ي ن ب ر کهاي وله ل و ن ا وسط ن ن ي ب آ ولهاي ل ح م آز$ ن ل ن آ و ز$ ن ز ن ب ل ي ب آ ف حذ ي ب ما وزز2 ن ا ذزض ي م ح1 ا ي7 ي9 ب$ ن; ز ن9 ب، 1 $ ن مي آ هذي م مذ ح م، 1 ذي ي; ش رآد ز م علي، 2 1 $ رآن ي ، آ$ هان ف ص ، آ$ هان ف ص آ ي ک; شر2 ي وم عل گاه; ش ن ، دآ تس ن ط ز ي ح م ات ق ي ق ح ت ر ک ز م- 2 $ رآن ي ، آ$ رآن ه ت، ت ق ن ع ي ا ي ص کذه; ش ه و; ر2 ي از ادن ي ش آ- لاصه ح( وآزهn ن دo کn ب ي نn ب ر ک ايn ه وله ل و ن ا ن اده آز ق يn ش ا آn ن ي ب آ ايn وله ل ح م آز$ ن ل ن آ و ز$ ن ز نn ب لn ي ب آ ف ذn حSWCNT ذn ن2 چ ي نn ب ر ک ايn ه وله ل و ن ا، ن) ( وآزهn ن دMWCNT ( ذn زن ن7 ي ه ي نn ب ر ک ايn ه وله ل و ن ا و ن) HCNT تv لظ ع اn ن) mg/l10 تv لظ ع،$ ن ل ن آ و ز$ ن ز نn ب لn ي ب آ آزg/l1 ايn ه وله ل و ن ا ن ماس ت$ مان و ز ي ن ب ر ک10 ه دز ق ي ق دpH . ت ق ر گ رآز ق ي سرز ي وزد م ي; ن ن حا آزn ه ه وب م ت ز لن اn ن آ رآيn ي ذ.n ردن گ ز لن اn ن آ ي ف رآ گ و ناn روم کازn اه گ گتn شط دn وس ن ذه و; n ه ش ت چ گاه شا; ش ن ما ز دز آo ک ي ي ي شي وزت ص ه ب از ي ب وزد مهاي ه وب م ت( ; ش ن ما ز آ ي ح رآ ط آز ر ق رم آ يDOE طn وس ن$ ن ل ن آ و ز$ ن ز نn ب لn ي ب آ ت ذn ح ت ي ق رv n طهn ذ کn ي ه د ي م$ ان; n ش ن$ ج ت اn ي ب ذ.; n اده ش ق ي ش آ) SWCNT آز ز ن; n ش7 ي9 بMWCNT وHCNT $ ن ز نn ب لn ي ب آ رآيn ي( mg/g97/9 $ ن ل ن آ ز رآيn ي وmg/g10 طn وس نSWCNT $ ن ز نn ب لn ي ب آ آز ز ن; n ش7 ي9 ب$ ن ل ن آ ذ. ز; n اش ن ي م) ي ب اn ن از . نتn ش آ$ ن ل ن آ ه زn ب ت يn س ن$ ن آ ي ل وn ک ل و م$ ن وز$ ودنn ن ز نn م ک و$ ن ز نn ب لn ي بال آ ل ح ت آ ت ي ل ن اn ق$ ودنn ن ز ن; n ش7 ي9 ب آز ;يn س ا ه نn ذ کn ردن گ ت ذn ح ايn ا دز دمn رم گ اده آز ق يn ش ا آn ذه ن; n اده ش ق يn ش آ ايn ه وله ل و ن ا نºC2±105 ي ب اn ن از ر نn ي لاوه ع هn کت قرn گ امn ح ت آ قn ي ق ح ت$ ن ي از دز آn ن$ ن لي آو رآيn يذ که ده ي م$ ان; ش ن ق ي ق ح ت$ ن ي ذ. آ ردن گ ز ن ب ه ت ل آو ت ل ه حا ب ت ي س ن$ ن ز ن ب ل ي ب آ ف ها دز حذ ت آn رد لک م ع ود ي ه ت; ت ع ا نSWCNT وزn ط هn ذ بn وآن ن ي م ي نn ق ن وآدn م هn وده بn ل آ هاي ت لاn ض ا و ق ت ه آ ت قn ص ت رآيn ي ي ب وn خ ل يn س ن ا ي2 ب ذ و دآزآيn مان ت ت ذn ح ت آ زآ آز$ ن ل ن آ و ز$ ن ز نn ب لn ي ب آ ري; ي وn م ذ.; اش ن ي م: ذي ي کل مات کل ت آ ي گ ود ل ، آ ي ن ب ر کهاي وله ل و ن ا ، ن$ ن ل ن آ ، ز$ ن ز ن ب ل ي ب آ1 ذمه ق م- 1 $ رآن ي ، آ$ هان ف ص ، آ$ هان ف ص آ ي ک; شر2 ي وم عل گاه; ش ن ، دآ تس ن ط ز ي ح م ات ق ي ق ح ت ر ک ز م و ;ت ش هذآ ت کذه; ش ندآ- ط ي ح م ;ت ش هذآ ت زي کن د وي ;ح ش ن دآ- pourzamani@ hlth.mui.ac.ir 1
Transcript
حذف اتيل بنزن و زايلن از محلول هاي آبي توسط نانولوله هاي کربني 2، عليمراد رشيدي1، محمد مهدي امين1، بيژن بينا1حميدرضا پورزماني
- مرکز تحقيقات محيط زيست، دانشگاه علوم پزشکي اصفهان، اصفهان، ايران1- استاديار پژوهشکده صنايع نفت، تهران، ايران2
خالصه (،SWCNTحذف اتيل بنزن و زايلن از محلول هاي آبي با استفاده از نانولوله ه77اي کرب77ني ت77ک دي77واره )
