست های ریز سبکهای شناور گزارش شده با استفاده از حامل فوتوکاتالیست

های مبتنی بر پلیمر مصنوعی بر فوتوکاتالیست های مبتنی بر سیلیکات، فوتوکاتالیست (. عالوه 201۳آورند )ژانگ، کیو و همکاران، می

( و پلی )متیل متاکریالت( )صالبت و 2018استایرن )وایانو و همکاران، ( پلی2018پروپیلن )ژینگ و همکاران، نیز با استفاده از پلی

شوند. د فوتو اکتیو یا روی سطح یا در توده حامل پلیمر آغشته میاند که در آن موا( به عنوان حامل بررسی شده2015میرحسینی،

های زیست محیطی ایجاد کرده است. با این حال، استفاده از پلیمرهای طبیعی برای ساختن ناپذیری حامل های پلیمری نگرانیتجزیه

سازگارسیستم جایگزین یک هستند، بازیابی قابل راحتی به که شناور فوتوکاتالیست )ژیان های است زیست محیط و -با هانگ

(.2020همکاران،

ای مشتق شده و شامل پلیمرهای توأم خطی حاوی آلژینات یک پلیمر آنیونی طبیعی است که به طور معمول از جلبک دریایی قهوه

(. آلژینات به دلیل 2012است )لی و مونی، α-l-guluronate (G)( و (β-d-mannuronate( متصل به بقایای 1،4های )بلوک

، مورد توجه قرار گرفته است، در نتیجه استفاده از آن را برای Ca 2+ژل شدن مالیم خود با افزودن کاتیونهای دو ظرفیتی مانند

لپنته و همکاران (. دا2019و همکاران، کند )دایحرکت سازی فتوکاتالیستهای مختلف در شرایط آرام و ایمن امکان پذیر میبی

2TiO( استفاده از یک عامل تشکیل گاز برای بستر آلژینات، به منظور کاهش تراکم دانه های هیدروژل آلژینات کلسیم 2019)

فوتوکاتالیستی سنتز شده برای دستیابی به عملکرد شناوری را گزارش کرده اند. با این حال، این روش به دلیل محدودیت شرایط

شوند. ها در کل حامل جاسازی شده و توزیع میبرای چند فوتوکاتالیست مناسب است. عالوه بر این، فوتوکاتالیست سنتز اسیدی، فقط

های جاسازی شود فوتوکاتالیستدهد و باعث میهای هیدروژل رخ میی سطحی دانهبه دلیل انتقال کم نور، فتوکاتالیز عمدتاً در الیه

( به ترتیب نیمه هادی از نوع 4N3C-g( و نیتریدهای کربن گرافیتی )BiOClرید بیسموت )شده غیرقابل دسترسی شوند. اکسی کل

p وn ،(. 2019ذاتی هستند )لی و همکارانBiOCl های برانگیخته دارای باند خالی گذار غیرمستقیم است که ترکیب مجدد الکترون

کرد (. با این حال، فضای خالی باند گسترده آن منجر به عمل2019 اندازد )وانگ و همکاران،ها را تا حدّ زیادی به تأخیر میو حفره

( دارای خاصیت eV 2.7کربن باند باریک )- Nبه عنوان یک فتوکاتالیست 4N3C-gشود. ضعیف فوتوکاتالیستی در زیر نور مرئی می

پایداری شیمیایی مناسب است. با این و ای توده 4N3C-gجود، فعالیت نوری فوتوکاتالیستی قابل قبول، هزینه آماده سازی کم و

و کوچک، هنوز مطلوب نیست )سان های الکترونیکی ایجادشده در نور و سطح ویژههنوز به دلیل سرعت باالی ترکیب جفت حفره

های گاه بعدی دارای منطقه رابط خاص بیشتری است که جای 2ای مربوطه، نانو الیه فوق نازک (. در مقایسه با مواد توده2019همکاران،

های تولید شده در نور رابط کند، حمل الکترون را در امتداد صفحه تقویت کرده و فاصله انتقال الکترونواکنش بیشتری را فراهم می

عملکرد 4N3C-type g-nو type BiOCl-p(. بنابراین، هر دو نانو صفحه 201۳داده است )یانگ و همکاران، واکنش را کاهش

اند. های اصلی خود افزایش دادهسبت به نمونهفوتوکاتالیستی را ن




58

گیری. نتیجه2فناوری نانو می تواند به عنوان یک فناوری سبزدر تخریب و دگرگون سازی انواع آالینده های محیط زیست و نیز بهبود کیفیت و

توان با استفاده از آن بسیاری از آالینده های انرژی به کار رود. برجسته ترین ویژگی فناوری نانو در این است که می کارایی سیستم

های سمی و خطرناک را که به راحتی حذف نمی شوند بدون تولید محصوالت جانبی خطرناک از بین برد. نانو موادی که به عنوان

و به علت باال کاتالیست، جاذب، غشا و غیره استفاده می شوند، دارای فعالیت و حساسیت باال و در نتیجه کارایی بهتری می باشند

بودن سطح ویژه آنها، به مقدار کمتری از آنها برای انجام فرایند نیاز است. استفاده از نانو فوتو کاتالیست ها نه تنها آلودگی را حذف

ر و به دلیل کارایی باالی فوتو کاتالیست های نانو ساختا کند.می کند، بلکه آن ها را به محصوالت سازگار با محیط زیست تبدیل می

در بحث انرژی فناوری نانو بخصوص در یابد.امکان بازیافت و استفاده مجدد آنها در فرایند های پیوسته و ناپیوسته، هزینه کاهش می

های خورشیدی با بازده بهتر قابل استفاده است. ها و سلولتولید پنل

مراجع • ( اسراری،الهام. گلتاب.، نژاد، نیترات 1۳95عواطفی حذف بررسی آبی (. سنبل توسط پاالیی گیاه فرایند در آبی محیط از

(Eichhornia crassipes .)151-141( ، 2) 12. تحقیقات منابع آب ایران .

ای بر نانوفناوری. (. مقدمه1۳88شکروی، مریم. ) پور آرانی، علی.، رحمانی اهرنجانی، رامین.، قربان •• Aagesen, M.,Johnson,E., Claus, B., Sørensen., Mariager,S.O., Feidenhans'l, R., Spiecker, E., Nygård,

J., & Erik Lindelof, P. (2007). Molecular beam epitaxy growth of free-standing plane-parallel InAs

nanoplates. Nature nanotechnology, 2, pages 761–764.

• Dai, J. G., Tian, Q. F., Sun, Q. Q., Wei, W. K., Zhuang, J. D., Liu, M. Z., et al. (2019). TiO2- alginate

composite aerogels as novel oil/water separation and wastewater remediation filters. Composites Part

B-Engineering, 160, 480–487.

• Dalponte, I., de Sousa, B. C., Mathias, A. L., & Jorge, R. M. M. (2019). Formulation and optimization

of a novel TiO2/calcium alginate floating photocatalyst. International Journal of Biological

Macromolecules, 137, 992–1001.

• Eghbali-Arani, M., Sobhani-Nasab, A., Rahimi-Nasrabadi, M., Ahmadi, F., & Pourmasoud, S. (2018).

Ultrasound-assisted synthesis of YbVO4 nanostructure and YbVO4/CuWO4 nanocomposites for

enhanced photocatalytic degradation of organic dyes under visible light. Ultrasonics Sonochemistry, 43,

120–135.

• Jbeli, A., Hamden, Z., Bouattour, S., Ferraria, A. M., Conceicao, D. S., Vieira Ferreira, L. F., et al.

(2018). Chitosan-Ag-TiO2 films: An effective photocatalyst under visible light. Carbohydrate Polymers,

199, 31–40. • José Gonz lez-Garcia J., Saez V., Tudela i., Diez-Garcia M.I., Deseada Esclapez M. & Louisnard O.,

(2010). Sonochemical Treatment of Water Polluted by Chlorinated Organocompounds, A Review.

Water, 2(1), 28-74.

• Kabra, K., Chaudhary, R.,& Sawhney, R.L.( 2004). Treatment of hazardous organic and inorganic

compounds through aqueous-phase photocatalysis: A Review. Ind. Eng. Chem. Res, 43, 7683-7696.




59

• Khadgi, N. , Upreti, A.R. , Li, Y. , (2017). Simultaneous bacterial inactivation and degradation of an

emerging pollutant under visible light by ZnFe 2 O 4 co-modified with Ag and rGO. RSC Adv. 7 (43),

27007–27016.

• Khan, M. R., Chuan, T. W., Yousuf, A., Chowdhury, M. N. K., Cheng, C. K. (2015). Schottky barrier

and surface plasmonic resonance phenomena towards the photocatalytic reaction: study of their

mechanisms to enhance photocatalytic activity. Catalysis Science & Technology, 5(5), 2522-2531.

• Lee, K. Y., Mooney, D. J. (2012). Alginate: Properties and biomedical applications. Progress in Polymer

Science, 37, 106–126.

• Li, S. J., Chen, J. L., Liu, Y. P., Xu, K. B., Liu, J. S. (2019). In situ anion exchange strategy to construct

flower-like BiOCl/BiOCOOH p-n heterojunctions for efficiently photocatalytic removal of aqueous

toxic pollutants under solar irradiation. Journal of Alloys and Compounds, 781, 582–588.

• Mallakpour, S., Behranvand, V., & Mallakpour, F. (2019). Synthesis of alginate/carbon nanotube/carbon

dot/fluoroapatite/TiO2 beads for dye photocatalytic degradation under ultraviolet light. Carbohydrate

Polymers, 224, 115138.

• Martens, S., & Eggers, T. Evertz. (2009). Applications of Nanomaterials in Environmental Protection.

Golder Associates GmbH, Celle. Project No. (FKZ) 3707 61 301/05.

• Marzo, L., Pagire, S. K., Reiser, O., & Konig, B. (2018). Visible-light photocatalysis: Does it make a

difference in organic synthesis? Angewandte Chemie-International Edition, 57, 10034–10072.

• Rostami, j. (2007). Convective heat transfer in a wavy channel utilizing nanofluids. jornal of Enhanced

heat transfer. 14 (4), 333-352.

• Salabat, A., & Mirhoseini, F. (2015). Applications of a new type of poly (methyl methacrylate)/TiO2

nanocomposite as an antibacterial agent and a reducing photocatalyst. Photochemical & Photobiological

Sciences, 14, 1637–1643.

• Shan, A. Y., Ghazi, T. I. M., Rashid, S. A. (2010). Immobilisation of titanium dioxide onto supporting

materials in heterogeneous photocatalysis: A review. Applied Catalysis A, General, 389, 1–8.

• Song, J. K., Wang, X. J., Ma, J. X., Wang, X., Wang, J. Y., Zhao, J. F., et al. (2018b). Visible-light-

driven in situ inactivation of Microcystis aeruginosa with the use of floating g-C3N4 heterojunction

photocatalyst: Performance, mechanisms and implications. Applied Catalysis B, Environmental, 226,

83–92.

• Sun, H. , Li, G., Nie, X., Shi, H. , Wong, P.-.K., Zhao, H., An, T.,(2014). Systematic approach to in-

depth understanding of photoelectrocatalytic bacterial inactivation mechanisms by tracking the

decomposed building blocks. Environ. Sci. Technol. 48 (16), 9412–9419.

• Sun, L. Q., Li, B., Chu, X. Y., Sung, N., Qu, Y., Zhang, X. L., et al. (2019). Synthesis of Si Obridged

g-C3N4/WO3 2D-heterojunctional nanocomposites as efficient photocatalysts for aerobic alcohol

oxidation and mechanism insight. ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 7, 9916–9927.

• Vaiano, V., Matarangolo, M., Sacco, O. (2018). UV-LEDs floating-bed photoreactor for the removal of

caffeine and paracetamol using ZnO supported on polystyrene pellets. Chemical Engineering Journal.

350, 703–713.

• Wang, L., Lv, D. D., Dong, F., Wu, X. L., Cheng, N. Y., & Scott, J. (2019). Boosting visible-light-

driven photo-oxidation of BiOCl by promoted charge separation via vacancy engineering. ACS

Sustainable Chemistry & Engineering, 7, 3010–3017.

• Wang, W., Li, G. , An, T. , Chan, D.K.L. , Yu, J.C. , Wong, P.K. ,(2018). Photocatalytic hydrogen

evolution and bacterial inactivation utilizing sonochemical-synthesized g-C3 N4 /red phosphorus hybrid

https://www.dl.begellhouse.com/journals/4c8f5faa331b09ea,5057bc967ecda5be,2dadcbc7042be7c7.html




60

nanosheets as a wide-spectral-responsive photocatalyst: the role of type I band alignment. Applied

Catalysis B: Environmental, 238, 126–135 .

• Wang, W., Li, G., Xia, D., An, T., Zhao, H., Wong, P.K., (2017). Photocatalytic nanomaterials for

solar-driven bacterial inactivation: recent progress and challenges. Environmental Science: Nano. 4 (4),

782–799 .

• Xian-Hang Huang., Tian Hu., Huaitian Bu., Wei-Xiong Li., Zeng-Lin Li ., Han-Jian Hu., Wen-Zhao

Chen., Min-Zhao Lin ., Yongtao Li ., Gang-Biao Jiang., (2020). Transparent floatable magnetic alginate

sphere used as photocatalysts carrier for improving photocatalytic efficiency and recycling convenience.

Carbohydrate Polymers, 254, 117281

• Xing, Z. P., Zhang, J. Q., Cui, J. Y., Yin, J. W., Zhao, T. Y., Kuang, J. Y., et al. (2018). Recent advances

in floating TiO2-based photocatalysts for environmental application. Applied Catalysis B,

Environmental, 225, 452–467.

• Xue, H. B., Jiang, Y., Yuan, K. C., Yang, T. T., Hou, J. H., Cao, C. B., et al. (2016). Floating

photocatalyst of B-N-TiO2/expanded perlite: A sol-gel synthesis with optimized mesoporous and high

photocatalytic activity. Scientific Reports, 6, 29902.

• Zhang, J., Cui, H., Wang, B., Li, C., Zhai, J. P., Li, Q., et al. (2013). Fly ash cenospheres supported

visible-light-driven BiVO4 photocatalyst: Synthesis, characterization and photocatalytic application.

Chemical Engineering Journal, 223, 737–746.




61

Nanotechnology and sustainable development with application in energy and

water

Asma Jamialahmadi1, Mahmoud Hajiani2, Mohammad hodein sayadi2 1- PhD student in Environmental Sciences and Engineering, Department of Environment,

Birjand University

2- Department of Environment, Faculty of Natural Resources and Environment, Birjand

University

Abstract

Today, achieving sustainable development has received a lot of attention at the community level, especially

government officials and the scientific elitse of society. On one hand, due to the increasing population

growth and as a result over-exploitation of limited water resources, and water pollution due to various

biological, agricultural and industrial activities of mankind on the other hand, today the issue of water

quality has become an important challenge in society and the conservation of water resources, the most

vital liquid that human beings need, has received increasing attention. Achieving of water in desired amount

and quality for all its applications is critical to achieving sustainable development. Another important issue

in the field of sustainable development and environmental protection is the issue of energy supply to human

societies without adverse effects on the environment or with minimal adverse effects on the environment . Therefore, one of the main strategies in achieving sustainable development is to improve the efficiency of

energy systems and increase the quality of water used in various sectors of drinking, agricultural and

industrial. This article reviews the impact of nanotechnology on sustainable development by reviewing a

number of studies and works in the field of application of nanotechnology and nanostructures in the energy

and water industry.

Keywords: nanotechnology, water treatment, heavy metals, pollution, energy.




62

ترمودینامیک جذب کادمیوم توسط نانورس

شهریاری تکتم

[email protected] ، استادیار دانشکده محیط زیست، پردیس دانشکده های فنی، دانشگاه تهران، تهران، ایران

چکیده واسطه جلوگیری از بازیافت یون های فلزی از فاضالب های صنعتی از نظر اقتصادی و هم از نظر زیست محیطی به

جذب کادمیوم از تحقیق ترمودینامیک این در تاثیر فلزات سنگین سمی بر موجودات مورد توجه قرار گرفته است.

نانومتر بود. 18/1فاضالب باتری سازی توسط نانورس مورد بررسی قرار گرفت. سایز نانو رس به کار رفته در آزمایش

از یکی از رفته کار به برای جذب فاضالب نانورس تهیه گردید. سپس شهریار اطراف باتری سازی کارخانه های

منظور مطالعه ترمودینامیک فرآیند جذب توسط جاذب کادمیوم از فاضالب باتری سازی مورد تحقیق قرار گرفت. به

ها مقدار جاذب برای انجام آزمایش درجه سانتیگراد انجام شد. 40و ۳5، ۳0، 25نانورس، آزمایشها در دماهای

میلی 87/1دقیقه در نظر گرفته شد. مقدار کادمیوم اولیه موجود در فاضالب 50گرم و زمان انجام واکنش 1/0برابر

می گرم بر لیتر اندازه گیری شد. نتایج حاصل از آزمایش ها نشان داد که انرژی آزاد گیبش منفی می باشد که بیان

نجام گرفته است. مثبت بودن تغییرات آنتالپی استاندارد واکنش جذب کادمیوم کند این فرآیند به صورت خودبخودی ا

توسط نانورس نشان دهنده گرماگیر بودن فرآیند بود و مثبت بودن تغییرات آنتروپی استاندارد سیستم نیز افزایش

بی نظمی در فصل مشترک فرآیند جذب را نشان داد.

م، نانورس باتری سازی، جذب، کادمیو کلمات کلیدی:

. مقدمه 1صنعتی شدن، استفاده کنترل نشده و بهره برداری بیش از حد از منابع طبیعی از دهه گذشته در افزایش آلودگی محیط زیست به

افزایش فلزات سنگین نقش به سزایی داشته است و با توجه به اثر مضر فلزات سنگین بر روی انواع گونه های زنده و غیر زنده منجر به

(. Zabihi et al., 2009; Onundi et al., 2011نگرانی دولت ها شده است)

فاضالب تخلیه هایازمحل معموال طبیعی های آب به فلزات ورود رود. می شمار به آبی منابع آلودگی مهم عوامل از سنگین فلزات

ها به محیط حداکثر تصفیه صورت رهاسازی این فاضالبگیرد لذا ضرورت دارد که قبل از می صورت صنعتی و های شهری،کشاورزی

(. Gupta and Nayak, 2012Pyrzynska and Bystrzejewski ;2010 ,گیرد)

ارائه شده است. در برخی منابع تعریف یک فلز بر اساس فلز سنگین واژه از آن ای است که کمتر به طور دقیق تعریف صحیحی

پذیرد. فلزات دارای خواصی نظیر هدایت الکتریکی و گرمای باال، قابلیت بازتاب و درخشندگی های فیزیکی آن صورت میمشخصه





63

تواند یک یا چند الکترون از دست بدهد و در محیط آبی به شود که میهستند. از دیدگاه بیولوژیکی واژه فلز به عنصری اطالق می

عنصر موجود در جدول تناوبی در زمره فلزات قرار می گیرند. 80ود صورت کاتیون درآید. بدین ترتیب بر اساس تعریف اخیر، در حد

)وزن اتمی عنصر سدیم(، تحت عنوان فلز سنگین خوانده شده و در برخی 2۳در برخی منابع هر نوع کاتیون با وزن اتمی بیش از

د. از نظر بیولوژیکی واژه فلز سنگین به شومتر مکعب فلزات سنگین اطالق میمنابع به فلزات با دانسیته بیش از پنج گرم در سانتی

شود که دارای خاصیت سمی هستند. بر این اساس فلزاتی که در فهرست مواد سمی قرار میگیرند از جمله شامل عناصری اطالق می

انیوم و روی آلومینیوم، آرسنیک، کادمیوم، بیسموت، کروم، کبالت، مس، آهن، سرب، منگنز، جیوه، نیکل، سلنیوم، تالیوم، قلع، تیت

(. 1۳86هستند )بذرافشان،

اولویت عنوان کرده است که این فلزات شامل آرسنیک، فلز را به عنوان آالینده 1۳سازمان حفاظت محیط زیست آمریکا های با

(. Said et al., 1993کادمیوم، کروم، سرب، جیوه، سلنیوم، نقره و باریم، نیکل، مس، تالیم، بریلیوم، آنتیموان و روی است )

خسارت و یابد می راه ها انسان غذایی زنجیره به نهایتاً و به محیط زیست گوناگون منابع از که است سنگینی فلزات جمله از کادمیم

های کارخانه زغال سنگ، و خام نفت معادن، استخراج زیست، درمحیط کادمیم پخش عمده منابع .آورد می بار به جدی هایی

(. Lebeau et al., 2002صنایع می باشد) فلزات و ذوب

باتری های نیکل کادمیومی به طور گسترده ای کاربرد دارند. بیشترین نگرانی در مورد این باتری های مربوط به فلزات سنگین و

مواد قابل سمی نظیر کادمیوم می باشد. از نقطه نظر توسعه پایدار، یک باتری به دالیل زیست محیطی و اقتصادی باید به عنوان

(Pietrelli et al., 2005بازیافت در نظر گرفته شود)

Diyauddeen et al., 2011روش های متعددی در جهت حذف و جذب این آالینده ها ارائه و مورد استفاده قرار گرفته است)

Coman et al., 2013; Fu and Wang, 2011;جذب می باشد. ( که یکی از این روش ها استفاده از نانو ذرات و فرآیند

های فلزی توسط نانوذرات می تواند نتیجه دو عامل جذب های انجام شده توسط محققان، مکانیسم حذف آالیندهبا توجه به بررسی

باشند، هنگامی که در ی بسیار باالیی میسطحی و فرآیند احیا توسط نانوذرات باشد. از آنجایی که نانوذرات فلزی دارای سطح ویژه

آ با آالیندهالیندهتماس گیرند، می قرار محیطی میهای جدا محیط از ترتیب این به و گردیده نانوذرات سطح جذب گردند. ها

نشینند. های محیطی از قبیل فلزات سنگین نیز از طریق پدیده جذب سطحی بر روی سطح نانوذرات میآالینده

گین از قبیل کادمیوم، روی، کروم سه ظرفیتی و باریم مکانیسم مؤثر ها توسط نانوذرات برای برخی از فلزات سنجذب سطحی آالینده

(. 1۳88حذف است)صفری،

در جذب سطحی از ظرفیت یک جاذب برای حذف مواد خاصی از یک محلول استفاده می شود. فرآیند جذب سطحی عبارت از جمع

ون جاذب است. از آنجا که این دو پدیده غالباً همزمان باشد ولی جذب نفوذ مواد جمع شده به درآوری مواد روی سطح مواد جاذب می

گردد. ها استفاده می رخ می دهد از واژه جذب برای این پدیده

ها محلول را ترک و توسط پیوندهای شیمیایی و فیزیکی در سطح توان بدین صورت تصور کرد که در آن مولکولجذب سطحی را می

در جذب فیزیکی برهم کنش های واندروالسی بین ذره جذب شونده و جذب کننده حاکم (.1۳88شود)فخرایی، جاذب نگه داشته می

ها به سطح بستر با ایجاد یک پیوند شیمیایی ها و اتمهای واندروالس ضعیف هستند. در جذب شیمیایی مولکولکنش است. برهم

شیمیایی تفاوت اساسی وجود دارد)صفری، )عموماً کوواالنسی( می چسبند. بین جذب فیزیکی مواد بر روی سطح جاذب و جذب

(. 1۳88(. مقدار مواد جذب شده توسط ماده جاذب، تابعی از غلظت ماده جذب شده و درجه حرارت می باشد)فخرایی، 1۳88




64

در این مطالعه ترمودینامیک جذب کادمیوم از فاضالب باتری سازی با استفاده از نانورس مورد بررسی قرار گرفت.