ازmg/l10( ب77ا غلظت HCNT( و نانولوله ه77اي کرب77ني هيبري77د )MWCNTنانولوله هاي کربني چند دي77واره ) خن77ثي م77وردpH دقيق77ه در 10 نانولوله ه77اي کرب77ني و زم77ان تم77اس g/l1اتي77ل ب77نزن و زايلن، غلظت
بررسي قرار گرفت. نمونه ه77اي م77ورد ني77از ب77ه ص77ورت س77نتتيک در آزمايش77گاه س77اخته ش77ده و توس77ط دس77تگاه گ77از
( اس77تفاده ش77د.DOEکروماتوگرافي آناليز گرديد. براي آناليز نمونه ها از نرم افزار طراحي آزمايش ) HCNT و MWCNT بيش77تر از SWCNTنتايج نشان مي دهند که ظرفيت جذب اتيل ب77نزن و زايلن توس77ط
( مي باشد. زايلن بيش77تر از اتي77ل ب77نزنSWCNT توسط mg/g10 و براي زايلن mg/g97/9)براي اتيل بنزن جذب گرديد که ناشي از بيشتر بودن قابليت انحالل اتيل بنزن و کمتر بودن وزن مولکولي آن نسبت
ب7راي اولينºC2±105به زايلن است. بازيابي نانولوله هاي استفاده شده با اس7تفاده از گرم77ا در دم7اي بار در اين تحقيق انجام گرفت که عالوه بر بازيابي ب77اعث بهب77ود عملک77رد آنه77ا در ح77ذف اتي77ل ب77نزن
مي تواند به ط77ور م77وثري اتي77لSWCNTنسبت به حالت اوليه نيز گرديد. اين تحقيق نشان مي دهد که بنزن و زايلن را از آب جذب نمايد و داراي پتانسيل خ77وبي ب77راي تص77فيه آب و فاض77البهاي آل77وده ب77ه
- مقدمه1 )بنزن، تول7وئن، اتي7ل ب7نزن و زايلن( اس7تBTEXيک گروه خاصي از آالينده هاي متداول آب ترکيبات
که باعث آلودگي آب خصوصا آبهاي زيرزميني مي شوند. اين ترکيبات از نوع مونوآروماتيک ب77وده ک77ه ( س77اختار اتي77ل ب77نزن و زايلن را نش77ان1[. ش77کل )1جزء اصلي محص77والت نف77تي بش77مار مي رون77د]
مي دهد.
- زايلنp- زايلنo- زايلنmاتيل بنزن. ساختار اتيل بنزن و زايلن1شکل
ترکيبات اتيل بنزن و زايلن به طور گس7ترده اي در ص77نايع ب77ه عن77وان حالل ب77راي ترکيب77ات آلي، تم77يز کردن تجهيزات و ساير فرايندهاي پايين دستي م77ورد اس77تفاده ق77رار مي گيرن77د. اين ترکيب77ات در اث77ر نشت مواد نفتي از تانکهاي ذخيره، لوله ها و محل هاي دفن نامناسب وارد آبهاي زيرزميني مي شوند.
شناخته شده اند. به ط77وري ک77هU.S.EPAترکيبات اتيل بنزن و زايلن به عنوان آالينده هاي اوليه توسط اتيل بنزن داراي خاصيت جهش زايي است و در ايجاد سرطان خون ن77يز م77وثر اس77ت. همچ77نين ج77زء
که مشکوک سرطانزايي هستند طبقه بندي شده است. زايلن نيز مش77کوک ب77هEسرطانزاهاي گروه از نظر سرطانزايي طبقه بندي مي شود.Eايجاد اختالل در سيستم عصبي مرکزي است و جزء گروه
وµg/l700 ح77داکثر س77طح آل77ودگي اتي77ل ب77نزن در آب آش77اميدني را EPAبه علت اين اثرات بهداشتي، [.3،2 را اعالم کرده است]µg/l10000زايلن
- دانشجوي دکتري بهداشت محيط-دانشکده بهداشت و مرکز تحقيقات محيط زيست، دانشگاه علوم پزشکي اصفهان،1اصفهان، ايران
pourzamani@ hlth.mui.ac.ir
1
ترکيبات اتيل بنزن و زايلن عمدتا در پساب صنايع شيميايي و پااليشگاه وجود دارند و داراي پتانس77يل بااليي در آلودگي آبهاي سطحي و زيرزميني هستند. همچنين به علت اثرات بهداشتي آنها ب77ه عن77وان
[. بن77ابراين ح77ذف اين ترکيب77ات از من77ابع آبي4ترکيبات با ريسک ب77اال ب77راي محي77ط بش77مار مي رون77د]خصوصا آبهاي سطحي و زيرزميني الزامي است.