هامواد و روش . 2های باتری ســازی واقع در شــهریار تهیه گردید. مقدار کادمیوم موجود در فاضــالب مورد اســتفاده در این تحقیق از یکی از کارگاه

الب ازی، به اندازه mg/L 87/1فاـض الب باتری ـس تفاده برای جذب کادمیوم از فاـض د. نانورس جاذب مورد اـس 1/ 18اندازه گیری ـش

نانومتر بود.

قبل و پس از انجام آزمایش، نمونه ها به منظور تعیین فلز کادمیوم بر اساس کتاب روشهای استاندارد آزمایشهای آب و فاضالب مورد

(.Franson, 2005بررسی قرار گرفت )

ترازوی دیجیتالی همچنین از انجام گرفت. GBCتعیین غلظت کادمیوم برطبق اسپکتروفتومتری جذب اتمی مدل در این پژوهش،

سـاخت آلمان اسـتفاده شـد. برای نگهداری و انتقال نمونه ها ظروف پلی IKA RCT basicهمزن مغناطیسـی و AE200 مدل

اتیلنی به کار رفت.گرم نانورس 1/0کادمیوم با فاضالب حاوی cc100ها جهت انجام آزمایش این مطالعه به بررسی ترمودینامیک جذب پرداخته است.

درجه سانتیگراد صورت 40و ۳5، ۳0، 25دقیقه بر روی همزن قرار داده شد. آزمایش ها در دماهای 50به مدت تماس داده و

ها اندازه گیری شد. گرفت. در انتها پس از جداسازی نانورس، مقدار کادمیوم باقی مانده در هر یک از نمونه

نتایج و بحث . 3درجه 40و ۳5، ۳0، 25کادمیوم به وسیله جاذب نانورس در این تحقیق، آزمایشها در دماهای به منظور بررسی ترمودینامیک جذب

دقیقه در 50میلی لیتر و زمان انجام واکنش 100گرم در 1/0جهت انجام آزمایش ها مقدار جاذب برابر سانتیگراد صورت گرفت.

همان ییرات انرژی آزاد گیبس بر اساس دما را نشان می دهد.تغ 1آورده شده است. شکل 1و جدول 1نظر گرفته شد. نتایج در شکل

انرژی گیبس خطی نمودار مالحظه می شود با رسم 1طور که از شکل خط نشان دهنده شیب براساس دمای مطلق، تغییرات

(. 1۳98)سعادتی و شوگردزاده، مبدا می باشد از تغییرات آنتالپی عرض و تغییرات آنتروپی




65

تغییرات انرژی آزاد استاندارد گیبس سیستم جذب کادمیوم به وسیله جاذب نانورس . 1شکل

تغییرات آنتالپی و آنتروپی آورده شده است. 1در جدول

جذب کادمیوم توسط نانورس ترمودینامیکی های عامل . 1جدولT(K) dk ΔG ΔH ΔS

298 67/4666 - 02/209۳1 29079 94/167

۳0۳ 92/5925 - ۳4/21891

۳08 67/6791 - 48/22585

۳1۳ 8۳50 - 61/2۳498

تعادل ثابت از تغییرات استفاده با تغییرات آنتروپی می باشند که و آنتالپی گیبس، تغییرات آزاد شامل انرژی ترمودینامیکی عوامل

شود. می محاسبه 1رابطه گیبس با آزاد انرژی تغییرات بحث قرار می گیرند. مورد تعادلی حالت در دما با

∆𝐺 = −𝑅𝑇. 𝑙𝑛𝑘𝑑 (1)

ΔG ژول، واحد تغییرات انرژی آزاد گیبس با T دمای مطلق براساس درجه کلوین و R ژول بر ۳14/8ثابت عمومی گازها با مقدار

به دست می آید. 2مول درجه کلوین می باشد. ثابت تعادل با استفاده از رابطه

𝑘𝑑 = (𝑎

𝑏) . (

𝑉

𝑚) (2 )

y = -167.94x + 29079R² = 0.9965

-24000

-23500

-23000

-22500

-22000

-21500

-21000

-20500

-20000

296 298 300 302 304 306 308 310 312 314Δ

G(J

/mo

l)

T(k)




66

kd ،ثابت تعادلa غلظت جذب شده وb ،غلظت باقیمانده برحسب میلی گرم بر لیترV حجم محلول بر اساس میلی لیتر وm مقدار

جاذب بر حسب گرم می باشد.

همان طور که از نتایج آزمایش ها مشاهده می شود با افزایش دما مقدار جذب نیز افزایش می یابد. افزایش دما باعث افزایش انرژی

. بنابراین، فرآیند نشیند، می شودهای فعال جاذب میهایی که در مکانتعداد یون سبب افزایشگرمایی و تحرک یون ها می شود که

نشان می دهد منفی بودن انرژی آزاد گیبس بیانگر خودبه 1. همان طور که جدول (Shen et al., 2009)جذب گرماگیر می باشد

هنده گرماگیر بودن واکنش ها بوده و مثبت بودن تغییرات خودی بودن جذب می باشد. مثبت بودن تغییرات آنتالپی نیز نشان د

آنتروپی نشانگر افزایش بی نظمی است.

نتیجه گیری . 4پیشرفت علم و تکنولوژی جهت پاسخ گویی به نیازهای روز افزون بشر، توسعه و گسترش کارخانجات و صنایع را در پی داشته است.

هستند که دارای تنوع زیادی در میزان مصرف آب و دارای دامنه تغییرات وسیعی در کیفیت های آب صنایع از جمله مصرف کننده

فاضالب هستند. فاضالب بعضی صنایع حاوی ترکیبات سمی است که تخلیه آنها به محیط مضرات زیادی دارد. از طرفی ترکیبات

منظور ظر را با اشکاالت فراوانی رو به رو می سازد. بهسمی در تصفیه بیولوژیکی برای میکروارگانیسمها مضر بوده و تصفیه مورد ن

نتایج درجه سانتیگراد انجام شد. 40و ۳5، ۳0، 25مطالعه ترمودینامیک فرآیند جذب توسط جاذب نانورس، آزمایشها در دماهای

ق بررسی ترمودینامیکی جذب نشان داد که افزایش دما منجر به افزایش مقدار ماده جذب شده در سطح جاذب می شود. در این تحقی

کادمیوم توسط نانورس از فاضالب باتری سازی صورت گرفت که نتایج بیانگر خود به خودی بودن و گرماگیر واکنشها و افزایش بی

افزایش دما منجر به افزایش تحرک یون جذب شونده و جذب بهتر می شود. منفی بودن انرژی آزاد استاندارد گیبس نظمی می باشد.

ن دهنده خود به خودی بودن فرآیند جذب، مثبت بودن تغییرات آنتالپی و تغییرات آنتروپی به ترتیب نشانه گرماگیر بودن و نشا

افزایش بی نظمی سیستم می باشد.

مراجع نگین (. بررسی قابلیت استفاده از فرآیند الکتروکواگوالسیون در حذف آفت کش دیازینون و فلزات س1۳86بذرافشان، ادریس. ) •

کروم و کادمیوم از محیط های آبی. دانشگاه تهران، دانشکده بهداشت.

کامپوزیت نانو ( توسطIIنیکل ) سطحی جذب ترمودینامیکی و سینتیکی بررسی(. 1۳98سعادتی، زهره، شوگردزاده، محمود. ) •

. 11-1(، 1) 21 ،زیست محیط تکنولوژی و علوماکتیو. کربن- آئروژل سیلیکا

(. حذف کروم شش ظرفیتی با استفاده از نانوذرات آهن و تیتانیم از محلولهای آبی. دانشگاه تهران، دانشکده 1۳88علی. )صفری، •

محیط زیست.

(. بررسی کمی و کیفی پساب کارگاههای آبکاری شهرکهای صنعتی عباس آباد و منطقه شرق تهران و ارائه 1۳88فخرائی، فریبا. ) •

آالینده کروم. دانشگاه تهران، دانشکده محیط زیست.راهکارهای مناسب جهت حذف






67







• Gupta, V.K., & Nayak, A. (2012). Cadmium removal and recovery from aqueous solutions by novel

adsorbents prepared from orange peel and Fe2O3 nanoparticles. Chemical Engineering Journal, 180,

81– 90.

• Lebeau, T., Bagot, D., Jezequel, K., & Fabre, B. (2002). Cadmium biosorption by free and immobilised

microorganisms cultivated in a liquid soil extract medium: effects of Cd, pH and techniques of culture.

The Science of the total environment, 291(1–3), 73–83.

• Onundi, Y.B., Mamun, A.A., Al Khatib, M.F., Al Saadi, M.A. & Suleyman, A.M. (2011). Heavy metals

removal from synthetic wastewater by a novel nano-size composite adsorbent. International Journal of

Environmental Science and Technology, 8(4), 799-806.

• Pietrelli, L., Bellomo, B., Fontana, D., & Montereali, M. (2005). Characterization and leaching of NiCd

and NiMH spent batteries for the recovery of metals. Waste Management, 25(2), 221–226. • Pyrzynska, K., & Bystrzejewski, M. (2010). Comparative study of heavy metal ions sorption onto

activated carbon, carbon nanotubes, and carbon-encapsulated magnetic nanoparticles. Colloids and

Surfaces A : Physicochemical and Engineering Aspects, 362(1-3), 102–109.

• Said, O.B., Shalmor, M.B., & Egila, J.N. (1993). A note on the binding of nickel and copper ions by

cellulosic materials. Bioresource Technology, 43, 63-65.

• Shen, Y.F., Tang, J., Nie, Z.H., Wang, Y.D., Ren, Y., & Zuo, L. (2009). Preparation and application of

magnetic Fe3O4 nanoparticles for wastewater purification. Separation and Purification Technology, 68,

312–319.

• Zabihi, M., Ahmadpour, A., & Haghighi Asl, A. (2009). Removal of mercury from water by

carbonaceous sorbents derived from walnut shell. Journal of Hazardous materials, 167(1-3), 230–236.






68

Thermodynamics of cadmium adsorption by nanoclay


[email protected], Iran,

Abstract Recycling of metal ions from industrial wastewater has been considered both economically and

environmentally to prevent the impact of toxic heavy metals on organisms. In this study, the

thermodynamics of cadmium uptake from battery-generated wastewater by nanoclay was investigated. The

size of nanoclay used in the experiment was 1.18 nm. The wastewater used in the experiments was obtained

from one of the battery factories around Shahriyar. Nanoclays were then investigated for adsorption of

cadmium from battery effluents. In order to study the thermodynamics of the adsorption process by

nanoclay adsorbent, experiments were performed at temperatures of 25, 30, 35 and 40 °C. The amount of

adsorbent was 0.1 g and the reaction time was 50 minutes. The initial amount of cadmium in the wastewater

was measured at 1.87 mg/L. The results of the experiments showed that the free energy of Gibbs is negative,

which indicates that this process was done spontaneously. The positive enthalpy changes showed that the

cadmium uptake reaction by nanoclay indicated that the process was endothermic and the positive entropy

changes of the system also showed an increase in irregularity in the interface of the adsorption process.

Keywords: Adsorption, Battery factory, Cadmium, Nano clay





69

به استناد mMWCNT/CUOمطالعه رفتار پایدار و قابلیت استفاده مجدد از نانوکامپوزیت

از محیط آبی DR23در فرآیند تخریب فتوکاتالیستی رنگزای آنیونی FTIRبررسی طیف

3، محمدحسین صیادی اناری2، محمود حاجیانی1مهدیس غالصی نژاد

[email protected]های محیط زیست، دانشگاه بیرجند دانشجوی کارشناسی ارشد آلودگی .1

[email protected]استادیار گروه محیط زیست، دانشگاه بیرجند .2

[email protected] انشگاه بیرجند دانشیار گروه محیط زیست، د .3

چکیده های موجود در پساب است. تخریب فتوکاتالیستی به ترین آالیندههای صنعتی است که از جمله مهممنشا مواد آلی رنگی، از پساب

توان به موثر و کم مصرف بودن آن های بارز آن میباشد زیرا از ویژگیمحققین میعنوان سازگارترین روش تخریب بسیار مورد توجه

گردد. هدف از این پژوهش بررسی پایداری و قابلیت های آلی به طور کامل تخریب میاشاره نمود. همچنین در این فرایند آالینده

سید مس به عنوان کاتالیزور به جهت تخریب فتوکاتالیستی بازیافت و استفاده مجدد از نانولوله کربنی مغناطیسی تقویت شده با اک

باشد. نتایج نشان داد طی پنج مرحله استفاده مکرر از نانوکامپوزیت همچنان پایداری خود را به می 2۳رنگ آنیونیک دایرکت رد

باشد. با استفاده می 18/88ر با ی پنج برابو در مرحله 99.06ی نخست برابر با کند. درصد تخریب آالینده در مرحلهخوبی حفظ می

ی اطالعات حاصل از این آنالیز، پیش از استفاده نانوکامپوزیت و پس از پنج مرحله استفاده از آنالیز طیف سنج مادون قرمز و مقایسه

اند. ی آنالیز طیف سنج مادون قرمز نمود پیدا کردههای عاملی مدنظر در هر دو مرحلهمشخص شد ترکیبات و گروه

، فتوکاتالیست، بازیافت، نانولوله 2۳، دایرکت ردFTIR: کلمات کلیدی

مقدمه . 1زند و شود و اکوسیستم را بر هم میهای نساجی به محیط زیست وارد میهای آزو از طریق فاضالب کارخانهمقدار زیادی از رنگ

های آزو های آزو ترکیبات سمی و سرطان زا هستند. رنگاندازد. نشان داده شده است که برخی از رنگسالمت انسان را به خطر می

پایداری هستند و درجه زیادی مواد معطر در ساختار مولکولی آنها وجود دارد ) ، Mageshwari et al,2015ترکیبات پیچیده و

Mahmoodi et al, 2014های موجود در پساب آالینده ترین های صنعتی است که از جمله مهم(. منشا مواد آلی رنگی، از پساب

است. اخیرا در قوانین زیست محیطی در خصوص تخلیه پساب رنگی صنایع شرایطی وضع گردیده است و صاحبان صنایع را به رعایت

(.Liu et al,2014آن ملزم ساخته است )

نیستند. عالوه بر این، سختگیرانه بودن ها های آلی مانند رنگفرایندهای سنتی مانند روش های بیولوژیکی قادر به تخریب آالینده

های موثر تصفیه فاضالب کرده است. بنابراین، دانشمندان استانداردهای زیست محیطی بین المللی، صنایع را مجبور به توسعه روش







70

برای از بین های قوی مانند رادیکال هیدروکسیل اند که از اکسیدانروی آورده7محیط زیست به فرآیندهای پیشرفته اکسیداسیون

کنند. فرایند تخریب فوتوکاتالیستی به عنوان فرآیند پیشرفته اکسیداسیون یک های آزو استفاده میهای آلی مانند رنگبردن آالینده

ها، مصرف انرژی کم و های امیدوار کننده به دلیل توانایی معدنی سازی عالی آالیندهفناوری پاک و سبز است و یکی از بهترین روش

(. Mahmoodi et al, 2014،Sudha& Sivakumar, 2015ایجاد آالینده ثانویه است )عدم

هایی از قبیل فلزات سنگین، ترکیبات بدلیل قابلیت و توانایی در جداسازی آالینده 8های کربنی امروزه نانوذرات کربن شامل نانولوله

(.Yu et al, 2012فته است )آلی و معدنی، رادیونوکلوئیدها و غیره مورد توجه محققین قرار گر

Lu etباشند )باشند که از مقاومت گرمایی و ثبات شیمیایی باالیی برخوردار میهای تک بعدی میهای کربنی ماکروملکولنانو لوله

al, 2008.)

توانایی CNTدهد که نانو فیلترهای ها صورت گرفته است نشان میآنچه مطالعات اخیر در راستای فیلتراسیون با استفاده از نانولوله

ها را در موقع تصفیه فاضالب دارند که این ویژگی را با ها و ویروسها، باکتریزا مانند تک یاختههای بیماری حذف میکروارگانیسم

,Bohonak & Zydneyدهد )که وابسته به عمق مکانیسم فیلراسیون دارد انجام می CNTها در سطح نگه داشتن میکروارگانیسم

2005 .)

یک نیمه هادی نوع 9گردد. اکسید مس های آلی استفاده می ای در تجزیه نوری آالیندهاخیرا، از نانوذرات اکسید فلز به طور گسترده

p ( پایداری فتوشیمیایی، منابع بی 1.5-1.2با مشخصات جالب مانند ارزان بودن، باند گپ مناسب ،)لت سنتز، شمار، سهوالکترون ولت

غیر سمی و سازگار با محیط زیست است.

اشاره نمود در اینصورت با استفاده از یک توان به آنالیز سریع و در زمان کوتاه آناز جمله مزایای استفاده از نانوذرات مغناطیسی می

شود. ام میگیرد جداسازی نانوذرات به راحتی انجآهنربای قوی خارجی که در تماس با ظرف آزمایش قرار می

معرفی رنگزای آنیونی های دایرکت است و به عنوان یک ها در صنایع نساجی، کاغذ، لباس غیره کاربرد دارد و جزو گروه رنگاین رنگ به مانند سایر رنگ

بی اس و 4بی اس، دایرکت رد بی و 4های دایرکت اسکارلت توان به نامشود. همچنین این رنگ را میرنگ آنیونیک شناخته می

(. Lucilha et al, 2010دایرکت فست اسکارلت نیز شناخت )

7 Advanced Oxidation Processes-AOP 8 Carbon nanotube 9 Copper oxide (CUO)




71

23، مشخصات رنگ دایرکت رد 1جدول

نوع رنگ عالمت اختصاری فرمول شیمیایی ساختار شیمیایی

C۳5H25N7Na2O10S2 DR23 آنیونی

روش انجام آزمایش . 2 ی هدف در این پژوهش به کار گرفته شد. این رنگ از شرکت الوان ثابت خریداری گردید. به عنوان آالینده 2۳رنگ دایرکت رد

نانوکامپوزیت تهیه و سنتز روش بررسی به پیشین مقاالت و mMWCNT/CUOدر نژاد )غالصی است شده پرداخته

های کربنی اوال به جهت ایجاد وتیوبپس از دو مرحله سنتز نان(. همانطور که در مقاالت مذکور بیان گردیده است، 1400همکاران،

( و ثانیا به جهت تقویت نانوتیوب Tang et al,2021و همکارانش ) Tangخاصیت مغناطیسی مطابق با روش به کارگرفته شده توسط

به دست آمد mMWCNT/CUO( ، نانوکامپوزیت Li et al, 2016و همکارانش ) Liبا اکسید مس بر طبق روش ارائه شده توسط

به عنوان کاتالیست در تحقیق حاضر مورد استفاده قرار گرفت. به جهت انجام آزمایش، راکتور مورد نظر آماده و با روشن کردن که

وات بود که UV-C ،9و پمپ هوادهی، شرایط الزم برای انجام فرایند فتوکاتالیستی مهیا شد. منبع تابش یک المپ UVCالمپ

ای از جنس کوارتز قرار داشت تا مانع از تماس مستقیم المپ و محلول گرفت. این المپ در محفظهداخل محلول در مرکز راکتور قرار

گردد. محفظه راکتور در ورقه آلومینیومی پیچیده شده تا از عبور و پخش نور جلوگیری به عمل آید.

، PH=3گیری در شرایط بهینه شامل )نواخت کردن محلول به این مجموعه متصل بود. نمونهیک پمپ هوا به منظور هوادهی و یک

دقیقه و 90میلی گرم بر لیتر، بازه زمانی 150برابر با 2۳غلظت اولیه رنگ دایرکت رد گرم در لیتر، 0.5دوز نانوکاتالیست برابر با

، با برداشت اتاق( پ 5در دمای از محلول صورت از هر نوبت در دستگاه سانتریفیوژ با ذیرفت. سپس نمونهمیلی لیتر های حاصل

4000rpm های حاصل از طریق یک روش رنگ دقیقه قرار گرفتند تا کاتالیست از فاز آالینده جدا شود. آنالیز نمونه 15و به مدت

سنجی توسط دستگاه اسپکتروفتومتر انجام شد.

(FTIRطیف سنج مادون قرمز )ی مورد های کاتالیستی سنتز شده، مادههای عاملی موجود در مواد آلی و معدنی و نمونهترکیبات، پیوندها و گروهبرای شناسایی

JASCOو ساخت شرکت 4600گیرد. در این مطالعه برای طیف سنج مادون قرمز از مدلآزمایش تحت تابش امواج زیر قرمز قرار می

( قرار دارد. به منظور بررسی بهتر از قرص پتاسیم CM-1) 4000تا 400ی محدودهدر FTIRی طیف ژاپن استفاده گردید. بازه

( استفاده شد. KBrبروماید )




72

نتایج . 3باشد. بنابراین در این مطالعه ثبات لزوم بررسی رفتار پایداری و قابلیت استفاده مجدد از نانوکاتالیست از نظر اقتصادی حائز اهمیت می

رو که شامل مورد بررسی قرار گرفت. پس از دستیابی به پارامترهای بهینه در فرایند آزمایش پیش mMWCNT/CUOنانوکاتالیست

گرم بر لیتر، میلی 150برابر با 2۳غلظت اولیه رنگ دایرکت رد گرم در لیتر، 0.5، دوز نانوکاتالیست برابر با PH=3مواردی از قبیل )

ی مذکور پس از هر باشد، به بررسی رفتار پایدار نانوکامپوزیت پرداخته شد. در شرایط بهینهدقیقه و در دمای اتاق( می 90بازه زمانی

دوره انجام آزمایش، نانوکاتالیست توسط میدان مغناطیس خارجی جمع آوری و پس از سه مرتبه شستشو با آب مقطر و خشک کردن

ساعت قرار گرفته و مجدد در فرایند حذف و تخریب فتوکاتالیستی رنگزای 4درجه سانتی گراد به مدت 60خالء با دمای در آون

دهد این آزمایش تا پنج چرخه مورد بررسی قرار گرفت و درصد نشان می، 1آنیونی مورد استفاده قرارگرفت. همانطور که نتایج شکل

ی پنجم رسید. پرواضح است که در طی در مرحله %88.18در مرحله ی نخست به %99.06، از 2۳تخریب رنگزای آنیونی دایرکت رد

ی آن ممکن است دچار تغییر شود فرایند شستشو مقداری هرچند جزئی از نانوکامپوزیت مذکور هدر رفته است و به مرور حجم اولیه

ی نخست آزمایش دانست. همانطور نانوکامپوزیت نسبت به مرحله توان یکی از علل کاهش اندک کارایی و بنابراین این موضوع را می

2۳ی رنگزای آنیونی دایرکت رد از ثبات و پایداری خوبی به جهت تجزیه mMWCNT/CUOآید نانوکامپوزیت که از نتایج برمی

آزمایش قابلیت بازیافت در طی انجام mMWCNT/CUOبنابراین عملکرد نانوکامپوزیت در فرایند فتوکاتالیستی برخوردار است.