( ماکرو مولکول هاي خاصي هستند که داراي پاي77داري گرم77ايي و ش77يمياييCNTsنانولوله هاي کربني ) بسيار بااليي مي باشند. از اين نانو مواد براي حذف بس77ياري از ترکيب77ات آل77وده کنن77ده آلي مانن77د دي
- دي کلرو بنزن، تري2و1اکسين ها و ترکيبات آلي فرار از فاز گازي و همچنين حذف ترکيباتي مانند هالو متان ها، رنگهاي فعال، بنزن، تولوئن، اسيد فلويک و مواد آلي طبيعي از محلول هاي آبي استفاده
[.5شده است] حذف اتيل بنزن و زايلن از منابع آب زيرزميني توسط فرايندهاي گوناگون به طور گس77ترده اي م77ورد بررسي قرار گرفته که عمدتا شامل احياء بيولوژيکي، تبخير، اکسيداسيون و جذب بوده است. عمل
[8[ و ارگانوکلي ها]7[، خاکهاي دياتومه خام و اصالح شده]6جذب اتيل بنزن و زايلن توسط رزين ها]مطالعه شده است.
مقايسه جاذب هاي مختلف نشان مي دهد که نانولوله هاي کربني نس77بت ب77ه س77اير جاذب ه77ا در ح77ذف [. به همين دلي77ل در اين تحقي77ق از9ترکيبات آلي و حفاظت از محيط زيست پتانسيل بيشتري دارند]
گونه هاي مختلف نانولوله هاي کربني شامل نانولوله هاي کربني چند دي77واره، نانولوله ه77اي کرب77ني ت77ک ديواره و نانولوله هاي کربني هيبريد )که گونه جديدي از نانولوله ها اس77ت( ب77راي ح77ذف اتي77ل ب77نزن و
زايلن از منابع آبي استفاده گرديد. ظرفيت جذب باالي نانولوله هاي کرب77ني در ح77ذف آالين77ده هاي آلي ب77ه علت س77اختار منف77ذ مانن77د اين نانولوله ها و وجود مقادير زيادي از گروه هاي عملکردي سطحي در آنها است. مکانيس77م ج77ذب اتي77ل بنزن و زايلن توسط نانولوله هاي کربني عمدتا ناشي از واکنش بينابيني گيرندگي الکترون و دهن7دگي الکترون بين حلقه آروماتيک اتي77ل ب77نزن و زايلن و گروهه77اي کربوکس7يليک س7طحي موج7ود ب77ر روي
[.5نانولوله هاي کربني مي باشد] که ب77ا هيپ77وکلريت س7ديم اکس77يد ش7ده بودن77د ب77رايMWCNTسو و همکارانش از نانولوله هاي کربني
ح77ذف اتيلن ب77نزن و پي- زايلن از محلول ه77اي آبي اس77تفاده کردن77د. آنه77ا دريافتن77د ک77ه خ77واص مانند خلوص، ماهيت ساختاري و سطحي بعد از فرايندهاي اکسيداسيون بهMWCNTفيزيکوشيميايي
را بهب77ودMWCNTطور قابل توجهي بهبود خواهد مي يابد. که ظرفيت جذب اتيل بنزن و زايلن توسط [.10مي بخشد]
لو و همک77ارانش از نانولوله ه77اي کرب77ني اص77الح ش77ده ب77راي ح77ذف ترکيب77ات آلي از محلول ه77اي آبي استفاده کردند، تحقيق آنها نشان داد که نانولوله هاي کربني اصالح شده داراي اثر بيشتري در ج77ذب
[.5ترکيبات اتيل بنزن و زايلن مي باشند] ايواليوتي و همکارانش حذف اتيل بنزن و زايلن از محلول هاي آبي توسط خاک دياتومه خ77ام و خ77اک دياتومه اصالح شده را مطالعه کردند. در اين مطالعه مشخص شد که زايلن بيش از اتيل بنزن جذب
[.7خاک دياتومه به عنوان جاذب مي گردد] مطالعات فوق همگي نشان دهنده پتانسيل نانولوله هاي کربني در حذف اتيل ب77نزن و زايلن از من77ابع آبي مي باشند. بنابراين مي تواند براي حذف اين آالينده ها از منابع آبي آلوده شده توسط فعاليت ه77اي صنعتي و يا آبهاي زيرزميني توسط بنزين م77ورد اس77تفاده ق77رار گيرن77د. ولي ب77ه ط77ور کلي اين گون77ه مطالعات خيلي کم و محدود انجام شده اند. در چند سال اخير ان77واع مختلفي از نانولوله ه77اي کرب77ني توليد شده اند که مي توانند براي حذف آالينده ها از محي77ط زيس77ت م77ورد اس77تفاده ق77رار گيرن77د، ولي هنوز به طور قطعي مشخص نيست که کدام يک از اين جاذب ها عملکرد بهتري در حذف يک آلودگي مشخص از محيط زيست دارد. بنابراين در ابتدا بايس77تي مقايس77ه نانولوله ه77اي کرب77ني در ح77ذف اين
آلودگي ها از آب يا فاضالب انجام شود. مطالعه مذکور راندمان حذف اتيل بنزن و زايلن توسط نانولوله هاي کربني تک ديواره، چند دي77واره و هيبريد را م77ورد بررس77ي ق77رار داده اس77ت. س77هم اين مطالع77ه در بين مطالع77ات انج77ام ش77ده قبلي،
( براي اولين بار و همچنين بازيابي نانولوله هاي کربني م77وردHCNTکاربرد نانولوله هاي کربني هيبريد ) استفاده در حذف اتيل بنزن و زايلن توسط گرما به جاي احياء کننده هاي شيميايي است که در ساير مطالعات استفاده شده است. به عالوه در اين مطالعه تاثير گرما براي بازي77ابي نانولوله ه77اي کرب77ني
2
در حذف اتيل بنزن و زايلن بر روي عملکرد اين نانولوله ها نس77بت ب77ه ح77الت خ77ام آنه77ا ن77يز بررس77ي گرديد.
- مواد و روش ها2- مواد2-1
اين مطالعه يک تحقيق مداخله اي بود که به صورت مقطعي انج77ام گردي77د. نمونه ه77اي م77ورد ني77از در آزمايشگاه با استفاده از اتيل بنزن و زايلن و آب ديونيزه به صورت سنتتيک تهيه شد. مواد ش77يميايي
درص77د( خري77داري گردي77د.7/99مورد نياز براي ساخت محلول آبي از شرکت مرک ب77ا خل77وص ب77اال ) زايلن ب7ه ي7ک لي77تر آب ديون7يزه اض7افه ش7د.mg10 اتيل ب7نزن و mg10براي ساخت محلول آبي مقدار
دقيقه محلول مذکور در حمام اولتراسونيک قرار گرفت60براي حل کردن اين ترکيبات در آب ابتدا دقيق7ه30 س7اعت 24 ب7ه هم زده ش7د. مج7ددا بع7د از Cº25 س7اعت در دم7اي 24و سپس به م7دت
اولتراسونيک انجام گرديد. در اين حالت محلول از حالت دو فاز بودن خارج شد و يک محل77ول همگنبه دست آمد که در داخل بالن ژوژه کامال آب بند شده نگهداري گرديد.
- شرايط آزمايش2-2 g1/0 ميلي لي77تري اس77تفاده گردي77د ک77ه ب77ه مق7دار 110براي انجام آزمايشات از يک بط77ري شيش77ه اي
از محلول اتيل بنزن و زايلن ساخته شده به آن اضافه گرديد. غلظتml100جاذب در آن ريخته شد و اتيل بنزن و زايلن در شرايط ح77داقل غلظت اين ترکيب77ات در محي77طmg/l10( در حد C0اوليه محلول )
(Orbital Shaker, Model OS 625انتخاب شده بود. بطري شيشه اي کامال آب بندي شد و بر روي همزن ) دور در دقيق77ه ب77ه هم زده ش77د. هم77ه240 و ب77ا ش77دت Cº25 دقيقه، دماي 10قرار گرفت و به مدت
بار تکرار گرديد. در کنار نمونه ها يک نمونه شاهد نيز ق77رار گ77رفت ک77ه ب77ه آن هيچگون77ه3آزمايشات جاذبي اضافه نشد تا مطمئن شويم که ک77اهش غلظت اتي77ل ب77نزن و زايلن در محل77ول تنه77ا ناش77ي از جذب بر روي نانولوله ها بوده است و در اثر جذب شدن به شيشه بطري و يا از طريق تبخير غلظت