کند. آن را تایید می

mMWCNT/CUO، پایداری و قابلیت استفاده مجدد از نانوکامپوزیت 1شکل

23، پیش و پس از استفاده در فرایند تخریب رنگ دایرکت رد FTIRمقایسه آنالیز طیف نانوکامپوزیت بررسی خواص سطحی داد. FTIRتوان طیف می mMWCNT/CUOبه جهت قرار بررسی مورد را شکل آن

CM-) 4000 - 400مربوط به کامپوزیت نانولوله کربنی مغناطیسی و تقویت شده با اکسید مس در محدوده FTIR، طیف 2شماره

99.06 98.1296.04

93.21

88.18

80

85

90

95

100

1 2 3 4 5

Re

mo

val (

%)

Recycle




73

، پیک H-Cمربوط به ( CM-1) 2921کششی، پیک H-O( مربوط به ارتعاشات CM-1) ۳419دهد. پیک موجود در ( را نشان می1

1۳56(1-CM ) مربوط بهO-C 418و 494، 607، پیک در (1-CMمربو )اکسیژن( -ط به ارتعاشات )فلزO-CU وO-Fe باشد می

(. Rajput et al, 2016؛ Dahaghin et al., 2017 ؛ Zhao et al, 2020 ؛Li et al, 2016؛2020)احمدپور و همکاران،

باشد. می mMWCNT/CUOی سنتز صحیح و کارایی موثر نانوکامپوزیت لذا نتایج حاکی از شیوه

( CM-1دهد. پیک)پس از پنج مرحله بازیافت را نشان می mMWCNT/CUOنمونه نانوکامپوزیت FTIR، آنالیز ۳شکل شماره

C-مربوط به 1۳28 ( CM-1) ، پیک H-Cمربوط به ارتعاشات 1596( CM-1، پیک)کششی H-Oمربوط به ارتعاشات ۳415

O پیک ،(1-CM ) 10۳8 مربوط بهO-C و پیک(1-CM ) 602 مربوط به ارتعاشات 491وO -Fe وO-CU باشدمی (Li et

al, 2016 ،Sayadi et al, 2019) .

ی های عاملی مدنظر در هر دو مرحلهشود ترکیبات، پیوندها و گروهی آنالیز طیف سنج مادون قرمز مشاهده میهمانطور که در مقایسه

باشد. می mMWCNT/CUO پایداری و کارایی نانوکامپوزیتانجام آنالیز حضور دارند که این خود دال بر

نانولوله کربنی مغناطیسی تقویت شده با اکسید مس FTIRطیف . 2شکل




74

نانولوله کربنی مغناطیسی تقویت شده با اکسید مس پس از پنج مرتبه بازیافت FTIRطیف . 3شکل

منابعو زمان در میزان حذف PHبررسی کارایی پارامتر ". 1400غالصی نژاد، مهدیس؛ حاجیانی، محمود؛ صیادی اناری، محمدحسین. •

، دومین همایش بین المللی علوم و " mMWCNT/CUO از محیط آبی با استفاده از نانوکامپوزیت Methylen Blueرنگ

فناوری نانو دانشگاه تهران.

بررسی عملکرد و تاثیر میزان دوز نانوکامپوزیت ". 1400غالصی نژاد، مهدیس؛ حاجیانی، محمود؛ صیادی اناری، محمدحسین. •

mMWCNT/CUO یستی رنگ بر روند حذف فتوکاتالMethylene blue دومین همایش بین المللی علوم "از محیط آبی ،

و فناوری نانو دانشگاه تهران.

• Ahmadpour, N., Sayadi, M. H., & Homaeigohar, S. (2020). A hierarchical Ca/TiO 2/NH 2-MIL-125

nanocomposite photocatalyst for solar visible light induced photodegradation of organic dye pollutants

in water. RSC Advances, 10(50), 29808-29820.

• Bohonak, D. M., & Zydney, A. L. (2005). Compaction and permeability effects with virus

filtration membranes. Journal of Membrane Science, 254(1-2), 71-79.

• Dahaghin, Z., Mousavi, H. Z., & Sajjadi, S. M. (2017). A novel magnetic ion imprinted polymer

as a selective magnetic solid phase for separation of trace lead (II) ions from agricultural

products, and optimization using a Box–Behnken design. Food chemistry, 237, 275-281.

• Li, X., Zhang, Y., Jing, L., & He, X. (2016). Novel N-doped CNTs stabilized Cu2O

nanoparticles as adsorbent for enhancing removal of Malachite Green and tetrabromobisphenol

A. Chemical Engineering Journal, 292, 326-339.

• Liu, L., Zhang, J., Tan, Y., Jiang, Y., Hu, M., Li, S., & Zhai, Q. (2014). Rapid decolorization

of anthraquinone and triphenylmethane dye using chloroperoxidase: Catalytic mechanism,

analysis of products and degradation route. Chemical Engineering Journal, 244, 9-18.




75

• Lu, C., Su, F., & Hu, S. (2008). Surface modification of carbon nanotubes for enhancing BTEX

adsorption from aqueous solutions. Applied Surface Science, 254(21), 7035-7041.

• Lucilha, A. C., Bonancêa, C. E., Barreto, W. J., & Takashima, K. (2010). Adsorption of the

diazo dye Direct Red 23 onto a zinc oxide surface: a spectroscopic study. Spectrochimica Acta

Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 75(1), 389-393.

• Mageshwari, K., Nataraj, D., Pal, T., Sathyamoorthy, R., & Park, J. (2015). Improved

photocatalytic activity of ZnO coupled CuO nanocomposites synthesized by reflux

condensation method. Journal of Alloys and Compounds, 625, 362-370.

• Mahmoodi, N. M., & Mokhtari-Shourijeh, Z. (2015). Preparation of PVA-chitosan blend

nanofiber and its dye removal ability from colored wastewater. Fibers and Polymers, 16(9),

1861-1869.

• Rajput, S., Pittman Jr, C. U., & Mohan, D. (2016). Magnetic magnetite (Fe3O4) nanoparticle synthesis

and applications for lead (Pb2+) and chromium (Cr6+) removal from water. Journal of colloid and

interface science, 468, 334-346. • Sayadi, M. H., Sobhani, S., & Shekari, H. (2019). Photocatalytic degradation of azithromycin using

GO@ Fe3O4/ZnO/SnO2 nanocomposites. Journal of Cleaner Production, 232, 127-136. • Sudha, D., & Sivakumar, P. (2015). Review on the photocatalytic activity of various composite

catalysts. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, 97, 112-133.

• Tang, Y., Zhang, S., Su, Y., Wu, D., Zhao, Y., & Xie, B. (2021). Removal of microplastics from aqueous

solutions by magnetic carbon nanotubes. Chemical Engineering Journal, 406, 126804.

• Yu, F., Chen, J., Chen, L., Huai, J., Gong, W., Yuan, Z., ... & Ma, J. (2012). Magnetic carbon

nanotubes synthesis by Fenton’s reagent method and their potential application for removal of

azo dye from aqueous solution. Journal of colloid and interface science, 378(1), 175-183.

• Zhao, Z., Zhao, J., Liang, N., & Zhao, L. (2020). Deep eutectic solvent-based magnetic colloidal

gel assisted magnetic solid-phase extraction: A simple and rapid method for the determination

of sex hormones in cosmetic skin care toners. Chemosphere, 255, 127004.




76

Study of stable behavior and reusability of mMWCNT / CUO nanocomposite

based on investigation of FTIR spectrum in the process of photocatalytic

degradation of DR23 anionic dye from aqueous medium

3, Mohammad Hossein Sayadi Anari 2, Mahmood Hajiani 1Ghollasi NezhadMahdis

1- Master student of environmental pollution, Birjand University

[email protected]

2- Assistant Professor, Department of Environment, Birjand University

3- ssociate Professor, Department of Environment, Birjand University

Abstract The source of dye organic matter is industrial wastewater, which is one of the most important pollutants in

wastewater. Photocatalytic degradation as a new method for the degradation of organic pollutants is

considered by researchers. This is an easy and cheap way. Also in this process, organic pollutants are

completely destroyed. The aim of this study was to investigate the stability and recyclability and reuse of

magnetic carbon nanotubes reinforced with copper oxide as a catalyst for photocatalytic degradation of

direct anionic dye Red 23. The results showed that the nanocomposite retains its stability during five stages

of reuse. The percentage of pollutant degradation in the first stage is 99.7 and in the fifth stage is 88.18. By

using infrared spectroscopy analysis and comparing the information obtained from this analysis, before the

experiment and after five stages of use, it was determined that the compounds and functional groups in both

stages of infrared spectroscopy analysis were reflected.

Keywords: FTIR, Direct Red 23, Photocatalyst, Recycling, Nanotubes





77

در جذب CuSبررسی کارایی نانوکامپوزیت کربن فعال مغناطیسی پوشش یافته با

های آبیتتراسایکلین از محلول

نرجس سادات مزاری مقدم1*، نگین ناصح2، بهنام باریک بین3،4، رسول خسروی5

*دانشجوی کارشناسی ارشد دانشکده بهداشت، کمیته تحقیقات دانشجویی، دانشگاه علوم پزشکی، بیرجند، ایران )نویسنده مسئول( 1

[email protected] ران،مرکز تحقیقات عوامل اجتماعی مؤثر بر سالمت، دانشکده بهداشت، گروه مهندسی بهداشت محیط، دانشگاه علوم پزشکی بیرجند، بیرجند، ای 2

[email protected]

عضو مرکز تحقیقات عوامل اجتماعی موثر بر سالمت ، دانشکده بهداشت، دانشگاه علوم پزشکی بیرجند،بیرجند،ایران ۳

[email protected] بهداشت، دانشگاه علوم پزشکی مشهد، مشهد، ایران عضو مرکز تحقیقات عوامل اجتماعی موثر بر سالمت ، دانشکده 4 مرکز تحقیقات عوامل اجتماعی موثر بر سالمت، گروه مهندسی بهداشت محیط، دانشکده بهداشت، دانشگاه علوم پزشکی بیرجند، بیرجند، ایران 5

[email protected]

چکیده و انسان سالمتی بر آن منفی اثرات کاهش جهت به آبی هایمحیط از هابیوتیک حذف باقی مانده آنتی بررسی مروزها

مقیاس آزمایشگاهی با هدف سنتز و بررسی کارایی از این رو این پژوهش در باشد.زیست بسیار حائز اهمیت می محیط

های آبی و همچنین جهت حذف تتراسایکلین از محلول CuSنانوکامپوزیت جدید کربن فعال مغناطیسی پوشش یافته با

BET،XRD ،VSMهای مطالعه ایزوترم، ترمودینامیک و سینتیک این فرآیند انجام شد. جاذب سنتز شده با تکنیک

،FESEM وFT-IR یابی گردید. تاثیر پارامترهایی نظیر مشخصهpH غلظت اولیه تتراسایکلین، مقدار جرم جاذب، دما ،

و دوز جاذب و همچنین با کاهش غلظت اولیه pHو زمان تماس مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان داد که با افزایش

افزایش می نانوکامپوزیت 200، زمان تماس pH=9در شرایط بهینه )یابد و آالینده درصد جذب ، 2g/Lدقیقه، دوز

های . داده های به دست آمده از ایزوترم است %70( درصد جذب تتراسایکلین حدود ℃20و دمای 20mg/Lاولیه غلظت

به وسیله نانوکامپوزیت مغناطیسی سنتز تتراسایکلین تعادلی النگمویر، فروندلیچ و تمکین نشان داد که فرآیند جذب

تغییرات J/mol k 88.43برابر (ΔS)شده با مدل تمکین تطابق دارد. نتایج مطالعات ترمودینامیک تغییرات آنتروپی

خودی نشان داد که فرآیند جذب مورد نظر خودبه (ΔG)و مقدار انرژی آزاد گیبس kJ/mol 0.072برابر (ΔH)آنتالپی

شود که فرآیند جذب مورد نظر از مدل سینتیک ت. همچنین در بررسی سینتیک واکنش مشخص میو اگزوترمیک اس

می پیروی دوم درجه یافتهشبه به توجه با مینماید. حاضر، پژوهش از حاصل فعال های کربن نانوکامپوزیت توان

های آبی پیشنهاد تتراسایکلین از محلول بیوتیک را جاذب مناسبی جهت حذف آنتی CuSمغناطیسی پوشش یافته با

نمود.

بیوتیک تتراسایکلین؛ محلول آبی ؛ جذب سطحی؛ آنتیMAC/CuS کلمات کلیدی:







78

مقدمه -1تهدیدی بالقوه برای سالمت انسان و های آبی محیط( در 10PhACSها از جمله ترکیبات دارویی فعال ) حضور انواع جدید آالینده

باشد که به طور طبیعی طی فرایندهای ها میبیوتیکهای اصلی آنتیتتراسایکلین یکی از گروه .(1)آیدمحیط زیست به حساب می

طور گسترده در زمینه کشاورزی، آبزی پروری و داروهای دامپزشکی و آید و بهدست میها بهسنتتیک یا از تخمیر برخی قارچنیمه

بیوتیک پس از مصرف توسط انسان و حیوانات به طور گیرد. این آنتیمورد استفاده قرار میهای عفونی همچنین در درمان بیماری

ها جذب می شود و از طریق دفع ادرار و مدفوع یا انتشار داروهای مازاد به سیستم فاضالب خانگی وارد شده و ناقص توسط ارگانیسم

های فناوری بر این اساس، توسعه .(2)شودمی انسان سالمت و ژیکیاکولو مشکوک یا شده شناخته شدید در نهایت منجر به پیامدهای

ها در حال حاضر مورد توجه بسیاری قرار گرفته است. روش جذب به دلیل مزایایی از جمله TCموثر و کم هزینه جهت تصفیه

باشد. کاربرد از آب می TCعملکرد ساده، میزان حذف سریع، عدم آلودگی ثانویه، هزینه و مصرف انرژی کم، روشی مؤثر در حذف

از گذشته مورد توجه قرار داشته و در سالهای اخیر استقبال گسترده ای در این زمینه امواج فراصوت در واکنش های شیمیایی

تری است، پرتودهی اولتراسونیکالوصول تحقیقاتی شده است. تابش فراصوت نسبت به روش های فعالسازی دیگر نیازمند شرایط سهل

)بصورت باال دمای و فشار تولید نتیجه باعث در گازی )کاویتاسیون( و های حباب و تخریب تشکیل به منجر آبی های حالل در

. (۳)شود می آلی ترکیبات اکسیداسیون باعث و به دنبال آن OHو OOHآزاد های رادیکال تشکیل به منجر و در نهایت زودگذر(

های ن، به عنوان یک جاذب مناسب برای حذف موثر آالیندهکربن فعال به دلیل ساختار متخلخل، ظرفیت جذب باال و قیمت پایی

های آبی همواره مورد توجه محققین بوده است. اما مشکالتی نظیر پراکندگی و ایجاد کدورت و هزینه های باالی احیاء، استفاده محیط

( به دلیل داشتن s,MNP4O3Feطیسی )از آن را در مقیاس بزرگ محدود کرده است. از این رو سنتز یا ترکیب آنها با نانوذرات مغنا

تواند شرایط را برای استفاده بهینه از آن و تولید پساب با کدورت زیاد جذب و خصوصیات مغناطیسی می سطح خاص باال، ظرفیت

توان ذراتی با اندازه نانو را بر روی آن بارگذاری کرد. . همچنین به منظور افزایش کارایی جاذب مورد نظر می(4)خیلی کم فراهم کند

2evبا پهنای باند [CuS]شیمیایی، الکتریکی و مغناطیسی عالی برخوردار است سولفید مس یکی از مواد مهم که از خواص فیزیکی،

کارکردن هزینه بودن، عدم سمیت، توانایی اکسیداسیون باال، سازگاری با محیط زیست و توان به کم. از مزایای این مواد می (5)باشدمی

. بادام یکی از گیاهان بومی استان خراسان جنوبی واقع در شرق ایران است که به عنوان محصول ( 6)در شرایط محیطی اشاره نمود

شود. پوسته سبز بادام که پس از برداشت این میوه از درخت، جداسازی و به صورت ضایعات، نطقه محسوب میتجاری و اقتصادی م

برای تولید کربن فعال بهتوان بهشود را میدر محیط رها می پایه اثرات منفی کار گرفت. عنوان بر این اساس، با وجود مضرات و

های مغناطیسی جهت تصفیه آب، هدف از این تحقیق کارا و به روز بودن نانوکامپوزیتبیوتیکی بر محیط زیست و های آنتیباقیمانده

های آبی با استفاده از کربن فعال مغناطیسی حاصل از پوسته سبز بادام و پوشش بررسی کارایی جذب سطحی تتراسایکلین از محلول

تجزیه و تحلیل قرار گرفت. بود. در این تحقیق ایزوترم و سینتیک جذب مورد بررسی و CuSیافته با

مواد و روش کار -2 MAC/CuSسنتز نانوکامپوزیت - 1-2

1 Pharmaceutically Active Compounds




79

اول مرحله سایز در )با شده الک پودر گردید. الک و پودر آوری، جمع بادام سبز های تولید 75-250پوسته جهت میکرون(

لیتر آب مقطر داخل بالن دو میلی 200ها در مرحله اول استفاده شد. جهت مغناطیسی نمودن نمونه MAC/CuSنانوکامپوزیت

گرم شش گراد رسانده شد. در مرحله دوم،درجه سانتی 70تا 60دمای ه دقیقه در حضور گاز ازت ب ۳0مدتدهانه، بر روی میکسر به

شد. در مرحله سوم همزده rpm۳00 دور شیکر با روی دقیقه ۳0مدت به هیدروکسید لیتر سدیم میلی 100 از پودر الک شده در

زده به آب مقطر روی میکسر در مرحله اول، اضافه شد. در مرحله آخر، مواد هم (II) گرم نمک آهن 1و (III) گرم نمک آهن 2

مدت گراد، بهدرجه سانتی 60دور در دقیقه و دمای 400مواد روی میکسر اضافه شد و در دور شده بر روی شیکر در مرحله دوم، به

دست آمده توسط آب مقطر شستشو داده ر نهایت مواد بهساعت همزده شد. در این مرحله، تزریق گاز ازت نیز، متوقف گردید. دیک

در مرحله . (7)گراد خشک گردیددرجه سانتی 80آن از محدوده قلیایی به محدوده خنثی برسد. سپس در آون با دمای pH شد؛ تا

آغشته و در محیط ایزوله به مدت درصد کامال 10های سبز بادام مغناطیسی و خشک شدة مرحله قبل، با اسیدفسفریک بعد پوسته

. جهت کربن شدن، (8)گراد خشک گردیددرجه سانتی 75ساعت در آون خالء با دمای ۳ساعت قرار داده شد و بعد از آن به مدت 48

منتقل شد. شکل ریخته و به کوره ایدار استوانه درب استیل راکتور داخل منظور جلوگیری از نفوذ اکسیژن، بهمواد آماده شده به

در . ( 9)باقی ماندساعت در این دما 2مدت درجه بر ساعت رسانده شد و به ۳00گراد با سرعت درجه سانتی 550دمای کوره به

از امواج اولتراسونیک به عنوان عامل فعال سازی استفاده شد. به این ترتیب که پودر کربن مغناطیسی حاصل در مرحله فعال سازی،

HCl ۳ ساعت در دستگاه اولتراسونیک مدل 1ور گردید و به مدت نرمال غوطهElmasonic E 30H با فرکانس KHz37 پراکنده

منظور (10)شد به مغناطیسی. فعال روی کربن بر از کربن 15/0 نشاندن سولفید مس در گرم آماده شده مغناطیسی 20فعال

دقیقه در دستگاه اولتراسونیک پراکنده شد. در ادامه مواد فعال شده در یک بالن ژوژه ۳0( به مدت EGلیتر اتیلن گلیکول )میلی

4CuSOگرم 8/0گراد قرار گرفت. سپس به سیستم تعلیق فوق الذکر درجه سانتی 120سی سی درون حمام روغن با دمای 500

میلی لیتر 20، که قبالً در 3O2S2Naگرم 9/1اضافه گردید و پس از حل شدن کامل سولفات مس درون محتویات داخل بالن ژوژه،

EG حل شده بود، در سیستم تعلیق حاویMAC درجه سانتیگراد 140ای و سولفات مس ریخته شد و عمل رفالکس نمونه در دم

جدا شد و یک مرتبه با اتانول 42Nدقیقه انجام شد. در ادامه پس از خنک شدن بالن ژوژه، محتویات آن توسط آهنربای 90به مدت

5درجه سانتیگراد، به مدت 80و به دنبال آن چندین مرتبه با آب دیونایز شست و شو داده شد و در نهایت در آون خالء با دمای

. (11)عت خشک گردیدسا

یابی نانوکامپوزیت سنتز شده:مشخصه - 2-2

( اتوماتیک سطح شرکت BElSORP Mini مدل BETدستگاهتوسط (BETیا Brunauer Emmett Tellerآنالیزر از

Microtrac Bel Corp بررسی ها مورد بررسی قرار گرفت. جهت تخمین حجم منافذ و اندازه منافذ مواد و همچنین تخلخل نمونه

با استفاده از ، در ابعاد میکرو و نانو MAC/CuS میانگین قطر، شکل، مورفولوژی و همچنین تخمین اندازه نانوکامپوزیت سنتز شده

رآنالیز الکترونی )میکروسکوپ میدانی نشر توسط (FESEMیا emmision scanning electron microscopy Fieldوبشی

-Xصورت پذیرفت. با استفاده از آنالیز طیف سنج پراش اشعه ایکس ) Sigma VP مدل -آلمان ZEISS شرکت FESEM دستگاه

ray diffraction یاXRDتوسط دستگاه ) XRD مدلX’ Pert Pro از شرکت Panalytical خصوصیات ساختار کریستالی و ،

نانوکامپوزیت ) MAC/CuSبلوری نوسانی نمونه با سنج مغناطیس دستگاه از گردید. Vibration Samplingتعیین




80

Magnetometer یاVSM) مدل LBKFB شرکت Meghnatis Daghigh Kavir Company کشور ایران جهت تعیین میزان

Fourier Transform ی مادون قرمز )آنالیز تبدیل فوریه مغناطیسی بودن نانوذره مغناطیسی سنتز شده استفاده شد. با استفاده از

Infrared Spectroscopy یاFT-IR توسط دستگاه )FTIR مدل Spectrum Two شرکت از PerkinElmer با طول موج بین1-cm 004 1تا-mc 4000 تولیدشده، مشخص شدند. نانوذرات مولکولی درساختار موجود عاملی های، گروه

MAC/CuSهای ناپیوسته جذب تتراسایکلین توسط آزمایش - 3-2

محلول به میلی گرم در لیتر( از انحالل نمک تتراسایکلین هیدروکلراید در آب دیونیزه تهیه شد. این 1000در ابتدا محلول استوک )

آزمایشات جذب تتراسایکلین در یک سیستم درجه سانتیگراد درون یخچال نگهداری گردید. 4صورت هفتگی سنتز شد و در دمای

rpmلیتر بر روی شیکر با سرعت اختالط میلی400های درجه سانتیگراد( بر روی نمونه 24±2در دمای اتاق ) (Batchناپیوسته )

از قبیل ۳00 گرم بر لیتر(، دوز نانوکاتالیست میلی 100تا 5(، غلظت آالینده)۳،5،7،9) pHانجام شد و تاثیر متغیرهای مختلف

رسی قرار گرفت. دقیقه( مورد بر 200تا 5درجه سانتی گراد( و زمان تماس) 50و 40، 20، 10، 5گرم بر لیتر(، دما ) 5/2تا 025/0)

نرمال انجام گردید. نمونه ها در 1/0( NaOHمتر و با کمک اسید کلریدریک و سود ) pHمحلول نیز توسط دستگاه pHتنظیم

باقیمانده غلظت آهنربا، توسط نانوکامپوزیت جداسازی از پس و گردید برداشت مشخص زمانی دستگاه TCفواصل توسط

. (4)نانومتر سنجیده شد ۳58( در طول موج UV/visible T80þاسپکتروفتومتر )

با توجه به تغییرات دوز جاذب و e(q(و ظرفیت جذب تعادلی جاذب تهیه شده (%R)میزان درصد جذب تتراسایکلین مورد نظر

و بار تکرار سه آزمایش از مرحله هر نتایج، تکرار از اطمینان غلظت آالینده به صورت زیر محاسبه و مورد بررسی قرار گرفت. برای

شد. گزارش نتایج میانگین

(1) =(𝐶0− 𝐶𝑒) ×𝑣

𝑚 eq

(2 ) R % = (1 −𝐶𝑒

𝐶0) × 100

R ،درصد جذب آالینده :eqظرفیت تعادلی جاذب بر حسب :mg/g ،V حجم محلول بر حسب :L ،M جرم جاذب بر حسب :g ،0C

باشد. می mg/Lترتیب غلظت اولیه و غلظت نهایی eCو

MAC/CuSهای جذب تتراسایکلین توسط نانوکامپوزیت مدل سینتیک و ایزوترم - 4-2

مدل النگمویر برای جذب تک الیه ای بر روی سطح ماده جاذب دارای مکان های جذب محدود و یکسان معتبر است. مشخصه

نوع Rlتعریف می شود. مقدار 4که به پارامتر تعادلی معروف می باشد به صورت رابطه Rlضروری ایزوترم النگمیر توسط ثابت

ا به گونه ای که Rlگر ایزوترم را نشان می دهد، = o ،ایزوترم غیرقابل برگشتo < Rl < Rlایزوترم مطلوب، 1 = ایزوترم 1

Rlخطی و اگر > باشد ایزوترم نامطلوب است. 1

(۳ ) qe=

𝑞𝑚𝐾𝐿𝐶𝑒

1+KLCe

(4 ) 𝑅𝑙 =1

1+KL𝐶𝑜




81

eq مقدار ماده جذب( شونده بر میزان جاذبmg/g) ،eC ،میزان غلظت تعادلیLk ثابت النگمویر وmq شونده حداکثر میزان مادة جذب

بر حسب میزان جاذب است.