ميکرون عبور داده شد و اتيل45/0آنها کاهش پيدا نکرده است. سپس نمونه ها از فيلتر فايبرگالس اندازه گيري شد.GC/MSبنزن و زايلن آن توسط دستگاه
pH محلول قبل و بعد از تماس با نانولوله هاي کربني به ص77ورت pHin و pHfinن77يز ثبت گردي77د. و تنظيم pH موالر در حالت خنثي تنظيم گرديد.05/0 موالر و سود 05/0 با اسيد هيدروکلريدريک
براي محاسبه مقدار اتيل بنزن و زايلن ج7ذب ش7ده ب77ر روي نانولوله ه7اي کرب77ني ب7ه ص7ورت مق7دار ( استفاده2( و )1%( به ترتيب از روابط )R و بازدهي حذف اين ترکيبات )mg/g( بر حسبqeتعادلي )
گرديد.qe=(C0−C( 1رابطه ) t)×
Vm
=R%( 2رابطه )C0−CtC0
×100
به ت77رتيب غلظت اتي77ل ب77نزن و زايلن در محل77ول اولي77ه و بع77د از تم77اس ب77اCt و C0که در اين رابطه: وزنm حجم محل77ول اولي77ه ب77ر حس77ب لي77تر اس77ت و V مي باش77ند. mg/lنانولوله هاي کربني بر حسب
است.gجاذب اضافه شده به بطري ها بر حسب - اندازه گيري اتيل بنزن و زايلن2-3
و گاز کروم7اتوگرافي م7دلC5975 مدل MSD که مجهز به Agilent مربوط به شرکت GCاز يک دستگاه A7890 ب77ا تزري77ق ح77الت Split/Splitlessب77راي ان77دازه گيري اتي77ل ب77نزن و زايلن اس77تفاده گردي77د. در اين
و گ77ازHP-5ms(5%Phenyl-95%Climethylpolysiloxane;30m×0.25mmI.D;0.25µm)آزمايش از يک ستون سيلکون به عنوان گاز حامل استفاده ش7د. برنام7ه دم7ايml/min1٪( با سرعت جريان 995/99هليوم )خلوص
وC/minº10 ب77ا س7رعت Cº120 دقيق7ه، اف77زايش ت77ا 10 ب77راي Cº40ستون به صورت زي77ر تنظيم گردي77د: ميلي لي77تر1 تنظيم گرديد و Cº250 دقيقه. دماي محل تزريق در حد 2 به مدت Cº120نگهداشتن دما در
تزريق گرديد. خروجي ستون گاز کروم77اتوگرافيSplitless به حالت MS به دستگاه Headspaceحجم گاز منتق7ل ش77د. آن77اليزCº280 به يک دتکتور منبع يونيزاسيون با دم77اي Cº280از طريق خط انتقال با دماي
( انجام شد. داده هاي ب7ه دس7ت آم7ده توس7ط نرم اف7زارSIM در حالت پايش يون انتخابي )MSتوسط مورد بررسي قرار گرفت. MSداده هاي
3
Headبراي تزري77ق نمون77ه ب77ه داخ77ل س7تون از ي77ک نم77ونه بردار Space (HS) ب77ه ن77ام CTCPAL-CombiPAL دقيق77ه، دم77اي گ77رم25استفاده شد که به صورت زير برنامه ريزي گرديد: زمان گرم ک77ردن نمون77ه:
، زم77ان شستش77و ب77ا گ77ازCº110، دم77اي س77رنگ تزري77ق: ml1، حجم نمونه برداش7ت ش77ده: Cº70کردن: 10 دقيقه و حجم نمونه مايع 1 دقيقه، زمان تزريق: 03/0 دقيقه، زمان پر شدن سرنگ: 2نيتروژن:
ميلي ليتري بود. هيچگونه نمکي به نمونه ها اضافه نگرديد.20ميلي ليتر در ويال هاي pH نمونه ها توسط يک pH متر از نوع EUTECH اندازه گيري شد.1500 مدل
- جاذب ها2-4 (، نانولوله هاي کربني چند ديوارهSWCNTدر اين مطالعه از سه جاذب نانولوله هاي کربني تک ديواره )
(MWCNT( و نانولوله هاي کربني هيبريد )HCNTاستفاده شد. اين نانولوله هاي کرب77ني از پژوهش77کده ) صنعت نفت کشور ايران خريداري گرديد که مشخصات آنها توسط دستگاه ميکروس77کوپ الک77تروني
-XRD دانشگاه اص77فهان )3(XRD پژوهشکده شرکت نفت و پراش اشعه ايکس )2(TEMعبوري ) model D8 Advance, Germany Bruker Co.بررسي گرديد ).
- روش بازيابي نانولوله ها2-5 بازيابي جاذب هاي مورد استفاده در حذف اتيل بنزن و زايلن از محلول ه77اي آبي ن77يز در اين مطالع77ه مورد بررسي قرار گرفت. مواد جاذب خام بعد از استفاده در حذف اتيل بنزن و زايلن در دو مرحل77ه پي در پي مورد بازيابي قرار گرفتند و در هر مرحله براي استفاده مجدد در حذف اتيل ب77نزن و زايلن
( درMemmert D-91126, Schwabach FRGبررسي گرديدند. عمل بازيابي جاذب ها با استفاده از يک فور ) ب77ار تک77رار ش77دند و در اين3 ساعت انجام گردي77د. هم77ه نمونه ه77ا ح77داقل 24 به مدت Cº2±105دماي
مقاله تنها ميانگين آنها ارائه شده است.- آناليز داده ها2-6
در حذف اتيل بنزن و زايلن از نرمHCNT و SWCNT، MWCNTبراي آناليز داده ها و مقايسه جاذب هاي استفاده شد.5 استفاده گرديد. در اين مطالعه از طرح فاکتوريل کليDOE4افزار طراحي آزمايش
- نتايج و بحث3- مشخصات جاذب ها3-1
مشخصات جاذب هاي استفاده شده براي ح77ذف اتي77ل ب77نزن و زايلن در اين تحقي77ق توس77ط دس77تگاهTEM و دستگاه XRD به ترتيب مشخص77ات 3 و 2 بررسي گرديد. شکل هاي TEM مرب77وط ب77ه SWCNT،
MWCNT مشخصات 4 و شکل XRD مربوط به HCNT.را نشان مي دهند
2- Transmission Electron Microscopy3 - X-Ray Diffraction4- Design of Experiment5- General Factorial Plan
4
SWCNT جاذب TEM- مشخصات 2شکل
MWCNT جاذب TEM- مشخصات 3شکل
5
0
01
02
03
04
05
01 02 03 04 05 06 07 08
HCNT جاذب XRD- مشخصات 4شکل
ن77انومتر و1-2 داراي قطر SWCNT مشخص است، نانولوله هاي 4 و 77،3 2همانطور که در شکل هاي ي77کHCNT نيز نشان مي دهد که ج77اذب 4 نانومتر هستند. شکل 10 داراي قطر MWCNTنانولوله هاي
و سيليس است که به عنوان پايه نانولوله هاي کربني ب77ه ک77ارMWCNTهيبريد بين نانولوله هاي کربني رفته است.
- عملکرد جاذب ها3-2،MWCNT( درصد حذف اتيل بنزن و زايلن توسط 1جدول ) SWCNT و HCNTبراي ح77التي ک77ه غلظت
دور240 دقيقه و شدت هم77زدن 10، زمان تماس g/l1، غلظت جاذب mg/l10اوليه اتيل بنزن و زايلن در دقيقه است را نشان مي دهد.
دقيقه10 و زمان تماس mg/l10 براي غلظت اوليه HCNT و MWCNT، SWCNT- حذف اتيل بنزن و زايلن توسط 1جدول
جاذبزايلناتيل بنزن
غلظت اوليه(C0( )mg/l)
غلظت ثانويه )Ct( )mg/l)
درصد حذف)٪(
غلظت اوليه(C0( )mg/l)
غلظت ثانويه )Ct( )mg/l)
درصد حذف)٪(
MWCNT01/0±100002/0±04/06/9901/0±10001/0±02/08/99
SWCNT01/0±100003/0±02/08/9902/0±10001/0±01/09/99
HCNT02/0±10002/0±04/06/9902/0±10005/0±03/07/99
،HCNT( م77يزان ح77ذف اتي77ل ب77نزن و زايلن توس77ط 5ش77کل ) SWCNT و MWCNTرا ب77ا هم مقايس77ه مي نمايد.
6
با غلظت اوليهHCNT; SWCNT; MWCNT( توسط B( و زايلن )A براي مقايسه حذف اتيل بنزن )DOE- نمودارهاي 5شکل mg/l10
،HCNT( ظ77رفيت ج77ذب اتي77ل ب77نزن و زايلن در 6شکل ) SWCNT و MWCNT ب77ا غلظت اولي77ه mg/l10، دور در دقيقه را نشان مي دهد.240 دقيقه و ميزان همزدن 10زمان تماس
7
MWCNT و HCNT، SWCNT- ظرفيت جذب اتيل بنزن و زايلن توسط 6شکل
( براي اتيل بنزن و زايلن توسط جاذب هاي مختلف حاص77ل از اينqe( مقدار ظرفيت جذب )2جدول )مطالعه را با ساير مطالعات مقايسه نموده است.
مقايسه ظرفيت جذب بنزن و زايلن توسط جاذب هاي مختلف2جدول
T( دما :ºC ،)S/L( نسبت جاذب به مايع :g/ml و )C0( غلظت اوليه :mg/l)
- بازيابي نانولوله هاي کربني3-3( درصد حذف اتيل بنزن و زايلن توسط نانولوله هاي کربني بازيابي شده در اولين بازيابي )3جدول )
SWCNTrec1، MWCNTrec1 و HCNTrec1( و دومين بازي777ابي )SWCNTrec2، MWCNTrec2 و HCNTrec2را ) ، غلظتmg/l10نشان مي دهد. نانولوله هاي بازيابي شده براي حذف اتيل بنزن و زايلن با غلظت اوليه
دور در دقيق77ه م77ورد اس77تفاده240 دقيقه و شدت هم77زدن 10، زمان تماس g/l1نانولوله هاي کربني قرار گرفتند.
( نيز بازدهي حذف اتيل بنزن و زايلن توسط نانولوله هاي کربني بازيابي شده مرحل77ه8( و )7شکل )اول و دوم را با نانولوله هاي کربني اوليه مقايسه مي کند.