مدل فرندلیچ براساس جذب چند الیه ای بر روی مکان های جذب هتروژن و دارای انرژی های نابرابر و غیرهمسان بنا نهاده شده

افزایش می یابد ظرفیت جذب جاذب برای جذب ماده جذب شونده مورد نظر افزایش می Kfاست. در ایزوترم فرندلیچ هر زمانی که

باشد هتروژن بودن سطح 1نزدیک به nنشان دهنده فرایند جذب مناسب می باشد. اگر مقدار 10تا 1بین nیابد، همچنین مقدار

باشد مهم تر می شود. 10کم اهمیت تر و اگر نزدیک به

(5 ) 𝑞𝑒 = 𝐾𝐹(𝐶𝑒)1/𝑛

دهندة شدت جذب است.نیز نشان n/1 و ثابت معادله است که به ظرفیت جذب بستگی دارد FKدر این معادله

مدل ایزوترم جذب تمکین برای اولین بار به منظور ارزیابی پتانسیل جذب جاذب و محلول جذب شده انتخاب شده است. این ایزوترم

ها ن غلظتجذب شونده را با نادیده گرفتن مقادیر بسیار باال و پایی - حاوی یک عامل است که به صراحت مقدار فعل و انفعاالت جاذب

در نظر می گیرد.

(6 )𝑞𝑒 = 𝑅𝑇

𝑏𝑡ln (𝑎𝑡𝐶𝑒)

R ،ثابت جهانی گاز :T ،دما بر حسب درجه کلوین :ta وtb .ثابت تمکین است :

تعادلی های داده تا شد دو استفاده درجه یک و شبه درجه شبه رایج دو مدل مطالعه حاضر،جذب در سینتیک سرعت مطالعه جهت

های شد. مدل گرفته نظر در پیشنهادی دو مدل و تجربی های داده بین تطابق از معیاری عنوان ( به2Rضریب تعیین ) .بررسی گردد

درجه دوم( نشان داده شده است. )شبه 8)شبه درجه اول( تا 7استفاده شده به ترتیب در روابط

(7 )eq1= k 0t)]; h1[1 − exp (−ke= q tq

(8 )2eq2= k 0; h

𝐾2𝑞𝑒2𝑡

1+ 𝐾2𝑞𝑒𝑡= tq

eq شده در لحظۀ تعادلمقدار آالیندة جذب (mg/g) ،qt شده در زمان مقدار آالیندة جذبt (mg/g) ،1K 2وK های تعادل ثابت

باشند. می ( min-1) جذب مدل درجۀ اول و دوم

محاسبه ترمودینامیک فرآیند جذب: - 5-2

شد. استفاده 10 و 9 رابطه های از MAC/CuSتوسط نانوکامپوزیت مغناطیسی جذب تتراسایکلین ترمودینامیک بررسی برای

(9 )∆𝐺 = −𝑅𝑇𝐿𝑛𝑘𝑑

ΔG گیبس، آزاد انرژی : تغییراتRگازها و برابر جهانی : ثابت J/mol/K ۳14/8 ،T: دما بر حسبK وKdترمودینامیکی تعادل : ثابت

باشد. می

(10 )𝐿𝑛𝑘𝑑 = ∆𝑆

𝑅−

∆𝐻

𝑅𝑇

ΔS استاندارد : آنتروپی(J/mol k)،ΔH استاندارد آنتالپی : تغییرات(KJ/mol)) باشد می.

رسم T/1برابر در ln Kd نمودار مربوطه، آزاد انرژی محاسبه و مختلف دماهای برای ترمودینامیکی تعادل ثابت محاسبه از پس

. (12)شودمی استفاده ΔH و ΔS تعیین مقادیر برای نمودار این مبدأ از عرض و شیب گردید.




82

ها یافته -3 مشخصات نانوکامپوزیت سنتز شده - 1-3

XRDآنالیز - 1-1-3

مشخص شده 1در شکل Magnetic AC/CuS ( و نانوکامپوزیتMagnetic ACمربوط به کربن فعال مغناطیسی ) XRDالگوی

قابل مشاهده 74.53و 63.02، 57.52، 53.84، 35.46، 30.78برابر با 2θاست. پیک های مربوط به حضور آهن در کربن فعال در

4O3Fe( مربوط به ساختار اسپینلی مکعب معکوس ICSD 159976است که این صفحات کریستالی با توجه به کارت مرجع شماره )

( ICSD 158743باشد. ) می CuSمربوط به 59.89و 51.09، 48.04، 32.13، 31.85، 29.35های برابر با یکباشد. همچنین پ می

(، شدیدترین پیک FWHMسایز نانوکامپوزیت سنتز شده با استفاده از رابطه شرر با توجه به عرض پهنای کامل در نصف ماکزیمم )

دست آمده مشخص است و گفته شد نانو ذرات به FESEMهای به دست آمد. اما از آنجاییکه در آنالیز nm 29پراش محاسبه شد و

باشد و حدود دست آمده از معادله شرر میبه دلیل خاصیت مغناطیسی تمایل به تجمع دارند در نتیجه سایز ذره، بیش از اندازة به

64 nm تواند این باشد که آنالیز شده است. دلیل تفاوت این اندازه می تعیینXRD دهد ولی آنالیز عموما سایز کریستال را نشان می

FESEM تواند این بزرگی دهد و همانطور که مشخص است یک ذره متشکل از چندین کریستال است پس میاندازه ذره را نشان می

را توجیه نماید.

𝐷 =0.98𝜆

𝛽𝐶𝑂𝑆𝜃 (11)

دستگاه است. X= طول موج پرتو λ= زاویه پراش در محل پیک، θ= پهنای پیک در نیمه ارتفاع، β= قطر ذرات، Dدر فرمول فوق

(0.1540 nm =λ)

XRDآنالیز -1شکل




83

FESEMآنالیز - 2-1-3

مربوط به b2گردد. شکل باشد، مشاهده میهایی میمربوط به پوسته سبز بادام که دارای خلل و فرج FESEMتصویر a2در شکل

باشد که حضور ذرات آهن به طور یکنواخت بر روی پوسته سبز به خوبی نمایان است. همچنین در پوسته سبز بادام مغناطیسی می

d2پوسته سبز بادام مغناطیسی کربن شده همراه با حفرات اندکی بر روی سطح پیشساز کربن قابل مشاهده است. شکل c2شکل

e2باشد. شکل غناطیسی پوسته سبز بادام همراه با خلل و فرج بسیار منظم و زیاد بر روی سطح آن میی کربن فعال منشان دهنده

( پس از بارگذاری سولفید مس بر روی کربن فعال حاصل از پوسته سبز بادام Magnetic AC/CuSمربوط به کامپوزیت نهایی )

وی کربن فعال نشسته است. توان دریافت سولفید مس به خوبی بر رباشد که میمغناطیسی می

FESEMآنالیز -2شکل

FTIRآنالیز -3-1-3

C−شود پیک مربوط به مشاهده می ۳همانگونه که در شکل − O 1000-1در ناحیه cm 1200-1 تا cm هر پنج تصویرFTIR مربوط

Magnetic(، کربن مغناطیسی )Magnetic AGH(، پوسته سبز بادام مغناطیسی )Almond Green Hullبه پوسته سبز بادام)

Carbon( کربن فعال مغناطیسی ،)Magnetic AC( و کربن فعال مغناطیسی پوشش یافته با سولفید مس )Magnetic AC/CuS )

Cهای عاملی ها پیک مربوط به گروهوجود دارد. همچنین در همه این طیف − H و یاN − O 1443-1در طول موج cm و گروه

a b c

d e




84

C عاملی = O 1608-1در طول موج cm های عاملی و بعالوه گروه C − H وO − H 2923-1هایبه ترتیب در طول موج cm و1-3421 cm 1741-1 قابل رؤیت است. از سویی پیک کوتاه با طول موج cm در طیف مربوط به پوسته سبز بادام مربوط به گروه

Nعاملی ) − Hباشد. گروه عاملی مربوط به ( می C − O در دو طیف مربوط به پوسته سبز بادام و پوسته سبز بادام مغناطیسی در

به وضوح مشخص است و از آنجاییکه در چهار طیف مربوط به پوسته سبز بادام مغناطیسی، کربن مغناطیسی، cm 562-1طول موج

های عاملی توان به گروهرا می cm 1000-1 تا cm 500-1 های مربوط به ذا پیککربن فعال مغناطیسی از آهن استفاده شده است ل

Fe − O − OH وFe − O اسید فسفریک از بادام مغناطیسی پوسته سبز نمودن آنجاییکه جهت کربن از داد. همچنین نسبت

های پیک مربوط به گروه cm 2300-1شود در دو طیف مربوط به کربن مغناطیسی و کربن فعال مغناطیسی در طول موج استفاده می

Oعاملی − H 317-1 بی موجود در محدوده و فسفات به خوبی قابل مشاهده است و همچنین نوار جذ cm2 در طیف مربوط به

Feکربن فعال مغناطیسی پوشش یافته با سولفید مس مربوط به ارتعاشات پیوند − Cu هایباشد، با پیک گروهمیO − H و فسفات

نیز مربوط به ارتعاشات پیوندهای فلزی با هترو اتم گوگرد cm 480.17-1 هم پوشانی یافته است. نهایتا نوار جذبی موجود در طیف

باشد. می CuSباشد که در این میان محتمل ترین پیوند، پیوند می

FTIRآنالیز -3شکل

VSMآنالیز - 4-1-3

، 5/0باشد. اعداد مربوط به جاذب زیستی موردنظر در هر یک از مراحل سنتز می VSMهای حاصل از آنالیز نمایانگر یافته 4شکل

Magnetic AGH ،Magnetic Carbon ،Magnetic ACمقدار اشباع مغناطیسی هر یک از ترکیبات به ترتیب 2/9و 8/16، 1/5

، خاصیت مغناطیسی در پوسته سبز بادام با وجود حضور آهن در ترکیب VSMیج آنالیز است. بر اساس نتا Magnetic AC/CuSو

تواند دلیلی بر حضور ترکیبات مختلف در پوسته سبز بادام باشد. اما با حذف این آن، به هیچ عنوان مشاهده نشد که این امر می

ی سبز بادام مغناطیسی خاصیت مغناطیسی خود را یافتند. هاترکیبات طی فرآیند کربن نمودن در محیط کوره با دمای باال، پوسته




85

اما از طرفی تشکیل مواد قیری مانند حاصل از سوزاندن بسیاری از ترکیبات آلی تحت شرایط بیهوازی کوره روی سطح کاتالیست، از

قیری شکل از روی کاتالیست گردد طی فرآیند فعالسازی این موادطور که مشاهده میخاصیت مغناطیسی کربن کاسته است. اما همان

دست آمده خاصیت حذف شده و خاصیت مغناطیسی افزایش یافته است. در نهایت، قرارگرفتن سولفید مس بر روی کربن فعال به

تواند در عرض مدت کوتاهی بوسیله میدان مغناطیسی خارجی مغناطیسی را کمی کاهش داده است اما با این وجود نیز به راحتی می

جدا شود. از محلول

VSMآنالیز -4شکل

BETآنالیز - 5-1-3

مشخص گردید که فرآیند فعالسازی با امواج اولتراسونیک به طور بسیار مؤثری سبب بهبود سطح ویژه کربن BETطبق نتایج آنالیز

دست آمد که بیانگر به g/213.032 mهای حاصل از این آنالیز مقدار سطح ویژه پودر خام پوسته سبز بادام شده است. با توجه به داده

ادامه، پس از کربن کردن پودر خام مغناطیسی شده، سطح ویزه آن کاهش یافت و باشد. در نسبت سطح به حجم نسبتا پایینی می

اکسیژنی در محیط کوره ترکیبات آلی به شکل موادی قیر مانند بر روی سطح رسید. به این دلیل که تحت شرایط بی g/28.44 mبه

که این خود نیز بیانگر مناسب بودن فرآیند کربنه دهد گیرند و با گرفتگی خلل و فرج موجود، سطح ویژه را کاهش میجاذب قرار می

رسید. که بیانگر g/2186.83 mباشد. پس از فرآیند فعالسازی مواد کربنه، سطح ویژه به طور چشمگیری افزایش یافت و به شدن می

ب مدنظر حذف باشد که مواد قیری شکل طی فرآیند فعالسازی به خوبی از روی سطح و همچنین خلل و فرج جاذاین موضوع می

، با بارگذاری سولفید مس بر روی کامپوزیت مغناطیسی شده نسبت سطح به حجم کامپوزیت BETهای آنالیز شده است. براساس یافته

گیری مناسب سولفید مس بر روی سطح جاذب و همچنین دهنده جای( که نشانg/214.79 mای کاهش یافت )به طور قابل مالحظه

به دست آمده از این آنالیز میانگین قطر منافذ nm 39و 7.92، 20.32، 3.75باشد. همچنین مقادیر می خلل و فرج موجود بر آن

را به ترتیب در پوسته سبز بادام، کربن مغناطیسی، کربن فعال مغناطیسی و کربن فعال مغناطیسی پوشش یافته با سولفید مس

دهد. نشان می




86

نتی بیوتیک تتراسایکلینبررسی پارامترهای موثر بر جذب آ - 2-3

pHتأثیر -2-1- 3

MAC/CuSبهینه فرآیند جذب تتراسایکلین توسط نانوکامپوزیت pHکه مربوط به تعیین a5بر اساس نتایج ارائه شده در شکل

که طوریدارد به، بیشترین کارایی را =9pHنامبرده شده در شود که فرآیند جذب تتراسایکلین توسط نانو جاذبباشد، مشخص میمی

از pHدست آمد. بر اساس این نمودار درصد جذب تتراسایکلین با استفاده از جاذب با افزایش به pH 69/%۳4راندمان حذف در این

های عاملی چندگانۀ یونیزه شونده ارتقا یافت. تتراسایکلین مولکولی آمفوتریک است که دارای گروه %69/۳4به %94/5از 9به ۳

در باشد.می ) pH>۳بطوریکه شده پروتونه شکل در TC4H+به و است موجود )8<pH>۳ خنثی حالت در 0TC3H)11به و )

10<pH>8 ( به فرم مونوآنویونیک-TC2Hوجود دارد. بنابراین می ) توان اثر تغییراتpH بر سرعت جذب تتراسایکلین را به غالب

بر روی این نانو TCهای مختلف نسبت داد. یکی از دالیل احتمالی جذب مولکول pHبودن یک یا چند گونه از این آنتی بیوتیک در

از pHدر جاذب تتراسایکلین و جاذب بین مولکول electron donor–acceptor π–πهایدلیل واکنش تواند بهمی 8های باالتر

zpcpHشود که جاذب مذکور دارای مشخص می b5بررسی بار سطح جاذب در شکل . از طرفی بر اساس نتایج حاصل از (1۳)باشد

باالتر pHشارژ سطح جاذب مثبت است و در zpcpHکمتر از pHدانیم، درطور که می(. همان7zpcpH=باشد )در محدودة خنثی می

، واکنش الکترواستاتیک بین گروه TCباشد. بر این اساس در شرایط بازی مکانیسم غالب جذب از آن شارژ سطح جاذب منفی می

نیز و همکاران Zhao. در مطالعۀ (14)باشد. که در مطالعات مشابه نیز تأیید شده استدار آمین و سطح منفی جاذب می پروتون

.(15)اندمحقیقن نتایجی مشابه مطالعه حاضر گزارش نموده

گرم بر 0/ 25گرم بر لیتر، دوز نانوکاتالیست: میلی 20)غلظت تتراسایکلین: محلول بر بازده جذب pHتاثیر تغییرات ( a: 5شکل

MAC/CUSتعیین پتانسیل زتای کامپوزیت ( bدقیقه، دمای محیط( 60لیتر، زمان تماس

11Zwitterions

0102030405060708090

100

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

R %

pH

a b




87

تاثیر دوز نانوکامپوزیت مغناطیسی - 2- 2- 3

گرم بر 5/1تا 025/0دهد. با افزایش میزان جاذب از تغییر در میزان جاذب نشان می، بازده و ظرفیت جذب تتراسایکلین را با 6شکل

گرم بر لیتر، افزایش در بازده و کاهش در 2تا 5/1لیتر، بازده جذب به سرعت افزایش و ظرفیت جذب به سرعت کاهش یافت و از

۳16/6و ظرفیت جذب %16/6۳ین بازده جذب برابر گرم بیشتر 2طوریکه در میزان جاذب تری بود. بهظرفیت جذب با سرعت کم

گرم بر لیتر، تغییر چندانی در بازده و ظرفیت جذب تتراسایکلین 5/2تا 2گرم بر گرم بود. سپس با افزایش میزان جاذب از میلی

انتخاب گ 2مشاهده نگردید. بنابراین دوز ردید. که دلیل این امر گرم بر لیتر به عنوان دوز بهینه جاذب برای جذب تتراسایکلین

. ( 16)های جذب شونده به ازاء سطح جاذب باشدهای فعال جذب سطحی و محدود بودن مولکولتواند افزایش جایگاهمی

بر بازده جذب : تاثیر تغییر میزان جاذب 6شکل

، دمای محیط( pH=9دقیقه، 60میلی گرم بر لیتر، زمان تماس 20)غلظت تتراسایکلین:

تأثیر غلظت تتراسایکلین و زمان تماس -3- 2- 3

یابد. جاذب کاهش میتوان دریافت که با افزایش غلظت اولیه تتراسایکلین، کارایی حذف نانو، نیز می7طبق نتایج ارائه شده در شکل

تر ها سریعهای جذب محدودی هستند که با افزایش غلظت اولیه آالینده، این محلها دارای محلدلیل است که جاذباین امر به این

توان به جذب انتخابی جاذب به یک نوع آالینده چنین دلیل دیگر برای این پدیده را می یابد. هماشباع شده و کارایی حذف کاهش می

های مشخصی برای جذب آالینده مشخص وجود دارد. به این گونه موارد بر روی جاذب، محلاین ترتیب که در این نسبت داد، به

. (17)یابدهای جذب اختصاصی، میزان جذب کاهش می ترتیب که با افزایش میزان آالینده و به دلیل ثابت بودن محل

0

10

20

30

40

50

60

70

0 0.250.50.75 1 1.251.51.75 2 2.252.5

R %

Dose(g/L)




88

MAC/CuS بر جذب آن با استفاده از نانوکاتالیست مغناطیسی : تاثیر تغییرات غلظت آالینده تتراسایکلین 7شکل

، دمای محیط( pH=9گرم بر لیتر، 2)دوز کاتالیست:

بررسی تاثیر دما بر کارایی جذب تتراسایکلین - 4- 2- 3

میزان تاثیر دما در روند جذب تتراسایکلین را نشان می دهد. همانگونه که مشاهده می شود با افزایش دما میزان درصد حذف 8شکل

مطالعات بسیاری که در این خصوص انجام گرفته است، مشخص شد که فرایند جذب سطحی، یابد. در طی نیز افزایش چشمگیری می

توان دلیل افزایش درصد حذف در این قسمت را افزایش سرعت واکنش جذب به علت گرماگیر این مییک فرایند گرماگیر است. بنابر

جهشی قابل درجه سانتی گراد 20ین تحقیق از دمای این در حالی است که جاذب به کار برده شده در ا بودن این فرایند دانست.

درجه سانتی گراد تفاوت چشمگیری اتفاق نمی افتد. بنابراین جهت صرفه اقتصادی و عدم هدر رفت 50یابد و از این دما تا توجه می

انرژی دمای بهینه، دمای محیط در نظر گرفته شد.