بازيابي شده مرحله اول و دومHCNT و SWCNT، MWCNT- حذف اتيل بنزن و زايلن توسط 3جدول
( نانولوله هايA براي مقايسه نانولوله هاي کربني اوليه و بازيابي شده در حذف اتيل بنزن: )DOE- نمودارهاي 7شکل ( نانولوله هاي کربني هيبريدC( نانولوله هاي کربني چند ديواره، )Bکربني تک ديواره، )
10
( نانولوله هاي کربنيA براي مقايسه نانولوله هاي کربني اوليه و بازيابي شده در حذف زايلن: )DOE- نمودارهاي 8شکل ( نانولوله هاي کربني هيبريدC( نانولوله هاي کربني چند ديواره، )Bتک ديواره، )
- بحث و نتيجه گيري4 ،MWCNT م77يزان ح77ذف اتي77ل ب77نزن توس77ط DOEبر اساس آناليزهاي انجام شده توس77ط ن77رم اف77زار
SWCNT و HCNT( داراي اختالف معني داري Prob>|t| است. مقايسه م77يزان ح77ذف05/0 کوچکتر از ) زايلن توسط نانولوله هاي کربني نشان مي دهد که از نظر آماري اختالف معني داري بين نانولوله ه77اي
(. ب77ه ط77وري ک77ه05/0 کوچک77تر از |Prob>|t در ح77ذف زايلن وج77ود دارد )HCNT و MWCNTکرب77ني SWCNT.داراي راندمان بيشتري در حذف اتيل بنزن و زايلن است
مي توان77د اتي77ل ب77نزن وMWCNT و HCNT بيش از SWCNT( مش77هود اس77ت 5همان طور که در ش77کل )زايلن را از محلول آبي حذف کند.
،MWCNT( نشان مي دهد که 6شکل ) SWCNT و HCNT.زايلن را بيشتر از اتيل ب77نزن ج77ذب مي کنن77د (، بيش77ترmg/l1970( نسبت به اتي77ل ب77نزن )mg/l530اين حالت ناشي از کمتر بودن ميزان انحالل زايلن )
]g78( نس77بت ب77ه اتي77ل ب77نزن )g92ب77ودن وزن مولک77ولي زايلن ) [ و نقط77ه ج77وش ب77االتر زايلن )7،5(7 Cº7/110( نسبت به نقطه جوش اتيل بنزن )Cº1/80[ )11.مي باشد ]
11
ازmg/l200 و mg/l60لو و همکارانش بر اساس تحقيقاتي که انجام دادند، دريافتند ک77ه در غلظت اولي77ه اتيل بنزن و زايلن مقدار زايلن جذب شده در واحد جرم جاذب بيشتر از مقدار اتيل بنزن جذب شده
[. همچنين ايواليوتي و همکارانش نشان دادند که ظرفيت جذب جاذب ه7اي دي7اتومه اي ب77راي5است][.7حذف زايلن بيشتر از اتيل بنزن است]
ديفوال و جرجيس در مطالعات خود دريافتند که ميزان جذب زايلن در واحد جرم جاذب بيشتر از اتيل[.9بنزن مي باشد]
س77و و همک77ارانش در مطالع77ات خ77ود نش77ان دادن77د ک77ه ظ77رفيت ج77ذب اتي77ل ب77نزن و زايلن توس77ط دقيق77ه و240، زم77ان تم77اس mg/l200نانولوله هاي اصالح شده با هيپ77وکلريت س77ديم در غلظت اولي77ه
ميلي گرم در هر گرم جاذب مي باشد. ظ77رفيت ج77ذب زايلن225 و 212 برابر mg/l600غلظت جاذب [.10نيز بيشتر از اتيل بنزن بدست آمد]
بيشترSWCNT( اتيل بنزن و زايلن توسط qeهمچنين در اين تحقيق مشخص گرديد که ظرفيت جذب ) ، نانولوله کربني ت77ک دي77واره بيش77ترينmg/l10 است به طوري که در غلظت اوليه HCNT و MWCNTاز
( نشان مي ده77د. مقايس77ه ظ77رفيتmg/g97/9( و براي اتيل بنزن )mg/g10ظرفيت جذب را براي زايلن )>HCNT( نانولوله هاي کربني نشان مي دهد که داراي درجه بندي به ص77ورت qeجذب ) MWCNT<SWCNT
مي باشند. اين مسئله ناش77ي از وج77ود گروهه77اي ذاتي ش77يميايي ب77ر روي اين جاذب ه77ا و مشخص77ات ساختاري آنها در جذب ترکيبات آروماتيک مانند اتيل بنزن و زايلن اس77ت. اين مس77ئله نش77ان مي ده77د که جذب اتيل بنزن و زايلن توسط نانولوله هاي کربني به ماهيت شيميايي سطح جاذب و مشخص77ات خلل و فروجي آن بستگي دارد. چنين نتايج مشابهي ن77يز توس77ط س77اير محققين در مق77االت مختل77ف
[. خيلي مهم است ک77ه مکانيس77م ج77ذب اتي77ل ب77نزن و زايلن توس77ط نانولوله ه77اي9ارائه شده است] محلول در طول فراين77د ج77ذبpHکربني بررسي گردد. با توجه به اينکه تغيير قابل توجهي در ميزان