MAC/CuS تتراسایکلین با استفاده از کاتالیست مغناطیسیبر جذب : تاثیر تغییرات دما8شکل

دقیقه( 120میلی گرم بر لیتر، زمان: 20، غلظت آالینده: pH=9گرم بر لیتر، 2)دوز کاتالیست:

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

R %

Time(min)

5 mg/L

10 mg/L

20 mg/L

50 mg/L

100 mg/L

0102030405060708090

100

0 10 20 30 40 50

(R (

%)

Temprature (oC)




89

MAC/CuSهای جذب تتراسایکلین توسط نانوکامپوزیت بررسی مدل ایزوترم -3- 3

پارامترهای ایزوترم جذب تتراسایکلین توسط جاذب 1جدول مدل غیر 9باشد. همچنین در شکل می MAC/CuSنشان دهنده

های آزمایشگاهی با نتایج خروجی مدل شود که دادههای ایزوترمی ترسیم شده است. بر اساس نتایج حاضر، مشخص میخطی داده

و برای ایزوترم فروندلیچ 0.99 برابر با ( نیز برای ایزوترم النگمویر و تمکین2Rن )تمکین بیشترین همخوانی را دارند. ضریب تعیی

های تمکین و النگمویر است. پارامتر های جذب ایزوترمی با مدلدهندة متناسب بودن دادهبه دست آمده است. که نشان 0.98برابر با

RMSE تمکین مدل در تمکین می 0.384نیز ایزوترمی مدل با خروجی آزمایشگاهی نتایج بهتر تبیعت دهنده نشان که باشد

دهد واکنش جذب )ثابت تمکین( به دست آمده است که نشان می bt=1180دار ، مق1باشد. بر اساس اطالعات حاضر در جدول می

تخمینی مدل ایزوترم النگمویر qmaxبه صورت گرمازا در دامنه غلظتی مورد مطالعه بوده است. MAC/CuSتتراسایکلین بر روی

بین RLباشد. پارامتر بدون بعد زدیک میبسیار ن حاصل از نتایج آزمایشگاهی، qmaxبه دست آمده است که با 13.5mg/gبرابر با

در ایزوترم فروندلیچ nباشد. همچنین پارامتر می MAC/CuSدست آمد که بیانگر جذب مطلوب تتراسایکلین بر روی صفر و یک به

باشد. جاذبی مطلوب و سودمند برای فرایند جذب سطحی می MAC/CuSدهد شده است که نشان می 2.99برابر با

: مقایسه ایزوترم های فروندلیچ، النگمویر و تمکین برای پژوهش حاضر 9شکل

MAC/CuS: ثابت مدل های ایزوترم برای جذب تتراسایکلین توسط جاذب 1جدول

Langmuir Freundlich Temkin

R2 qmax KL RMSE R2 KF n RMSE AT (L/g) bT B (J/mol) R2 RMSE

0.996 13.514 0.239 0.780 0.980 3.421 2.994 0.805 5.69 1180 2.1 0.99 0.384

MAC/CuSبررسی سینتیک جذب تتراسایکلین توسط جاذب - 4- 3

کند. شونده و کنترل زمان در فرآیند جذب بیان میسینتیک جذب اطالعات مهمی در مورد مکانیسم جذب، سرعت جذب ماده جذب

به وسیله مطالعه سینتیک در غلظت اول و شبه درجه دوم قابلیت کاربرد مدل سینتیکی شبه درجه اولیه در تحقیق حاضر های

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 20 40 60 80 100

qe

(mg/g

)

Ce (mg/L)

Experimental values

Langmuir

Freundlich

Temkin




90

باشد و می MAC/CuSبیانگر بررسی سینتیک جذب تتراسایکلین توسط جاذب 10 شونده بررسی شد. شکلمتفاوت از ماده جذب

در سه مدل سینتیکی بررسی شده، نشان 2Rمقایسه مقادیر ضریب دهد. پارامترها و ضرایب همبستگی مربوط را نشان می 2جدول

ها با باشد و بیشتر جاذبمی 2مهمترین سینتیک از نظر سرعت واکنش، درجه باشد. دهنده تطابق جذب با مدل شبه درجه دو می

. (18)کنندکارایی باال از این سینتیک پیروی می

: کاربرد مدل های سینتیکی برای داده های تجربی مطالعه حاضر 10شکل

MAC/CuS: نتایج مدل های سینتیکی جذب تتراسایکلین توسط جاذب 2جدول

First order qe k1 h0 R2 RMSE

4.57 0.0307 0.14 0.99 2.46

second

order

qe k2 h0 R2 RMSE

7.35 0.01412 0.76 1.00 0.19

مطالعه ترمودینامیک فرآیند جذب تتراسایکلین: - 5- 3

نشان دهنده اثر دما و ترمودینامیک جذب تتراسایکلین توسط نانوکامپوزیت مغناطیسی مورد مطالعه است. پس از محاسبه 11شکل

رسم شد. عالمت منفی T/1در برابر dLnKثابت تعادل ترمودینامیکی برای دماهای مختلف و محاسبه انرژی آزاد مربوطه نمودار

بیانگر این (ΔH)پذیری( فرآیند جذب است. مقدار مثبت دهنده خود به خودی بودن )امکانان( نشΔGتغییرات انرژی آزاد گیبس)

بیانگر تمایل (ΔS)است که فرآیند جذب به طور طبیعی گرماگیر است و ظرفیت جذب با افزایش دما افزایش می یابد. مقدار مثبت

( ΔSذب و جذب شونده است. مقدار مثبت تغییرات آنتروپی)جاذب به ماده جذب شونده در محلول و برخی تغییرات ساختاری در جا

مایع در طی جذب افزایش یافته است. -بیانگر این است که درجه آزادی)روانی( در حد واسط جامد

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 50 100 150 200 250 300

qt

(mg/g

)

Time (min)

Experimental values

First order

Second order




91

: پارامترهای ترمودینامیکی محاسبه شده جذب تتراسایکلین توسط نانوکامپوزیت سنتز شده3جدول

T (K) H° (kJ/mol) S° (J/mol.k) Delta G (kJ/mol)

278 0.07152346 88.42531 -20.87356243

283 -22.22164358

293 -24.42351752

313 -26.31524963

323 -27.22318125

برای جذب سطحی تتراسایکلین توسط نانوکامپوزیت مغناطیسی سنتز شده T/1در برابر dln K: رسم خطی 11شکل

نتیجه گیری -4جهت حذف تتراسایکلین CuSاین پژوهش با هدف سنتز و بررسی کارایی نانوکامپوزیت جدید کربن فعال مغناطیسی پوشش یافته با

و pHاز محلول های آبی و همچنین مطالعه ایزوترم، ترمودینامیک و سینتیک این فرآیند انجام شد. نتایج نشان داد که با افزایش

200، زمان تماس pH=9در شرایط بهینه جذب )یابد و دوز جاذب و همچنین با کاهش غلظت اولیه آالینده درصد جذب افزایش می

میلی گرم بر لیتر 20( درصد جذب تتراسایکلین با غلظت درجه سانتی گراد 20گرم بر لیتر و دمای 2وز نانوکامپوزیت دقیقه، د

است 70حدود ایزوترم .درصد از آمده به دست های فرآیند جذبداده که داد نشان تمکین و فروندلیچ النگمویر، تعادلی های

یسی سنتز شده با مدل تمکین تطابق دارد. طبق نتایج مطالعات ترمودینامیک تغییرات به وسیله نانوکامپوزیت مغناط تتراسایکلین

توان منفی می (ΔG)و مقدار انرژی آزاد گیبس kJ/mol 0.072برابر (ΔH)، تغییرات آنتالپیJ/mol k 88.43برابر (ΔS)آنتروپی

های به دست امده از محاسبات خودی و اگزوترمیک است. همچنین بر اساس دادهنتیجه گرفت که فرآیند جذب مورد نظر خودبه

شود که جذب تتراسایکلین توسط جاذب مورد نظر بر طبق مدل سینتیک شبه درجه دوم توصیف سینتیک واکنش مشخص می

جاذب مناسبی جهت حذف CuSگرفت نانوکامپوزیت کربن فعال مغناطیسی پوشش یافته با توان نتیجهشود. بر این اساس میمی

آنتی بیوتیک تتراسایکلین از محلول های آبی است چرا که عالوه بر کارایی بسیار خوب آن، به دلیل خاصیت مغناطیسی باال، به

شود.سادگی از محیط آزمایش توسط میدان مغناطیسی خارجی جداسازی می

y = -5.7613x + 9.6032

R² = 0.9785

8.28.48.68.89.09.29.49.69.8

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25

Ln

kd

1/T (K-1)




92

مراجع

• Tiwari A, Shukla A, Tiwari D, Lee SM. Nanocomposite thin films Ag0 (NP)/TiO2 in the efficient

removal of micro-pollutants from aqueous solutions: A case study of tetracycline and sulfamethoxazole

removal. Journal of environmental management. 2018;220:96-108.

• Lin C, Xie X, Li C, Yan Q. Co0. 5Zn0. 5Fe2O4/Ag3PO4: A magnetic, highly efficient visible-light

photocatalyst and the Z-scheme mechanism for removal of anionic dye and tetracycline hydrochloride.

Materials Science in Semiconductor Processing. 2018;82:46-53.

• Hoseini M, Safari GH, Kamani H, Jaafari J, Mahvi A. Survey on removal of tetracycline antibiotic from

aqueous solutions by nano-sonochemical process and evaluation of the influencing parameters. Iranian

Journal of Health and Environment. 2015;8(2).

• Liu Q, Zhong L-B, Zhao Q-B, Frear C, Zheng Y-M. Synthesis of Fe3O4/polyacrylonitrile composite

electrospun nanofiber mat for effective adsorption of tetracycline. ACS applied materials & interfaces.

2015;7(27):14573-83.

• Nasseh N, Taghavi L, Barikbin B, Nasseri MA. Synthesis and characterizations of a novel

FeNi3/SiO2/CuS magnetic nanocomposite for photocatalytic degradation of tetracycline in simulated

wastewater. Journal of cleaner production. 2018;179:42-54.

• Ayodhya D, Veerabhadram G. Facile fabrication, characterization and efficient photocatalytic activity of

surfactant free ZnS, CdS and CuS nanoparticles. Journal of Science: Advanced Materials and Devices.

2019;4(3):381-91.

• Salehnia S, Barikbin B, Dorri H. The efficiency of magnetic carbon activated by iron oxide nanoparticles

in removing of Cu (II) from aqueous solutions. Journal of Birjand University of Medical Sciences.

2016;23(1):44-55.

• Liu Q-S, Zheng T, Wang P, Guo L. Preparation and characterization of activated carbon from bamboo

by microwave-induced phosphoric acid activation. Industrial Crops and Products. 2010;31(2):233-8.

• Patnukao P, Pavasant P. Activated carbon from Eucalyptus camaldulensis Dehn bark using phosphoric

acid activation. Bioresource Technology. 2008;99(17):8540-3.

• Eslami H, Khosravi R, Miri MR, Gholami A, Ghahramani E, Khosravi A. Facile preparation of porous

activated carbon under ultrasonic assistance for the Methylene blue removal from aqueous environment:

characterization, isothermal, kinetic and thermodynamic studies. Materials Research Express.

2020;7(1):015620.

• Beyki MH, Shirkhodaie M, Shemirani F. Polyol route synthesis of a Fe 3 O 4@ CuS nanohybrid for fast

preconcentration of gold ions. Analytical Methods. 2016;8(6):1351-8.

• Wu RS, Lam KH, Lee JM, Lau T. Removal of phosphate from water by a highly selective La (III)-chelex

resin. Chemosphere. 2007;69(2):289-94.

• Marzbali MH, Esmaieli M, Abolghasemi H, Marzbali MH. Tetracycline adsorption by H3PO4-activated

carbon produced from apricot nut shells: A batch study. Process Safety and Environmental Protection.

2016;102:700-9.

• Chen W-R, Huang C-H. Transformation kinetics and pathways of tetracycline antibiotics with manganese

oxide. Environmental Pollution. 2011;159(5):1092-100.

• Zhao Y, Geng J, Wang X, Gu X, Gao S. Tetracycline adsorption on kaolinite: pH, metal cations and

humic acid effects. Ecotoxicology. 2011;20(5):1141-7.




93

• Feng Y, Gong J-L, Zeng G-M, Niu Q-Y, Zhang H-Y, Niu C-G, et al. Adsorption of Cd (II) and Zn (II)

from aqueous solutions using magnetic hydroxyapatite nanoparticles as adsorbents. Chemical

Engineering Journal. 2010;162(2):487-94.

• Wang Y-J, Jia D-A, Sun R-J, Zhu H-W, Zhou D-M. Adsorption and cosorption of tetracycline and copper

(II) on montmorillonite as affected by solution pH. Environmental Science & Technology.

2008;42(9):3254-9.

• Davoud Balarak, Mostafapour FK, Joghataei A. Experimental and Kinetic Studies on Penicillin G

Adsorption by Lemna minor. British Journal of Pharmaceutical Research. 2016;9(5):1-10.




94

Evaluation of the efficiency of magnetically activated carbon Nano composite

coated with CuS in the adsorption of tetracycline from aqueous solutions

Narjes sadat mazari moghaddama*, Negin Nassehb, Behnam Barikbin c,d,

Rasoul Khosravib a Student Research Committee, Birjand University of Medical Sciences, Birjand, Iran

b Social Determinants of Health Research Center, Faculty of Health, Environmental

Health Engineering Department, Birjand University of Medical Sciences, Birjand, Iran c Social Determinants of Health Research Center, Birjand University of Medical

Sciences, Birjand, Iran d Social Determinants of Health Research Center, Mashhad University of Medical

Sciences, Mashhad, Iran

Abstract

Nowadays, it is very important to study the removal of antibiotic residues from aquatic environments in

order to reduce its negative effects on human health and the environment. Therefore, this study was

performed on a laboratory scale with the aim of synthesizing and evaluating the efficiency of a new

magnetic activated carbon nanocomposite coated with CuS to remove tetracycline from aqueous solutions

and also to study the isotherm, thermodynamics and kinetics of this process. The synthesized adsorbent was

characterized by BET, XRD, VSM, FESEM and FT-IR techniques. The effect of parameters such as pH,

initial tetracycline concentration, adsorbent mass, temperature and contact time were studied. The results

showed that with increasing pH and adsorbent dose as well as decreasing the initial concentration of

contaminants, the percentage of adsorption increases and under optimal conditions (pH=9, contact time 200

minutes, nanocomposite dose 2g/L, initial concentration 20mg/L and temperature 20) The absorption

percentage of tetracycline is about 70%. Data obtained from the Langmuir, Freundlich and Tamkin

equilibrium isotherms showed that the adsorption process of tetracycline by the synthesized magnetic

nanocomposite was consistent with the Tamkin model. The results of thermodynamic studies of entropy

changes(ΔS) equal to 88.43J/mol k enthalpy changes(ΔH) equal to 0.072kJ/mol and Gibbs free energy(ΔG)

showed that the adsorption process is spontaneous and exothermic. Also, in the study of reaction kinetics,

it is found that the adsorption process follows the quasi-quadratic kinetics model. According to the findings

of the present study, it is possible to suggest a suitable adsorbent for magnetic activated carbon

nanocomposite coated with CuS to remove tetracycline antibiotics from aqueous solutions.

Keywords: MAC/CuS; adsorption; tetracycline antibiotic; aqueous solution




95

مطالعه سینتیک جذب کادمیوم توسط نانورس با مدل شبه کاذب درجه دوم

تکتم شهریاری [email protected] ، تهران، تهران، ایراناستادیار دانشکده محیط زیست، پردیس دانشکده های فنی، دانشگاه

چکیده کنترل کننده بررسی مکانیسم برای نفوذ، جذب سطحی و جذب معادالت سینتیک جذب مانند فرآیند جذب ی

نانورس از فاضالب باتری سازی مورد جذب کادمیوم توسط مطالعه سینتیک این در شیمیایی استفاده می شوند.

بررسی قرار گرفت. فاضالب مورد آزمایش از کارخانه ای در شهریار تهیه شد. اندازه نانورس به کار رفته در آزمایش

منظور مطالعه نانومتر بود. نانورس برای جذب کادمیوم از فاضالب باتری سازی مورد تحقیق قرار گرفت. به 18/1ها

دقیقه انجام شد. 125و 100، 75، 50، 25فرآیند جذب توسط جاذب نانورس، آزمایشها در زمان های سینتیک

1/0درجه سانتیگراد در نظر گرفته شد. برای انجام آزمایش ها مقدار جاذب برابر 25دمای به کار رفته در آزمایش ها

اندازه گیری شد. به منظور بررسی سینتیک جذب میلی گرم بر لیتر 87/1گرم بود. مقدار کادمیوم موجود در فاضالب

مدل شبه کاذب درجه اول و مدل شبه کاذب درجه دوم به کار رفت. نتایج حاصل از آزمایش ها نشان داد که مدل

مدل درجه دوم شبه کاذب بر فرآیند جذب شیمیایی عالوه بر جذب فیزیکی . شبه کاذب درجه دوم مناسب می باشد

در مدل سینتیکی شبه مرتبه دوم ی دهد که جذب بستگی به ماده جذب شدنی و جاذب دارد.اشاره دارد و نشان م

ی فرآیندها می باشد. فرض براین است که جذب شیمیایی، کنترل کننده

جاذب، سینتیک، کادمیوم، نانورس کلمات کلیدی:

. مقدمه 1فلزات سنگین است که خطر جدی برای محیط زیست به شمار می آید.در دهه گذشته ورود آالینده ها به اکوسیستم افزایش یافته

,.Ren et al)(،1۳9۳اخوان سپهی و همکاران،)به صورت آالینده از منابع طبیعی و انسان ساخت وارد محیط زیست می شوند

2013).

. متاسفانه اصوال تخیله پساب پساب های صنعتی معموال حاوی مواد سمی هستند و برای ورود به محیط زیست باید تصفیه شوند

، افزایش غلظت مواد محلول و مواد معلق، افزایش فلزات سنگین، افزایش رنگ و کدورت pHهای صنعتی می تواند منجر به تغییرات

یی آب شود. سهم صنایع مختلف در آلودگی منابع آب مساوی نیست. فلزات سنگین مانند کروم، نیکل، کادمیوم، سرب از قدرت خودپاال

(.1۳97آب توسط میکروارگانیسم ها جلوگیری می کنند)منصوری،





96

از آن جایی که بسیاری از فلزات سنگین باعث بروز مشکالت و بیماری های مختلفی می شوند، لذا حذف آن ها یک ضرورت مهم به

(. 1۳94؛ زوارموسوی و لطفی، 1۳9۳حساب می آید)نیکنام و همکاران،

ای محیط زیست کادمیوم است که معموال از طریق پساب خروجی صنایع مختلف که موجب آلودگی آب یکی از فلزات خطرناک بر

های سطحی می شود. کادمیوم معموال در فاضالب های صنایع آبکاری، باتری سازی، تولید رنگ و مواد شیمیایی وجود دارد و به

;Choi et al., 2014()1۳94شمه سلطانی و همکاران،علت سمیت باال و متحرک بودن در خاک مورد توجه می باشد)درویشی چ

Lebeau et al., 2002 .)

Diyauddeen et al., 2011 Coman et al., 2013; Fuروش های متعددی در جهت حذف فلزات سنگین ارائه شده است)

and Wang, 2011; .)

های فیزیکی )جداسازی اکسیداسیون و احیاء(، روشهای شیمیایی )ترسیب، های حذف فلزات سنگین شامل روشبه طور کلی روش

جذب فلزات سنگین از پساب های صنعتی های بیولوژیکی )لجن فعال، صافی چکنده و برکه تثبیت( می باشند. غشایی، تبخیر( و روش

(.1۳88؛ صفری، 1۳8۳)اسدیان فعلی، یکی از مباحث مهم زیست محیطی محسوب می شود

لزات روش های متعددی در مورد بازیابی آنها انجام شده است. باتوجه به کاهش منابع ف

(. در جذب Qiu et al., 2009های آلوده است)ها از محیطهای حذف آالیندهفرآیند جذب سطحی یکی از پر کاربردترین روش

از جمع آوری مواد سطحی از ظرفیت جاذب برای حذف مواد خاصی از محلول استفاده می شود. فرآیند جذب سطحی عبارت است

روی سطح مواد جاذب است. جذب سطحی را می توان بدین صورت در نظر گرفت که در آن مولکول ها محلول را ترک و توسط

و فیزیکی در سطح جاذب نگه داشته می شوند)فخرایی، پیوند بین سطح جاذب و مواد 1۳88پیوندهای شیمیایی به نوع (. بسته

شود. کی و شیمیایی تقسیم میشونده، فرآیند جذب فیزیجذب

گیرد و جاذبه بین مولکولی نیروی غالب است. در این حالت فرآیند جذب به انرژی در جذب فیزیکی، تبادل الکترون صورت نمی

جاد توجهی همراه نیست. جذب فیزیکی انتخابی نبوده و به صورت چند الیه ایسازی نیاز ندارد و با جذب یا آزاد شدن انرژی قابلفعال

های های محلول و مکانای انتخابی است که همراه با تبادل الکترون بین مولکول شود. جذب شیمیایی به صورت جذب تک الیهمی

(. 1۳92گردد)هادوی فر، ویژه سطح ایجاد می

رجه اول و دوم در این تحقیق سینتیک جذب کادمیوم از فاضالب باتری سازی با استفاده از نانورس توسط مدل های شبه کاذب د

مورد بررسی قرار گرفت.

هامواد و روش -2نانومتر اسـتفاده گردید. کادمیوم موجود در فاضـالب 18/1برای جذب کادمیوم از فاضـالب باتری سـازی از جاذب نانورس به اندازه

های باتری ســازی واقع در شــهریار تهیه بود که از یکی از کارگاه mg/L 87/1مورد اســتفاده در آزمایشــهای این تحقیق به مقدار

گردید.

همچنین ترازوی دیجیتالی عیین غلظت کادمیوم اسـتفاده شـد.برای ت GBCاسـپکتروفتومتری جذب اتمی مدل در این تحقیق، از

ــاخت آلمان به کار رفت. برای نگهداری و انتقال نمونه ها ظروف پلی IKA RCT basicهمزن مغناطیســی و AE200 مدل س

اتیلنی مورد استفاده قرار گرفت.




97

گرفت قرار بررسی مورد فاضالب و آب آزمایشهای استاندارد روشهای کتاب اساس بر کادمیوم فلز تعیین منظور به ها نمونه

(Franson, 2005 .)

گرم نانورس تماس 1/0کادمیوم با فاضالب حاوی cc100ها برای انجام آزمایش پرداخته است.این مطالعه به بررسی سینتیک جذب

درجه سانتیگراد صورت 25دقیقه بر روی همزن قرار داده شد. آزمایش ها در دماهای 125و 100، 75، 50، 25در زمان های داده و

ها اندازه گیری شد. گرفت. در انتها پس از جداسازی نانورس، مقدار کادمیوم باقی مانده در هر یک از نمونه

نتایج و بحث -3 125و 100، 75، 25،50ه وسیله جاذب نانورس در این تحقیق، آزمایشها در زمان های جهت بررسی سینتیک جذب کادمیوم ب

دقیقه در نظر گرفته شد. 100میلی لیتر و زمان تعادل 100گرم در 1/0برای انجام آزمایش ها مقدار جاذب برابر دقیقه انجام شد.

2همچنین در شکل درجه اول بر اساس زمان را نشان می دهد. مدل شبه کاذب 1آورده شده است. شکل 2و 1نتایج در شکلهای

سینتیک جذب بر اساس مدل شبه کاذب درجه دوم ترسیم شده است.

کاربرد مدل درجه اول شبه کاذب در سینتیک جذب کادمیوم توسط نانورس -1شکل

y = -0.0238x - 0.8291

R² = 0.9814

-4.5

-4

-3.5

-3

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0 50 100 150

ln(q

e-q

t)

t (min)




98

کاربرد مدل درجه دوم شبه کاذب در سینتیک جذب کادمیوم توسط نانورس -2شکل

آورده شده است. 1مدل ارائه شده برای سینتیک درجه اول در معادله

ln(𝑞𝑒 − 𝑞𝑡) = ln(𝑞𝑒) − 𝑘. 𝑡 (1 )

eq گرم، : مقدار ماده جذب شدنی در حالت تعادل بر حسب میلی گرم برtq مقدار ماده جذب شدنی در زمان :t ،)میلی گرم بر گرم(

t ،زمان جذب بر حسب دقیقه :k : )ثابت نرخ جذب )یک بر دقیقه

به دست می آید. 2ثابت تعادل با استفاده از رابطه

𝑡

𝑞𝑡=

1

𝑘.𝑥𝑞𝑒2

+ 𝑡/𝑞𝑒 (2 )

k : ( )گرم بر میلی گرم در دقیقه( نرخ ثابت جذب درجه دومKhaled et al., 2009 .)

می باشد و این ضریب 9986/0در می یابیم که ضریب همبستگی در مدل درجه دوم شبه کاذب برابر 2و 1با مشاهده شکل های

است. بنابراین می توان نتیجه گرفت که کارایی مدل شبه کاذب درجه دوم برای توصیف 9814/0برای مدل درجه اول شبه کاذب

و نشان سینتیک جذب درجه دوم به جاذب و جذب شونده بستگی دارد ناسب است. فرآیند جذب کادمیوم توسط جاذب نانورس م

که روی حذف کروم انجام شد، نشان داد 2010مطالعه ای که در سال دهنده جذب شیمیایی همراه با جذب فیزیکی می باشد.

(. Yong Gang et al., 2010سینتیک جذب در تحقیق مذکور از مدل درجه دوم تبعیت می کند)

y = 0.5634x + 3.949R² = 0.9986

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 20 40 60 80 100 120 140

(t/q

t) (

min

g/m

g)

t (min)




99

. نتیجه گیری4یکی از وظایف انسان ها به شمار می رود. در بیشتر فعالیت های صنعتی آب کاربرد گسترده ای داردکه به تبع زیست محیط حفظ

آن منجر به آلودگی آن می شود. بنابراین باید نسبت به منابع آلوده کننده آب و روش های پیشگیری و پاالیش آن مطالعات گسترده

ضری است که تخلیه آنها محیط زیست را با مشکالت زیادی رو به رو می کند. بهفاضالب صنایع حاوی ترکیبات مای صورت گیرد.

دقیقه صورت 125و 100، 75، 50، 25منظور بررسی سینتیک فرآیند جذب کادمیوم توسط جاذب نانورس، آزمایشها در زمان های

از بین مدل های نتایج نشان داد که ت.گرفت. مدل های شبه کاذب درجه اول و درجه دوم برای بررسی سینتیک جذب به کار رف

سینتیکی، مدل شبه کاذب مرتبه دوم واکنش برای آزمایشهای این تحقیق مناسب است. رابطه شبه کاذب درجه دوم نشان می دهد

که جذب شیمیایی همراه جذب فیزیکی صورت می گیرد.

مراجع کلیفرمهای مقاومت میزان (. بررسی1۳9۳لی درمنی، محمد. )اخوان سپهی، عباس، شریفیان، سحر، ذوالفقاری، محمدرضا، خلی •

سلولی پژوهشهای مجلهسنگین. فلزات به اراک شهر خانه تصفیه از و بخشهایی خانگی صنعتی، پسابهای از شده جدا رودهای

. 178-167 (،2)27، ایران( شناسی زیست )مجله مولکولی و

(. بررسی کمی و کیفی تصفیه خانه فاضالب صنعتی چرمشهر در رابطه با حذف کروم و بهینه 1۳8۳) یژن.اسدیان فعلی، ب •

دانشکده محیط زیست.سازی آن. دانشگاه تهران،

(. کاربرد نانو 1۳94درویشی چشمه سلطانی، رضا، گودینی، حاتم، قنادزاده، محمدجواد، رجایی، محمدصادق، صفری، مهدی. ) •

. 10-2، ۳مجله آب و فاضالب، شده در آلرژینات برای جذب کادمیم از محلول های آبی. تثبیت پودر سیلیکای

(. حذف نیکل و کادمیم از محلول های آبی توسط نانو ذرات مغناطیسی اصالح شده. 1۳94زوارموسوی، سید حسن، لطفی، زهرا. ) •

. 11-2، 1، مجله آب و فاضالب

دانشکده (. حذف کروم شش ظرفیتی با استفاده از نانوذرات آهن و تیتانیم از محلولهای آبی. دانشگاه تهران، 1۳88صفری، علی. ) •

محیط زیست.

(. بررسی کمی و کیفی پساب کارگاههای آبکاری شهرکهای صنعتی عباس آباد و منطقه شرق تهران و ارائه 1۳88فخرائی، فریبا. ) •

راهکارهای مناسب جهت حذف آالینده کروم. دانشگاه تهران، دانشکده محیط زیست.

پسماند، صوت(. انتشارات آراد کتاب.(. آلودگی محیط زیست)هوا، آب، 1۳97منصوری، نبی اهلل. ) •

و سنگین فلزات حذف در کشاورزی پسماندهای کارایی و کاربرد (.1۳9۳نیکنام، محمد صادق، شهبازی، افسانه، فرجلو، جواد. ) •

.۳8-2۳ ،۳1 زیست، محیط و انسان فصلنامهبهینه. جذب مطالعات: پساب و آب از رنگ

های جیوه و کادمیوم از محلول های آبی در سیستم پیوسته و ناپیوسته با استفاده از نانو یون(. حذف 1۳92هادوی فر، مجتبی. ) •

های کربنی چند دیواره ی تیول و آمین دار شده. دانشگاه تربیت مدرس. لوله

• Choi, S.Y., Nguyen, V.T., Lee, J., Kang, H., & Pandey, B.D. (2014). Liquid–liquid extraction of Cd(II)

from pure and Ni/Cd acidic chloride media using Cyanex 921: A selective treatment of hazardous

leachate of spent Ni–Cd batteries. Journal of Hazardous Materials, 278, 258–266.




100









• Khaled, A., Namr, A.E., Sikaily, A.E., & Abdelwahab, O. (2009). Removal of Direct N Blue-106 from

artificial textile dye effluent using activated carbon from orange peel: Adsorption isotherm and kinetic

studies. Journal of Hazardous Materials, 165(1-3), 100-110.

• Lebeau, T., Bagot, D., Jezequel, K., & Fabre, B. (2002). Cadmium biosorption by free and immobilised

microorganisms cultivated in a liquid soil extract medium: effects of Cd, pH and techniques of culture.

The Science of the total environment, 291(1–3), 73–83.

• Qiu, H., Lv, L., Pan, B., Zhang, Q., Zhang, W., & Zhang, Q. (2009). Critical review in adsorption kinetic

models. Journal of Zhejiang University SCIENCE A, 10(5), 716–724.

• Ren, T., He, P., Niu, W., Wu, Y., Ai, L., & Gou, X. (2013). Synthesis of α-Fe2O3 nanofibers for

applications in removal and recovery of Cr(VI) from wastewater. Environmental Science and Pollution

Research, 20(10),155–162.

• Yong Gang, Z., Hao Yu, S., Sheng Dong, P., & Mei Qin, H. (2010). Synthesis, characterization and

properties of ethylenediamine functionalized Fe3O4 magnetic polymers for removal of Cr(VI) in

wastewater. Journal of Hazardous Materials, 182, 295–302.




101

Study of cadmium adsorption kinetics by nanoclay with pseudo-second-order

model


Tehran, Iran, [email protected]

Abstract Adsorption kinetic equations are used to investigate the mechanisms that control the adsorption process

such as diffusion, adsorption and chemical adsorption. In this study, the adsorption kinetics of cadmium by

nanoclay from battery wastewater was investigated.The tested wastewater was obtained from a factory in

Shahriar. The size of nanoclay used in the experiments was 1.18 nm. Nanoclays were investigated for the

adsorption of cadmium from battery wastewater. In order to study the kinetics of the adsorption process by

nanoclay adsorbent, experiments were performed at 25, 50, 75, 100 and 125 minutes. The temperature used

in the experiments was considered to be 25 °C. The amount of adsorbent was 0.1 g for experiments. The

amount of cadmium in wastewater was measured 1.87 mg/L. The pseudo-first-order model and the pseudo-

second-order model were used to investigate the adsorption kinetics. The results of the experiments showed

that the pseudo-second-order model is suitable. The pseudo- second-order model refers to the process of

chemical adsorption in addition to physical adsorption and shows that adsorption depends on the adsorbent

and adsorbent. The pseudo-second-order model refers to the process of chemical adsorption in addition to

physical adsorption and shows that adsorption depends on the adsorbent and adsorbate. In the quasi-second-

order kinetic model, it is assumed that chemical adsorption controls processes.

Keywords: Adsorbent, Cadmium, Kinetics, Nano clay





102

نانوذرات آهن و یون های مختلف آهن در سیاه ماهی ( 96h-50LCتعیین غلظت کشنده )

، حسین شکری *3، جواد خارکن2، دکتر برهان منصوری، معصومه خیریه1دکتر محمد حسین صیادی

[email protected]دانشیار گروه محیط زیست دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست، دانشگاه بیرجند -1

[email protected]کارشناس علوم دام، دانشکده کشاورزی، دانشگاه بیرجند -2

[email protected]یرجند دانشجوی دکتری علوم و مهندسی محیط زیست دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست، دانشگاه ب -۳

چکیده نانوذرات اکسید آهن ) ارزان، فراوانی، خواص مغناطیسی منحصر به فرد و NPs 4O3Feکاربرد ( به دلیل قیمت

در مقایسه با یون واکنش سریع افزایش یافته است. هدف از این مطالعه سنجش سمیت حاد نانوذرات اکسید آهن

سیاه در آهن مختلف باشد. ساعت 96برایOECD 203 مطابق (Capoeta fusca) ماهی های برای می

پیدا کردن پیش تستی انجام شد که در آن غلظت های متفاوتی برای 50LCسنجش سمیت حاد و در نهایت

نانوذرات اکسید آهن و یون های آهن در معرض ماهیان قرار گرفتند در طول دوره سنجش، میزان مرگ و میر در

ساعت 96و 72، 48، 24ت ثبت شد و بالفاصله از محیط آکواریوم خارج شدند میزان مرگ و میر در زمان هر غلظ

برای 96h -50LCمقادیر محاسبه شد. 50LCاندازه گیری شد و در نهایت بر اساس داده های به دست آمده میزان

میلی 2/5و ۳/۳، 6/1، ۳/۳2سولفات آهن به ترتیب برابر و یون های نیترات آهن، کلرید آهن و نانوذرات اکسید آهن

گرم بر لیتر می باشد لذا باالترین میزان سمیت حاد مربوط به نیترات آهن و پس از آن مربوط به کلرید آهن، سولفات

میزان سمیت یون های فلزی آهن بیشتر آهن و سر آخر نانوذرات اکسید آهن می باشد و نتایج نشان می دهد که

نانوذرات آهن می باشد. زا

سیاه ماهی، قنات نانوذرات اکسید آهن، سمیت حاد، کلمات کلیدی:

. مقدمه 1گیرد و استفاده از آنها در بین نانومواد پرمصرف در بخش های مختلف، نانوذرات آهن به طور بسیار چشمگیری مورد استفاده قرار می

به دالیلی از قبیل (Fe3O4 NPs) بسیار زیادی درحال گسترش است. نانوذرات اکسید آهندر بخش های مختلف انسانی با سرعت

قیمت پایین آن در مقایسه با سایر نانوذرات، فراوانی، خواص مغناطیسی منحصر به فرد، واکنش پذیری سریع، توانایی و کارایی باال و

(.2017و همکاران، 12نانوذرات شده است )شرفدین توانایی کاتالیزوری باال سبب استفاده گسترده این

12 Sharafeldin




103

1۳تریلیون دالر برخوردار خواهد بود )لبان 1، از ارزشی معادل 2015بر اساس پیش بینی ها، بازار محصوالت محتوی نانو مواد تا سال

(. 201۳و همکاران، 14د )کلر (. شناخت اثرات احتمالی این مواد بر موجودات آبزی دارای اهمیت زیادی خواهد بو2010و همکاران،

ها، باکتری ها، دافنی ها، صدف در این راستا مطالعاتی در زمینه اثرات اندازه، سطح و غلظت نانوذرات بر روی موجوداتی نظیر آلگ

ودات ( و بررسی اثرات احتمالی نانو مواد بر موج2008و همکاران، 15ها، خرچنگ ها، میگوها و ماهیان صورت گرفته است )گریفیت

زنده و از جمله موجودات ساکن در محیط آبی، یکی از اولین مسائلی است که پیش از استفاده گسترده ی نانو مواد باید به آن پرداخته

شود. نانوذرات با رهاسازی یون فلزات موجب سمیت برای آبزیان می شوند. سمیت نانوذره برای ماهیان در طبقه مواد سمی قرار دارد

(. نانوذرات اکسید آهن کاربردهایی 201۳و همکاران، 16ی آن از حالت یونی نیز کمی بیشتر گزارش شده است )بوندارنکو و سمیت نانوی

از آب، آلی اجزای فلزات سنگین و تخریب آبهای زیرزمینی و فاضالب، حذف از قبیل اصالح خاک، تصفیه ای محیطی گسترده

به طوری که افزایش مصرف و استفاده از نانوذرات اکسید آهن برای کاربردهای زیست فرآیندهای فوتوکاتالیستی و بیوسنسورها دارد

پزشکی، زیست فناوری و کاربردهای محیطی به ناچار منجر به رهاسازی و ماندگاری مقادیر زیاد در اکوسیستم های زمینی و آبزی

بنابراین، طراحی و انجام مطالعات در مورد خطر محیطی می شود که می تواند سالمتی انسان و سایر موجوات زنده را به خطر اندازد

.(2017و همکاران، 17نانوذرات اکسید آهن در اکوسیستم های طبیعی مورد نیاز است )بوکولیری

وجود ندارند و اغلب منابع آبی به شکل فصلی هستند. منابع آبی در این مناطق قنات ها می باشند دائمی رودهای کویری، مناطق در

این منابع از هزاران سال پیش در مناطق کویری توسط انسان احداث شده است با وجود تخریب این زیستگاه های آبی، به دلیل که

بهره برداری زیاد آب های زیرزمینی، قنات ها هنوز هم زیستگاه هایی هستند که می توانند جایگاه جمعیت ماهیان در مناطق کویری

( گونه بومی ایران می باشد و حضور آن در شرق ایران گزارش Capoeta fusca(. سیاه ماهی )1۳82باشند )مشکانی و همکاران،

شده است و از لحاظ حفظ ذخایر ژنتیکی بسیار اهمیت دارد ماهی ها به آالینده های آبی نسبت به انسان بسیار حساس تر هستند

در مقایسه با یونهای (Fe3O4 NPs)( لذا این مطالعه با هدف سنجش سمیت حاد نانوذرات اکسید آهن2009و همکاران، 18)آقا

مختلف آهن در سیاه ماهی انجام شد.

. منطقه مورد مطالعه 2قنات ها را می توان جایگاه جمعیت ماهیان در بخش های خشک و کویری کشور ایران دانست در این مطالعه سیاه ماهی از قنات

شده اند. های مختلف خراسان جنوبی جمع آوری

13 Laban 14 Keller 15 Griffitt 16 Bondarenko 17 Buccolieri 18 Agah




104

. مواد و روش 3- 61-9درصد، تولید شده توسط ایاالت متحده با کد محصول ) 98با خلوص NPs) 4O3(Feدر این مطالعه نانوذرات اکسید آهن

از شرکت مرک 2.7H4(FeSO(Oو سولفات آهن FeN)2.9H9O3(O، نیترات آهن FeCl)O)2.4H2( و نمک کلرید آهن ۳171

آلمان استفاده شده است.

نانومتر ، رنگ قهوه ای تیره، به لحاظ مورفولوژی کروی، دارای سطح ۳0-20با اندازه ذرات ٪98دارای خلوص اکسید آهن نانوذرات

می باشد. 3g/cm 1/5-8/4و چگالی واقعی g/2m 60-40مخصوص

نمونه ماهی و آنالیز آن . 1.3ایران( تهیه و به (Capoeta fusca) سیاه ماهی آزمایشگاه لیمنولوژی )گروه علوم از قنات های استان خراسان جنوبی )شرق

لیتر به منظور سازگاری با شرایط آزمایشگاهی 200هفته در مخازن 4ماهی ها به مدت .محیط زیست، دانشگاه بیرجند( منتقل شد

ºC 5/1(، درجه حرارت )pH (4/0 ± 4/7(، mg.L 2/0 ± 1/7-1 نگهداری شدند. پارامترهای کیفیت آب از جمله اکسیژن محلول )

( اندازه گیری شد. سمیت نانوذرات mg L 15 ± ۳71-1( و میزان سختی آب )µS cm ۳2 ± 1441-1(، هدایت الکتریکی )4/2۳ ±

بر روی سیاه ماهی در طی دوره سمیت حاد مورد FeSO3)3, Fe(NO3(FeCl ,4(( و یون های آهن NPs 4O3Feاکسید آهن )

محاسبه شد. 96h-50LCبررسی قرار گرفت و در طی سمیت حاد میزان

. سمیت حاد2.3

( و NO)3Fe(3(، نیترات آهن )3FeCl( و یون های آهن شامل کلرید آهن )NPs 4O3Feاثر سمیت حاد نانوذرات اکسید آهن )

سانتی متر و میانگین وزن بدن 5/4 ± ۳/0)میانگین طول بدن )Capoeta fusca( هیسیاه ما( بر روی 4FeSOسولفات آهن )

مورد بررسی قرار گرفت 50LCبرای به دست آوردن غلظت دوز متوسط کشنده 20۳شماره OECDگرم( طبق دستور ۳/2 ± 2/0

; OECD, 2019)50(LC برای جلوگیری از رسوب مواد مورد استفاده، نانوذرات اکسید آهن و یون های آهن مذکور به مدت سه

میلی گرم بر لیتر از نانوذرات اکسید آهن و یون های آهن با آب 1000دقیقه سونوکیت شدند و سپس یک محلول ۳0روز و هر روز

پیش تستی انجام شد که در آن غلظت های متفاوتی برای 50LCکردن دیونیزه تهیه شد. برای سنجش سمیت حاد و در نهایت پیدا

100و 90، 80، 70، 60، 50، 40، ۳0، 20، 10نانوذرات اکسید آهن و یون های آهن در معرض ماهیان قرار گرفتند )غلظت های

، FeSO3)3, Fe(NO3(FeCl 1 ،5 ،10 ،15 ،20 ,4(میلی گرم بر لیتر برای نانوذرات اکسید آهن و غلظت های یون های آهن

تا ماهی قرار گرفتند( در طول دوره سنجش، میزان 10ساعت در معرض 96میلی گرم بر لیتر به مدت 50و 45، 40، ۳5، ۳0، 25

ساعت 96و 72، 48، 24مرگ و میر در هر غلظت ثبت شد و بالفاصله از محیط آکواریوم خارج شد میزان مرگ و میر در زمان

محاسبه شد. 50LCد و در نهایت بر اساس داده های به دست آمده و با استفاده از نرم افزار پروبیت، میزان اندازه گیری ش

. تحلیل آماری 3.3

محاسبه شد. MS Excelو Probitبا استفاده از برنامه تجزیه و تحلیل 50LC مقادیر




105

. یافته ها و بحث 4ارائه شده است 1ساعت در جدول 96و 72، 48، 24برای نانوذرات اکسید آهن و یون های آهن در سیاه ماهی برای 50LCمقادیر

(، کلرید NO)3Fe(3و یون های آهن نیترات آهن ) NPs 4O3Feبرای نانوذرات اکسید آهن 96h -50LCمقادیر 1بر اساس جدول

میلی گرم بر لیتر گزارش شد. بر اساس این یافته 2/5و ۳/2، 6/1، ۳/۳2رابر ( به ترتیب ب4FeSO( و سولفات آهن )3FeClآهن )

ساعت تا 24( نسبت به نانوذرات آهن، کلرید و سولفات آهن سمیت باالتری دارد. با گذشت زمان از NO)3Fe(3ها، نیترات آهن )

ی مختلف آهن به ویژه نیترات آهن افزایش ساعت با قرار گرفتن سیاه ماهی در معرض گروه های مختلف آهن، سمیت گروه ها 96

پیدا می کند. نتایج نشان داد که سیاه ماهی دارای حساسیت باالیی نسبت به یون های آهن دارد و سمیت نانوذرات اکسید آهن

(Mg/l ۳/۳2 =50LC( نسبت به یون های آهن )Mg/l 2/5 50 =6/1تاLC ) ل ساعت او 24بر روی سیاه ماهی کمتر می باشد. در

ساعت سمی ترین 96قرار گرفتن در معرض گروه های مختلف آهن، کلرید آهن بیش ترین سمیت را برای سیاه ماهی دارد اما در

نوع آهن، نیترات آهن می باشد. عوامل مختلفی نظیر خصوصیات فیزیکی و شیمیایی آب و گونه ها می توانند سمیت یون های فلزی

مختلفی که در مورد سمیت و تجمع نانوذرات و یون های فلزی در موجودات آبزی انجام شده اند، را تحت تاثیر قرار دهند. مطالعات

اغلب نتایج متناقضی در مورد سمیت نسبی آنها ارائه داده اند. برخی محققان گزارش داده اند که میزان سمیت و جذب یون های

( در حالی که مطالعات دیگر نشان 2018و همکاران، 20؛ جوهری 2016و همکاران، 19نانوذرات آنها می باشد )حسینی فلزی بیشتر از

( 2015و همکاران، 22؛ وانگ 2015و همکاران، 21داده اند که سمیت و تجمع نانوذرات از یون های فلزی آنها بیشتر است )عبدل خالد

و 24؛ هاوکینز2014همکاران، و 2۳برخی دیگر اثرات سمیت مشابه برای تجمع نانوذرات و یونهای فلزی آن را گزارش کرده اند )برون

ساعت برای یون آهن 96در 50LC( نشان دادند که مقدار 1995در سال ) 25( در یک مطالعه مشابه، االم و موقان2015همکاران،

میلی گرم بر لیتر می باشد. در یک مطالعه دیگر، جاوید 25/2تا 0/ 56دارای محدوده (Cyprinus carpio)در ماهی کپور معمولی

( به ترتیب Cirrhina mrigala( و )Catla catlaآهن در دو گونه ماهی ) 96h -50LC ( گزارش دادند که مقادیر 2006عبداهلل ) و

( عالوه بر این، گارسیا و همکاران 2006، 26متفاوت می باشد )جاوید و عبداهلل ۳8/115 ± 11/۳و 56/50 ± 99/1در محدوده

و 27تخمین زده شده است )گارسیا 4-10*۳/2( Daphnia magnaساعته کلرید آهن را برای گونه ) 96h-50LC( مقدار 2011)

(C. carpio)( سمیت حاد را برای نانوذره اکسید روی بر روی ماهی کپور معمولی 2014(. سوباشکومار و همکاران )2011همکاران،

و همکاران، 28میلی گرم بر لیتر تعیین کردند )سوباشکومار 8/4را برای نانوذره اکسید روی 50LCساعت انجام دادند و مقدار 96در

ساعته ماهی از گونه ای به گونه دیگر و از فلزی به فلزی دیگر متفاوت می باشد. بر اساس نتایج این 96h-50LC(. مقادیر 2014

19 Hoseini 20 Johari 21 Abdel-Khalek 22 Wang 23 Brun 24 Hawkins 25 Alam and Maughan 26 Javed and Abdullah 27 García 28 Subashkumar

http://ascidatabase.com/author.php?author=Muhammad&last=Javed

http://ascidatabase.com/author.php?author=Sajid%20Abdullah&last=




106

رات رفتاری ناچیز از جمله از بین رفتن تعادل و افزایش فعالیت سطحی در سیاه ماهی در معرض نانوذرات اکسید آهن مطالعه، تغیی

و یون های آهن در مقایسه با گروه شاهد مشاهده شد.

نانوذرات اکسید آهن و یون های آهن بر روی سیاه ماهی 50LC. مقادیر 1جدول

(mg/L) غلظت نانو ذرات اکسید آهن و یون های آهن

Point 24 ساعت ساعت 48 ساعت 72 ساعت 96

نانو ذرات اکسید آهن (Fe3O4 NPs)

LC50 1000 15/107 28/81 ۳5/۳2

LC50 54/57 (Fe(NO3)3)نیترات آهن ۳1/8 ۳8/۳ 62/1

LC50 90/۳0 (FeCl3)کلرید آهن 70/8 62/5 ۳8/۳

LC50 65/42 (FeSO4)سولفات آهن 10 94/7 24/5

گیری. نتیجه5( 4FeSO(، سولفات آهن )3FeCl( و پس از آن مربوط به کلرید آهن ) NO)3Fe(3باالترین میزان سمیت حاد مربوط به نیترات آهن )

نانوذرات آهن می باشد. می باشد. میزان سمیت یون های فلزی آهن بیشتر از( NPs 4O3Feو در آخرنانوذرات اکسید آهن )

مراجع ، مجله علمی پژوهشی شیالت شناسایی ماهیان قنات های بخش مرکزی بیرجند،(. 1۳82مشکانی، محمود، ابراهیم پور، محمد. ) •

4 ،172-16۳ . • Agah, H., Leermakers, M., Elskens, M., Fatemi, S. M. R., & Baeyens, W. (2009). Accumulation of trace

metals in the muscle and liver tissues of five fish species from the Persian Gulf. Environmental

monitoring and assessment, 157(1-4), 499.

• Abdel-Khalek, A. A., Badran, S. R., & Marie, M. A. S. (2016). Toxicity evaluation of copper oxide bulk

and nanoparticles in Nile tilapia, Oreochromis niloticus, using hematological, bioaccumulation and

histological biomarkers. Fish physiology and biochemistry, 42(4), 1225-1236.

• Alam, M. K., & Maughan, O. E. (1995). Acute toxicity of heavy metals to common carp (Cyprinus

carpio). Journal of Environmental Science & Health Part A, 30(8), 1807-1816.

https://doi.org/10.1080/10934529509376303. • Bondarenko, O., Juganson, K., Ivask, A., Kasemets, K., Mortimer, M., & Kahru, A. (2013). Toxicity of

Ag, CuO and ZnO nanoparticles to selected environmentally relevant test organisms and mammalian

cells in vitro: a critical review. Archives of toxicology, 87(7), 1181-1200.

• Buccolieri, A., Serra, A., Maruccio, G., Monteduro, A. G., Padmanabhan, S. K., Licciulli, A., &

Giancane, G. (2017). Synthesis and Characterization of Mixed Iron-Manganese Oxide Nanoparticles

and Their Application for Efficient Nickel Ion Removal from Aqueous Samples. Journal of analytical

methods in chemistry, pp. 1-9. https://doi.org/10.1155/2017/9476065.

https://doi.org/10.1080/10934529509376303

https://doi.org/10.1155/2017/9476065




107

• Brun, N. R., Lenz, M., Wehrli, B., & Fent, K. (2014). Comparative effects of zinc oxide nanoparticles

and dissolved zinc on zebrafish embryos and eleuthero-embryos: importance of zinc ions. Science of the

Total Environment, 476, 657-666.

• García, A., Espinosa, R., Delgado, L., Casals, E., González, E., Puntes, V., & Sánchez, A. (2011). Acute

toxicity of cerium oxide, titanium oxide and iron oxide nanoparticles using standardized tests.

Desalination, 269(1-3), 136-141.

• Griffitt, R. J., Luo, J., Gao, J., Bonzongo, J. C., & Barber, D. S. (2008). Effects of particle composition

and species on toxicity of metallic nanomaterials in aquatic organisms. Environmental Toxicology and

Chemistry: An International Journal, 27(9), 1972-1978.

• Hoseini, S. M., Hedayati, A., Mirghaed, A. T., & Ghelichpour, M. (2016). Toxic effects of copper sulfate

and copper nanoparticles on minerals, enzymes, thyroid hormones and protein fractions of plasma and

histopathology in common carp Cyprinus carpio. Experimental and Toxicologic Pathology, 68(9), 493-

503.

• Hawkins, A. D., Thornton, C., Kennedy, A. J., Bu, K., Cizdziel, J., Jones, B. W., ... & Willett, K. L.

(2015). Gill histopathologies following exposure to nanosilver or silver nitrate. Journal of Toxicology

and Environmental Health, Part A, 78(5), 301-315.

• Johari, S. A., Sarkheil, M., Tayemeh, M. B., & Veisi, S. (2018). Influence of salinity on the toxicity of

silver nanoparticles (AgNPs) and silver nitrate (AgNO3) in halophilic microalgae, Dunaliella salina.

Chemosphere, 209, 156-162.

• Javed, M., & Abdullah, S. (2006). Studies on acute and lethal toxicities of iron and nickel to the fish.

Pakistan Journal of Biological Sciences, 9(3), 330-5.

• Keller, A. A., McFerran, S., Lazareva, A., & Suh, S. (2013). Global life cycle releases of engineered

nanomaterials. Journal of nanoparticle research, 15(6), 1692.

• Laban, G., Nies, L. F., Turco, R. F., Bickham, J. W., & Sepúlveda, M. S. (2010). The effects of silver

nanoparticles on fathead minnow (Pimephales promelas) embryos. Ecotoxicology, 19(1), 185-195.

• OECD, (2019). OECD Guidelines for the Testing of Chemicals, Section 2: Effects on Biotic Systems,

Test guideline No. 203: Fish, Acute Toxicity Testing. OECD Publishing,

https://doi.org/10.1787/20745761.

• Sharafeldin, M., Bishop, G. W., Bhakta, S., El-Sawy, A., Suib, S. L., & Rusling, J. F. (2017). Fe3O4

nanoparticles on graphene oxide sheets for isolation and ultrasensitive amperometric detection of cancer

biomarker proteins. Biosensors and Bioelectronics, 91, 359-366.

https://doi.org/10.1016/j.bios.2016.12.052.

• Subashkumar, S., & Selvanayagam, M. (2014). First report on: Acute toxicity and gill histopathology

of fresh water fish Cyprinus carpio exposed to Zinc oxide (ZnO) nanoparticles. International. Journal

of Scientific and Research Publications, 4(3), 1-4.

• Wang, T., Long, X., Liu, Z., Cheng, Y., & Yan, S. (2015). Effect of copper nanoparticles and copper

sulphate on oxidation stress, cell apoptosis and immune responses in the intestines of juvenile

Epinephelus coioides. Fish & shellfish immunology, 44(2), 674-682.

https://doi.org/10.1787/20745761

https://doi.org/10.1016/j.bios.2016.12.052




108

Determination of lethal concentrations of iron nanoparticles and various iron

ions on black fish

Dr. Mohammad Hossein Sayadia,Dr. Borhan Mansouri, Khairieh Massoumeh,Javad

Kharkanb, Hossein Shekaric Department of Environmental Sciences, School of Natural Resources and Environment,

University of Birjand, Birjand, Iran

Abstract

The application of iron oxide nanoparticles (Fe3O4 NPs) has increased due to cheap price, abundance,

unique magnetic properties and fast reaction. The aim of this study was to evaluate the acute toxicity of

iron oxide nanoparticles in comparison with different iron ions in blackfish (Capoeta fusca) according to

OECD 203 for 96 hours. To measure acute toxicity and finally find LC50, pretest was performed in which

different concentrations of iron oxide nanoparticles and iron ions were exposed to fish. During the

measurement period, mortality was recorded at each concentration and immediately removed from the

aquarium environment. Mortality was measured at 24, 48, 72 and 96 hours and finally LC50 was calculated

based on the obtained data. LC50-96h values for iron oxide nanoparticles and iron nitrate ions, iron chloride

and iron sulfate are 32.3, 1.6, 3.3 and 5.2 mg / l, respectively. Therefore, the highest level of acute toxicity

is related to iron nitrate, followed by iron chloride, iron sulfate and finally iron oxide nanoparticles and the

results show that the toxicity of iron ions is higher than iron nanoparticles.

Keywords: Iron oxide nanoparticles, Acute toxicity, Black fish, Aqueducts




109

های نساجی با استفاده از اکسیداسیون فتوکاتالیستی مبتنی بر بررسی حذف رنگ

4O3Feنانوذرات

2، محمدجواد ذوقی*1سجاد ایزدی

دانشجوی کارشناسی ارشد عمران محیط زیست، گروه عمران، دانشکده مهندسی ، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران [email protected]

استادیار،گروه عمران، دانشکده مهندسی، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران -2 [email protected]

چکیده باشند. به دلیل قابلیت حل شدن و پایداری زیست میگروه مواد شیمیایی آالینده محیطترین ها یکی از مهمرنگ

از پسابها در آب، توجه فزایندهباالی رنگ از های صنعتی معطوف شده است.ای به تخریب و تصفیه آنها هدف

نانوذرات بر فاضالب نساجی و در تصفیه 4O3Feپژوهش فعلی تعیین کارایی اکسیداسیون فتوکاتالتیکی مبتنی

های های معتبر علمی بین سالاین مطالعه به روش مروری، با جست و جو در سایتفاکتورهای موثر بر آن بود.

های فرآیند حدف رنگ به روش اکسیداسیون پیشرفته را استخراج شده است، که مزایا و محدودیت 2021تا 1994

تواند های کارامد در روش اکسیداسیون پیشرفته میتفاده از کاتالیستمورد ارزیابی قرار داده است. نتایج نشان داد اس

، زمان و میزان pHمیزان حذف رنگ از پساب را به طور موثری افزایش دهد. همچنین فاکتورهای مانند غلظت رنگ،

نو ذرات به طور کلی می توان بیان کرد که اکسیداسیون فتوکاتالیکی نا کاتالیست بر میزان حذف موثر می باشد.

4O3Fe .یک فرایند کارامد برای تصفیه فاضالب نساجی است

4O3Feاکسیداسیون فتوکاتالتیکی، فاضالب، رنگ آزو، , کلمات کلیدی:

. مقدمه 1از آلوده شدن منابع آب یکی تولید فاضالب های صنعتی؛ افزایش به تبع آن افزون واحدهای صنعتی و با توجه به گسترش روز

می مهم محسوب نساجی، معضالت و چاپ سازی، بهداشتی، چرم و آرایشی مواد تولید صنایع قبیل از صنایع از بسیاری گردد.

تن رنگ در 106ساالنه در حدود. (Aoudj et al. 2010)(Verma, Dash, and Bhunia 2012) کنند های رنگی تولید میپساب

های رنگ در جهان شناخته شده . صنعت نساجی یکی از بزرگترین مصرف کننده(Tamboli et al. 2010)گردد جهان تولید می

. (Cardoso et al. 2011)شود درصد از کل رنگ مصرفی در دنیا، در صنعت نساجی مصرف می 10-20است، به طوری که حدود

های زیست محیطی هستند. این صنایع یکی از های تولیدکننده رنگ جزو منابع عمده تولیدکننده آلودگیصنایع نساجی و کارخانه




110

های سطحی وارد ب هستند، از این رو حجم بسیار زیادی از فاضالب را به طبیعت خصوصا منابع آببزرگترین صنایع مصرف کننده آ

های مورد استفاده در فرایندهای مختلف متفاوت است. کنند. ترکیب فاضالب این صنایع با توجه به مواد آلی، شیمیایی و رنگمی

Salamat, Hadavifar, and) مده زیست محیطی مطرح است امروزه رنگ موجود در فاضالب های صنعتی به عنوان یک مشکل ع

Rezaei 2019)(Dos Santos, Cervantes, and Van Lier 2007)می، سرطان ها دارای ساختار مولکولی پیچیده، اغلب س. رنگ

باشند که با ورود به محیط زیست های آمین در تجزیه بی هوازی(، موتاسیون، غیر قابل تجزیه بیولوژیک و پایدار میزا )تولید گروه

ا ورود به محیط زیست و خصوصا منابع های رنگی ب. فاضالب(Aurenche and Zakharov 2011)کنند اثرات سویی در آن ایجاد می

های سطحی از بارزترین این گردد، ایجاد پدیده اوتریفیکاسیون در آبهای زیبا شناختی و اکولوژیکی میآب، باعث بر هم زدن جنبه

رنگزا به دلیل مصنوعی بودن و داشتن ساختار اروماتیک پیچیده، در محیط پایدار . مواد(Rafatullah et al. 2010)مشکالت است

ها ی آزو از جمله مونو آزو، دی آزو، تری آزو، پلی آزو، آنتراکینون، فتالوسیانین، و تری بوده و قابلیت تجزیه پذیری کمی دارند. رنگ

از رنگ اهمیت شیمتان دسته مهمی بیشترین را درکالس رنگهای نساجی هستند که Kono and)های سنتتیک دارند میایی

Kusumoto 2015). عمدتاً مواد رنگزا دارای یک یا چند حلقه بنزنی بوده که به دلیل سمیت و مقاوم به تجزیه بودن، چنانچه بدون

ها . این رنگ(Wawrzkiewicz et al. 2015)محیط زیست وارد خواهند نمود به تصفیه وارد محیط شوند، مخاطرات جبران ناپذیری

رنگی به منابع آبی منجر به کاهش نفوذ نور خورشید، تداخل در هایدارای پایداری باالیی در محیط زیست بوده و تخلیه فاضالب

های . بسیاری از رنگ(Ezechi et al. 2015)ها خواهد شد های پذیرنده و کاهش شدت فتوسنتز گیاهان آبزی و جلبکاکولوژی آب

ها، تواند به سرطان مثانه در انسان منجر شود. تومورها، آلرژیآزو و محصوالت شکسته شده آن سمی و بالقوه سرطان زا بوده و می

ها اثبات شده است های پستانداران توسط آنی در سلولهای کروموزومهای هسته ای در حیوانات آزمایشگاهی و جهشناهنجاری

(Almasian, Olya, and Mahmoodi 2015)های پایدار، به صورت بیولوژیکی سخت تجزیه بوده ها به دلیل ایجادکمپلکس. رنگ

د لجن شیمیایی و هزینه باالی مصرف مواد شیمیایی روش مؤثری و فرآیندهای متداول تصفیه فاضالب به دلیل کارامدی اندک، تولی

. (An et al. 2015)گردد برای تصفیه آن محسوب نمی

های گوناگونی نظیر انعقاد و لخته سازی، اکسیداسیون شیمیایی، تصفیه الکتروشیمیایی و فرایند جذب سطحی برای امروزه روش

است شده مطالعه نساجی صنایع فاضالب ,Salamat)(Mohammadnia, Hadavifar, and Veisi 2019)تصفیه

Mohammadnia, and Hadavifar 2021)(Haque, Smith, and Wong 2015)(Kernazhitsky et al. 2015) ًاخیرا .

ند. در فرایندهای اکسیداسیون فرایندهای اکسیداسیون پیشرفته به عنوان جایگزین فرایندهای متداول بسیار مورد توجه قرار گرفته ا

شود. این رادیکال بسیار ( هیدروکسیل ترکیبات آلی در محیط تولید میOHپیشرفته رادیکال به عنوان عامل اصلی اکسیداسیون )

الکترون جفت دلیل حضور به و بوده میواکنشگر نماید نشده اکسید را آلی ترکیبات غیرانتخابی به صورت ,Hisaindee)تواند

Meetani, and Rauf 2013) (Martínez-López et al. 2019). فرایندهای اکسیداسیون پیشرفتهAOPs) ازن، ازن/پراکسید( )

برای تجزیه آالینده های آلی غیر )پراکسید هیدروژن 3Fe+یدروژن، ازن/ اشعه ماوراء بنفش، پراکسید هیدروژن/اشعه ماوراء بنفش، ه

Azbar, Yonar, and)های متداول تصفیه هستندای جذاب در مقایسه با روشقابل تجزیه بیولوژیک از پساب های صنعتی گزینه

Kestioglu 2004)در روش ها. حذف آالیندهAOP بر پایه تولید رادیکال( های آزاد هیدروکسیل-OH با قدرت اکسیداسیون باال )

های فرایندهای اکسیداسیون پیشرفته این است کنند. از مزیت بوده که بسیاری از ترکیبات شیمیایی آلی را به مواد معدنی تبدیل می

.Valdés et al)های پایین آالینده را هم از بین ببرند شده و قادرند غلظت O 2Hو 2COموجب تخریب مواد آلی به که در نهایت




111

های نساجی توسط فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته صورت گرفته است. با حذف رنگ تاکنون مطالعات زیادی در ارتباط .(2009

Suganya توسط اکسیدآهن همراه با خاک جاذب انجام دادند، نتایج نشان 11۳و همکاران در مطالعه ای که بر روی حذف اسید بلو

حذف بروی همکاران و Chen. هم چنین مطالعات (Josephine et al. 2015)درصد رنگ را دارد 90داد این جاذب توانایی حذف

شده است حذف رنگ درصد 90 از بیش داد، نشان 4O3Feآهن های کاتالیست نانو همراه به اکسیژنه آب از استفاده با 2اورانژ رنگ

(Chen et al. 2014)مبتنی بر نانو اکسیداسیون پیشرفته گ آزو توسط فرآیند. بنابراین هدف از این تحقیق بررسی کارآیی حذف رن

می باشد. 4O3Feذرات

ها . مواد و روش2مقاله 50این مقاله به روش مروری، با جست و جو در سایت های معتبر علمی انجام شده است. از بین مقاالت جست و جو شده

های موثر حذف رنگ و پارامترهای انتخاب گردید. این مقاالت رو ش( 2021تا 1994منتشر شده از مجالت معتبر بین سالهای )

های های متعددی برای حذف رنگ از پسابروش های حذف رنگ از پساب صنایع را بطور مفصل بررسی کرده بودند.موثر بر روش

داد که نشان آنها بررسی دقیق و انتخاب شده، گزینش شد مقاالت از مطالعه از روشخروجی صنایع با هرکدام است ها ممکن

محدودیت های ذاتی همراه باشند.

. بحث و نتیجه گیری 3های مختلف علوم مهندسی و به منظور حفظ فرایندهای اکسیداسیون پیشرفته به عنوان یک فناوری کارآمد و پر قدرت در زمینه

های قرن بیستم در جهان مورد توجه خاص قرار آخرین سالها و به عنوان تکنولوژی کلیدی برای آینده در محیط زیست از آالینده

گردد. گرفته است. در طی این فرآیندها یک یا چند الکترون از ماده شیمیایی مورد نظر به ماده اکسید کننده منتقل می

. انواع فناوری های اکسیداسیون پیشرفته برای تصفیه فاضالب1.3

سته تقشیم می شوند که به صورت مختصر در ادامه شرح داده می شود: فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته به سه د

. فرآیندهای اکسیداسیونی1

فرآیند فنتون -

فرآیند شبه فنتون -

فرآیندالکتروفنتون -

( 3O/2O2H) فرآیند هیدروژن پراکسید/ازن -

. فرآیندهای فتوکسیداسیونی2

فرآیند فتوفنتون -

(3UV/O) فرآیند ازن/اشعه فرابنفش -

( 2O2UV/Hفرآیند هیدروژن پراکسید/ اشعه فرابنفش ) -

. فرآیندهای فتوکاتالیزوری۳




112

2UV/TiOفرآیند -

UV/ZnOفرآیند -

( UV) . فرآیند تابش فرا بنفش1.1.3

اشعه فرابنفش دارای طول موج کوتاه و انرژی زیادی بوده و برای چشم انسان نامــــرئی است و در طیف الکترومغناطیسی، بین اشعه

شود. این اشعه طول موجی بین ایکس و نور مرئی قرار دارد. وجود این اشعه در نور خورشید باعث آفتاب سوختگی پوست بدن می

های مختلف تقسیم با طول موج UV-Cو UV-A ،UV-Bدسته ۳عه ماوراء بنفش نور خورشید به نانومتر دارد. اش 100و 400

نانو متر می باشد این طول موج می توان 254مورد استفاده در تصفیه فاضالب دارای طول موج UVهای بندی می شود. اکثر المپ

در تصفیه پساب های رنگی است این المپ ها UVهای تابش رنگزاها را تجزیه کند فناوری المپ مورد استفاده یکی از محدودیت

ها را به سطوح پروتون UVآلی را با هزینه کم داشته باشند اشعه باید فوتون بیشتری تولید کنند تا انرژی کافی برای تجزیه مواد

.(Černigoj, Štangar, and Trebše 2007)انرژی باال تحریک کرده و ترکیبات آلی را تجزیه می کند

( 2O2UV/H). فرآیند تابش فرا بنفش/ آب اکسیژنه 2.1.3

استفاده شده است در 2O2UV/Hدر سالیان گذشته جهت تخریب بسیاری از ترکیبات آلی سمی در مقیاس آزمایشگاهی از فرآیند

با طول UVهای هیدروکسیل تحت تابش های هیدروکسیل استفاده شد. تولید رادیکالبرای تولید رادیکال UVاین فرآیند از اشعه

ها را نشان می دهند: های زیر تخریب آالیندهنانومتر و در اثر فتولیز پراکسید هیدروژن صورت می گیرد واکنش 280موج کمتر از

گرفتن 2OH+ hv → 2O2H° ( 1تولید رادیکال هیدروکسیل )

افزایش الکتروفیل O2OH° + RH → R° + H (2هیدروژن )

(۳) OH° + phX → HOphX ( 4انتقال الکترون) -OH° + RX → RX° + OH

رادیکال نور تولید تابش اثر در هیدروکسیل فعال حاوی UVهای محلول منابع 2O2Hبه بیشتر در امروزه که است مکانیسمی

UVیکی از ارکان مهم فرآیندهای اکسیداسیون فتوشیمایی نور .(De Laat et al. 1999)باشد شده است و مورد قبول میگزارش

,Olmez-Hanci)یش می یابد که باعث افزایش سرعت حذف مواد آلی می شود افزا °OHاست که با افزایش این مولفه غلظت

Alaton, and Basar 2011-Arslan) 2های فرایند . ازجمله مزیتO2UV/H می توان به سادگی آن، افزودن آن به سیستم، حاللیت

. هزینه باال از (Tabrizi and Mehrvar 2006)ت ترکیبات همراه با عدم ایجاد تولید لجن شیمیایی اشاره نمود باال و کاهش سمی

ها را کمتر نموده و در هزینه 2O2Hمیزان استفاده از UVو pHجمله مشکالت این روش است که با کنترل پارامترهای موثر مانند

Singh and) از جمله پارامترهای مهم است UV/2O2H ،pH. در فرآیند(Mahamuni and Adewuyi 2010)صرفه جویی نمود

Tang 2013) از دیگر فاکتور های مهم در فرآیند .UV/2O2H اکسیژنه، زمان تابش نور ماورا بنفش، دز آبمی توان به مدتpH و

اکسیژنه دارند و دز آب pHفاکتورهای ترین تأثیر را در کارایی این فرآیند را . بیش(Fan et al. 2007)اولیه اشاره کرد CODمیزان

(da Silva and Faria 2003).




113

ها. فرآیند فنتون در حذف آلودگی پساب3.1.3

ابداع شده است، کاربرد های وسیعی در تصفیه فاضالبFentonفنتون )این فرآیند توسط شخصی به نام هنری ها دارد. معرف (

شوند( ها )ترکیباتی که سبب از نابودی گیاهان می herbicideها از جمله ترکیبات فنتون می تواند ترکیبات سمی موجود در فاضالب

های به نمک 2O2Hاز طریق اضافه کردن OH. در روش فنتون تولید رادیکال های (Fenton 1894)وترکیبات فنلی را از بین ببرند 2+Fe آید بدست می(Andreozzi et al. 1999) .

(5 ) °OH +-OH +3+Fe → 2O2H +2+Fe (6 )

O2RH + OH° → R° + H روش فنتون یکی از

است در این روش نیاز به اضافه کردن واکنشگر یا دستگاه خاصی نیست. این روش از نظر OHهای های ساده برای تولید رادیکالراه

اقتصادی مقرون به صرفه بوده زیر آهن یک عنصری است که به فراوانی یافت می شود و غیر سمی می باشد همچنین پراکسید

مناسب می تواند pHشایان ذکر است به کار گیری یک باشد. هیدروژن نیز به آسانی قابل تهیه و از لحاظ محیط زیستی نیز ایمن می

. (Andreozzi et al. 1999) گردد 3Fe+به 2Fe+منجر به کاهش

(7) ++ FeOOH +H → 2O2H +2+Fe (8 )

3Fe +O°2H → +FeOOH از جمله

مزایای این فرآیند می توان به موراد زیر اشاره کرد:

. ترکیبات آلی به طور کامل معدنی شده 1

. ترکیبات یا پسماند ثانویه ندارند. 2

. این فرآیند در فشار و دمای محیط قابل انجام می باشد. ۳

. انرژی و زمان کمتری نیاز دارد 4

ها فرآیند فتوفنتون در حذف پساب آالینده. 3.1.3

دهد که روش فتوفنتون های اخیر محققان نشان میمی باشد. پژوهش UVفرآیند فتوفنتون اصالح شده روش فنتون با استفاده از نور

به همراه تابش فرابنفش 2Fe+های آهن با نمک 2O2Hدر حذف ترکیبات آلی بسیار موثر است. در این فرآیند با ترکیب کردن

:(Umar, Aziz, and Yusoff 2010)باشد های ذیل میآید. فرآیند فتوفنتون شامل سیستمبدست می• / Fe(II 2O2UV / H)

• / Fe(III 2O2UV / H) • Oxalate-/ Fe(II) 2O2UV / H

در محلول 3Fe+های فریک یابد. در نبود منبع نور فرابنفش در ضمن واکنش، یون های فنتون با تابش نور فرا بنفش میسرعت واکنش

های فریک به شود. اما در حضور نور فرا بنفش یونواکنش عمال متوقف می 2Fe+های فرو کنند و با مصرف کامل یونتجمع پیدا می

Bokare)شود شود که این امر باعث افزایش راندمان فرآیند میشوند و هیدروژن پراکسید نیز فتولیز میاحیا می 2Fe+های فرو یون

and Choi 2014) .

باشد که برتری های آن ، یکی از مطلوب ترین مطالعات، فرآیندهایی بر اساس واکنش فنتون میAOPsدر میان تکنولوژی های

باشد. با این حال سیستم فنتون همگن، به دلیل حضور مقدار زیادی امل بازده باالی کاهش، ساده بودن عملیات و مواد ارزان میش




114

باشد. بر این اساس، توسعه کاتالیست های کارآمد، لجن آهن در آب و به دنبال آن حذف لجن از فاضالب نهایی سخت و گران می

زیاد توجه آسان دسترسی و محلولارزان فتوکاتالیستی تجزیه اند. کرده جلب خود به نانو ی ساخت امکان دلیل به رنگی های

برنامهفتوکاتالیست باالی تجزیه و سرعت باالی واکنش فتوکاتالتیکی جایگاه خاصی در ازران، بازدهی های تحقیقاتی های کارامد،

کاتالیست انواع میان در است. نایافته ناهمگن، فنتون شبه ذرات های تواند 4O3Feنو می که ذاتی پراکسیداز فعالیت دلیل به

را به راحتی 4O3Feآیند، همچنین می توان نانو ذرات را سرعت بخشد به نظر کاتالیست های امیدوارکننده ای می 2O2H تجزیه

.(Chen et al. 2014)توسط یک آهنربای خارجی از واکنش خارج کرد

ته. فاکتورهای موثر در حذف رنگ به روش اکسیداسیون پیشرف2.3

: می باشند. برخی ازعوامل موثر بر حذف رنگ pHعوامل گوناگونی در چگونگی و ظرفیت حذف رنگ موثر محلول، دما، غلظت اولیه و

مورد بحث قرار گرفت. که در اکثر مطالعات بررسی شده اند، را

1.2.3. pH محلول

مطالعات قبلی نشان داده فرآیند فنتون معمولی، به طور باشد. های رنگی مییکی از مهم ترین عوامل مؤثر بر حذف رنگ از پساب

راندمان حذف کاهش یافته است pH. افزایش (Huang et al. 2016) باشد می pH ،۳است و مناسب ترین pHعمده تحت تأثیر

pHهای هیدروکیسل یک اکسیدان فعال بوده و با افزایش و آن را می توان به این دلیل نسبت داد که در شرایط اسیدی رادیکال

میرادیکال دست از را خود اکسیدکنندگی توان حداکثر هیدروکسیل . (Bali, Çatalkaya, and cSengül 2004)دهند های

یابد. به این دلیل که معموالً در شرایط قلیایی تجزیه پراکسید میزان رنگبری کاهش می pHبا افزایش 2O2UV/Hهمچنین در فرآیند

اعث ایجاد شرایطی همچنین محیط قلیایی ب .اتفاق می افتد های هیدروکسیل بیشترهیدروژن به اکسیژن و آب نسبت به رادیکال

های هیدورکسیل به صورت محلول در آمده و باعث تولید هیدروکسید شده که یون های آهن در اثر برخورد سطح نانوذرات با رادیکال

های هیدروکسیل، هیدروکسید شود. در این شرایط، به دلیل محلولیت یون های فروس برخورد سطح نانوذرات با رادیکالآهن می

,Chang)آورد کند که این رسوب، جایگاه های نانوذرات را اشغال نموده و از فعالیت بیشتر ممانعت به عمل میفروس رسوب می

Shu, and Yu 2006).

غلظت رنگ .2.2.3

با افزایش غلطت یابد و تأثیرگذارترین فاکتور در میان فاکتورهای مورد بررسی بود وراندمان حذف با افزایش غلظت رنگ کاهش می

افزایش می اثر فیلتر داخلی شده و 2O2UV/Hدر فرآیند یابد.نانو کاتالیست راندمان حذف افزایش غلظت رنگ سبب ایجاد یک

. هنگامی که از (Ghodbane and Hamdaoui 2010)نفوذناپذیر خواهد شد UVمحلول رنگی با افزایش غلظت نسبت به تابش

کاتالیست ها جهت پیش برد فرآیند استفاده شود افزایش غلظت رنگ موجب جذب سطحی غلظت های باالتر رنگ بر روی سطح

. (Josephine et al. 2015)یابد ت کاهش میشود و رنگبری با افزایش غلظکاتالیست می

غلظت کاتالیست .3.2.3

یابد. به این دلیل می تواند باشد که مکان های فعال کاتالیست افزایش می فزایش میبا افزایش غلظت نانوکاتالیست، بازده رنگبری ا

و همکاران Chenدر مطالعه ای که .(Zheng et al. 2016)شود های هیدروکسیل و حذف رنگ می یابند که منجر به تولید رادیکال




115

گرم بر 2تا 1از 4O3Feانجام دادند، نتایج نشان داد، افزایش غلظت 4O3UV/Feتوسط فرآیند 2بر روی حذف رنگ اسید اورانژ

. (Chen et al. 2014)لیتر موجب افزایش راندمان حذف شد

. اثر زمان 4.2.3

دمان حذف افزایش می یابد که این افزایش راندمان ناشی از آن است که با افزایش زمان مطالعات نشان داده که با افزایش زمان، ران

های کنند و همچنین موجب افزایش فعل و انفعاالت رادیکال پیدا می UVهای هیدروکسیل زمان بیشتری برای واکنش با اشعه رادیکال

.(Kayan and Gözmen 2012)شود های رنگ میهیدروکسیل با مولکول

گیری . نتیجه4، یکی از مطلوب ترین مطالعات، فرآیندهایی بر اساس واکنش فنتون می باشد که برتری های آن AOPsدر میان تکنولوژی های

های رنگی به دلیل امکان ساخت ارزان می باشد. تجزیه فتوکاتالیستی محلولشامل بازده باالی کاهش، ساده بودن عملیات و مواد

های کارامد، ازران، بازدهی باالی تجزیه و سرعت باالی واکنش فتوکاتالتیکی عملکرد بهتری نسبت به دیگر روش نانو فتوکاتالیست

های کاتالیست های مناسب در میان انواع کاتالیستفرایندهای همراه با های اکسیداسیون پیشرفته جهت حذف رنگ از پساب را دارد.

را سرعت بخشد به نظر کاتالیست 2O2Hبه دلیل فعالیت پراکسیداز ذاتی که می تواند تجزیه 4O3Feشبه فنتون ناهمگن، نانو ذرات

ه هدف، میزان عامل باشد. پارامترهای موثر بر این فرایندها شامل غلظت آالیندمناسبی جهت حذف رنگ از پساب های رنگی می

با شد. اکسیداسیون، کاتالیزور، پرتوی فرابنفش، زمان پرتودهی و برخی از مشخصات فاضالب می

مراجع • Almasian, Arash, Mohammad Ebrahim Olya, and Niyaz Mohammad Mahmoodi. 2015. “Synthesis of

Polyacrylonitrile/polyamidoamine Composite Nanofibers Using Electrospinning Technique and Their

Dye Removal Capacity.” Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers 49: 119–28.

• An, Shuai, Xueyan Liu, Lijun Yang, and Lei Zhang. 2015. “Enhancement Removal of Crystal Violet

Dye Using Magnetic Calcium Ferrite Nanoparticle: Study in Single-and Binary-Solute Systems.”

chemical engineering research and design 94: 726–35.

• Andreozzi, Roberto, Vincenzo Caprio, Amedeo Insola, and Raffaele Marotta. 1999. “Advanced

Oxidation Processes (AOP) for Water Purification and Recovery.” Catalysis today 53(1): 51–59.

• Aoudj, Salaheddine et al. 2010. “Electrocoagulation Process Applied to Wastewater Containing Dyes

from Textile Industry.” Chemical Engineering and Processing: Process Intensification 49(11): 1176–82.

• Aurenche, P, and B G Zakharov. 2011. “Jet Color Chemistry and Anomalous Baryon Production in AA-

Collisions.” The European Physical Journal C 71(12): 1–12.

• Azbar, NUR\.I, Taner Yonar, and K Kestioglu. 2004. “Comparison of Various Advanced Oxidation

Processes and Chemical Treatment Methods for COD and Color Removal from a Polyester and Acetate

Fiber Dyeing Effluent.” Chemosphere 55(1): 35–43.

• Bali, Ulusoy, Ebru Çatalkaya, and Füsun \cSengül. 2004. “Photodegradation of Reactive Black 5, Direct

Red 28 and Direct Yellow 12 Using UV, UV/H2O2 and UV/H2O2/Fe2+: A Comparative Study.”

Journal of hazardous materials 114(1-3): 159–66.




116

• Bokare, Alok D, and Wonyong Choi. 2014. “Review of Iron-Free Fenton-like Systems for Activating

H2O2 in Advanced Oxidation Processes.” Journal of hazardous materials 275: 121–35.

• Cardoso, Natali F et al. 2011. “Application of Cupuassu Shell as Biosorbent for the Removal of Textile

Dyes from Aqueous Solution.” Journal of Environmental Management 92(4): 1237–47.

• Černigoj, Urh, Urška Lavrenčič Štangar, and Polonca Trebše. 2007. “Degradation of Neonicotinoid

Insecticides by Different Advanced Oxidation Processes and Studying the Effect of Ozone on TiO2

Photocatalysis.” Applied Catalysis B: Environmental 75(3-4): 229–38.

• Chang, Ming-Chin, Hung-Yee Shu, and Hsin-Hung Yu. 2006. “An Integrated Technique Using Zero-

Valent Iron and UV/H2O2 Sequential Process for Complete Decolorization and Mineralization of CI

Acid Black 24 Wastewater.” Journal of hazardous materials 138(3): 574–81.

• Chen, Kun et al. 2014. “Application of Response Surface Methodology for Optimization of Orange II

Removal by Heterogeneous Fenton-like Process Using Fe3O4 Nanoparticles.” Chinese Chemical

Letters 25(11): 1455–60.

• Ezechi, Ezerie Henry, Shamsul Rahman bin Mohamed Kutty, Amirhossein Malakahmad, and Mohamed

Hasnain Isa. 2015. “Characterization and Optimization of Effluent Dye Removal Using a New Low Cost

Adsorbent: Equilibrium, Kinetics and Thermodynamic Study.” Process Safety and Environmental

Protection 98: 16–32.

• Fan, Cailing et al. 2007. “Efficient Photo-Assisted Fenton Oxidation Treatment of Multi-Walled Carbon

Nanotubes.” Chinese Science Bulletin 52(15): 2054–62.

• Fenton, H J H. 1894. “LXXIII.—Oxidation of Tartaric Acid in Presence of Iron.” Journal of the

Chemical Society, Transactions 65: 899–910.

• Ghodbane, Houria, and Oualid Hamdaoui. 2010. “Decolorization of Antraquinonic Dye, CI Acid Blue

25, in Aqueous Solution by Direct UV Irradiation, UV/H2O2 and UV/Fe (II) Processes.” Chemical

Engineering Journal 160(1): 226–31.

• Haque, Md Mominul, Warren T Smith, and Danny K Y Wong. 2015. “Conducting Polypyrrole Films as

a Potential Tool for Electrochemical Treatment of Azo Dyes in Textile Wastewaters.” Journal of

hazardous materials 283: 164–70.

• Hisaindee, S, M A Meetani, and M A Rauf. 2013. “Application of LC-MS to the Analysis of Advanced

Oxidation Process (AOP) Degradation of Dye Products and Reaction Mechanisms.” TrAC Trends in

Analytical Chemistry 49: 31–44.

• Huang, Zhujian et al. 2016. “Preservation of Glutamic Acid-Iron Chelate into Montmorillonite to

Efficiently Degrade Reactive Blue 19 in a Fenton System under Sunlight Irradiation at Neutral pH.”

Applied Surface Science 370: 209–17.

• Josephine, G A Suganya, U Mary Nisha, G Meenakshi, and A Sivasamy. 2015. “Nanocrystalline

Semiconductor Doped Rare Earth Oxide for the Photocatalytic Degradation Studies on Acid Blue 113:

A Di-Azo Compound under UV Slurry Photoreactor.” Ecotoxicology and environmental safety 121: 67–

72.

• Kayan, Berkant, and Belgin Gözmen. 2012. “Degradation of Acid Red 274 Using H2O2 in Subcritical

Water: Application of Response Surface Methodology.” Journal of hazardous materials 201: 100–106.

• Kernazhitsky, L et al. 2015. “Photoluminescence of Cr-Doped TiO2 Induced by Intense UV Laser

Excitation.” Journal of Luminescence 166: 253–58.

• Kono, Hiroyuki, and Ryo Kusumoto. 2015. “Removal of Anionic Dyes in Aqueous Solution by

Flocculation with Cellulose Ampholytes.” Journal of Water Process Engineering 7: 83–93.




117

• De Laat, J., H. Gallard, S. Ancelin, and B. Legube. 1999. “Comparative Study of the Oxidation of

Atrazine and Acetone by H2O2/UV, Fe(III)/UV, Fe(III)/H2O2/UV and Fe(II) or Fe(III)/H2O2.”

Chemosphere 39(15): 2693–2706.

• Mahamuni, Naresh N., and Yusuf G. Adewuyi. 2010. “Advanced Oxidation Processes (AOPs) Involving

Ultrasound for Waste Water Treatment: A Review with Emphasis on Cost Estimation.” Ultrasonics

Sonochemistry 17(6): 990–1003.

• Martínez-López, Sofía et al. 2019. “Pulsed Light for a Cleaner Dyeing Industry: Azo Dye Degradation

by an Advanced Oxidation Process Driven by Pulsed Light.” Journal of Cleaner Production 217: 757–

66.

• Mohammadnia, Esmail, Mojtaba Hadavifar, and Hojat Veisi. 2019. “Kinetics and Thermodynamics of

Mercury Adsorption onto Thiolated Graphene Oxide Nanoparticles.” Polyhedron 173: 114139.

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0277538719305753.

• Olmez-Hanci, Tugba, Idil Arslan-Alaton, and Gulcan Basar. 2011. “Multivariate Analysis of Anionic,

Cationic and Nonionic Textile Surfactant Degradation with the H2O2/UV-C Process by Using the

Capabilities of Response Surface Methodology.” Journal of Hazardous Materials 185(1): 193–203.

• Rafatullah, Mohd, Othman Sulaiman, Rokiah Hashim, and Anees Ahmad. 2010. “Adsorption of

Methylene Blue on Low-Cost Adsorbents: A Review.” Journal of hazardous materials 177(1-3): 70–80.

• Salamat, Samaneh, Mojtaba Hadavifar, and Hassan Rezaei. 2019. “Preparation of Nanochitosan-STP

from Shrimp Shell and Its Application in Removing of Malachite Green from Aqueous Solutions.”

Journal of Environmental Chemical Engineering 7(5): 103328.

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2213343719304518.

• Salamat, Samaneh, Esmaeill Mohammadnia, and Mojtaba Hadavifar. 2021. “Kinetics and Adsorption

Investigation of Malachite Green onto Thiolated Graphene Oxide Nanostructures.” Journal of Water and

Wastewater 31(6): 1–11.

• Dos Santos, André B, Francisco J Cervantes, and Jules B Van Lier. 2007. “Review Paper on Current

Technologies for Decolourisation of Textile Wastewaters: Perspectives for Anaerobic Biotechnology.”

Bioresource technology 98(12): 2369–85.

• da Silva, Cláudia Gomes, and Joaquim Luı́s Faria. 2003. “Photochemical and Photocatalytic

Degradation of an Azo Dye in Aqueous Solution by UV Irradiation.” Journal of Photochemistry and

Photobiology A: Chemistry 155(1-3): 133–43.

• Singh, Shrawan K., and Walter Z. Tang. 2013. “Statistical Analysis of Optimum Fenton Oxidation

Conditions for Landfill Leachate Treatment.” Waste Management 33(1): 81–88.

• Tabrizi, Gelareh Bankian, and Mehrab Mehrvar. 2006. “Pilot-Plant Study for the Photochemical

Treatment of Aqueous Linear Alkylbenzene Sulfonate.” Separation and Purification Technology 49(2):

115–21.

• Tamboli, Dhawal P et al. 2010. “Production of Polyhydroxyhexadecanoic Acid by Using Waste Biomass

of Sphingobacterium Sp. ATM Generated after Degradation of Textile Dye Direct Red 5B.” Bioresource

Technology 101(7): 2421–27.

• Umar, Muhammad, Hamidi Abdul Aziz, and Mohd Suffian Yusoff. 2010. “Trends in the Use of Fenton,

Electro-Fenton and Photo-Fenton for the Treatment of Landfill Leachate.” Waste management 30(11):

2113–21.




118

• Valdés, Héctor, Víctor J Farfán, Jorge A Manoli, and Claudio A Zaror. 2009. “Catalytic Ozone Aqueous

Decomposition Promoted by Natural Zeolite and Volcanic Sand.” Journal of Hazardous Materials

165(1-3): 915–22.

• Verma, Akshaya Kumar, Rajesh Roshan Dash, and Puspendu Bhunia. 2012. “A Review on Chemical

Coagulation/flocculation Technologies for Removal of Colour from Textile Wastewaters.” Journal of

environmental management 93(1): 154–68.

• Wawrzkiewicz, Monika, Ma\lgorzata Wiśniewska, Vladimir M Gun’ko, and Vladimir I Zarko. 2015.

“Adsorptive Removal of Acid, Reactive and Direct Dyes from Aqueous Solutions and Wastewater Using

Mixed Silica--Alumina Oxide.” Powder Technology 278: 306–15.

• Zheng, Jianming et al. 2016. “Efficient Degradation of Acid Orange 7 in Aqueous Solution by Iron Ore

Tailing Fenton-like Process.” Chemosphere 150: 40–48.




119

Investigation of textile dye removal by using photocatalytic oxidation based on

Fe3O4 nanoparticles

Sajjad Izadi Mohammad Javad Zoqi

Abstract

Dyes are one of the major sources of chemicals responsible for environmental pollution. Synthetic dyes

degradation in industrial wastewaters has received increasing attention due to their high solubility and

stability in water. The aim of the present study was to determine the efficiency of photocatalytic oxidation

based on Fe3O4 nanoparticles in textile wastewater treatment and the factors affecting it This review study

was conducted by searching reputable scientific sites between 1994 and 2021, which evaluated the

advantages and limitations of the advanced oxidation dye removal process.The results showed that the use

of efficient advanced oxidation catalysts can effectively increase the amount of dye removal from

wastewater. Factors such as color concentration, pH, time and amount of catalyst also affect the removal

rate. In general, it can be said that photocatalytic oxidation of Fe3O4 nanoparticles is an efficient process

for textile wastewater treatment.

4O3photocatalyst Oxidation, Wastewater, Azo Dye, Fe Keywords:

استفاده از نانوتکنولوژی در بسته بندی مواد غذایی و ...

Documents

Transcript of استفاده از نانوتکنولوژی در بسته بندی مواد غذایی و ...