اتفاق نيافتاد، مي توان گفت که مکانيس77م ج77ذب اين ترکيب77ات توس77ط نانولوله ه77اي کرب77ني از ح77الت دهنده الک77ترون- گيرن77ده الک77ترون تبعيت مي کن77د ک77ه مس77تلزم وج77ود گروه ه77اي کربوکس77يليک و اتم اکسيژن بر روي سطح نانولوله هاي کربني به عنوان دهنده الکترون و حلقه آروماتيک در اتيل بنزن و
[. چنين نتايجي از مطالعات ديگران ب77ر روي نانولوله ه7اي5زايلن به عنوان گيرنده الکترون مي باشد] [. به عالوه واکنش ه77اي الکترواس77تاتيک بين10( نيز به دست آمده است]MWCNTکربني چند ديواره )
را مي ت77وان ب77ه عن77وان عام77ل ب77اال ب77ودن ج77ذب اينSWCNTمولکولهاي اتي77ل ب77نزن و زايلن و س77طح توصيف نمود. با توجه به اينکه مولکول هاي اتي77ل ب77نزن و زايلن از نظ77ر ب77ار،SWCNTترکيبات توسط
[، بنابراين جذب اين مولکول ها توس77ط ي77ک س77طح داراي ب77ار منفي5داراي شارژ يون مثبت هستند] به طور قابل توجهي انجام مي شود. اين نتايج نشان دهنده ج77ذب بيش77تر اتي77ل ب77نزن وSWCNTمانند
زايلن توسط نانولوله هاي کربني تک ديواره است. بيش7تر از س7اير جاذب ه77اي م77ورد اس7تفاده در ش77رايطSWCNTدر اين مطالع77ه مش7خص گردي77د ک7ه
يکسان قادر به جذب اتيل بنزن و زايلن است. بنابراين مي توان از اين جاذب در ح7ذف اتي7ل ب77نزن وزايلن از آب و يا فاضالب آلوده شده استفاده نمود.
يکي از فاکتوره77اي بس77يار مهم در م77ورد جاذب ه77اي اس77تفاده ش77ده ب77راي ح77ذف آالين77ده ها از آب و فاضالب قابليت بازيافت آنها است. جاذب هاي نانو عالوه بر اينکه داراي قدرت ج77ذب ب77االيي هس77تند بايستي خاصيت واجذبي خوبي نيز داشته باشند تا بتوان آنها را به راحتي بازي77ابي نم77ود و هزينه ه77اي باالي آنه77ا را ب77ه اين ش7يوه در ح7د قاب77ل قب7ولي ک77اهش داد. اين جاذب ه7ا در ح7الت ع7ادي ب77ه علت هزينه هاي بااليي که دارند، نمي توانند به صورت محيطي مورد استفاده قرار گيرند، بنابراين مطالع77ه بازيابي اين جاذب ها که در حذف اتيل بنزن و زايلن مورد استفاده قرار گرفته اند براي کاهش هزين77ه
،SWCNTضروري است. به همين منظور بخشي از اين مطالع77ه ب77ه بازي77ابي MWCNT و HCNTم77ورد استفاده در حذف اتيل بنزن و زايلن اختصاص داده شد.
( نشان مي دهند که نانولوله هاي کربني مورد استفاده در8( و )7( و نمودارهاي شکل هاي )3جدول ) حذف اتيل بنزن و زايلن را مي توان به راحتي بازيابي نمود و مج77ددا در ح77ذف اين آالين7ده ها از آب و فاضالب مورد استفاده قرار داد. به عالوه بازيابي اين جاذب ها با استفاده از حرارت مي تواند بازدهي حذف اتيل بنزن از آب و فاضالب را افزايش دهد به طوري که جاذب هاي بازيابي شده بهتر از حالت اوليه آنها عمل کند. که اين مسئله ممکن ناش77ي از ح77ذف کاتاليس77ت هاي فل77زي باش77د ک77ه در هنگ77ام فرايندهاي شيميايي ساخت اين نانولوله ها در داخل جاذب ها باقي مانده اند که حذف آنها توسط گرما
12
باعث بهبود عملک77رد آنه77ا مي ش77ود. همچ77نين در اث77ر گرم77ا دادن ب77ه اين جاذب ه77ا س77اختار و م77اهيت سطحي ک77ربن ب77ه گ77ونه اي تغي77ير مي کن77د ک77ه س77اختار گرافي77تي آن اف77زايش و گروهه77اي عملک77ردي
[. اين مسئله باعث افزايش ج77ذب اتي77ل ب77نزن توس77ط12سطحي و شارژ منفي آنها کاهش مي يابد]نانولوله هاي کربني مي شود.
ب77ه راح77تيSWCNTنتايج حاصل از اين تحقيق نشان مي دهد که اتيل بنزن و زايلن جذب شده توسط مي توان77د پي در پي در تص77فيهSWCNTتوسط گرما قابل واجذبي است که اين مسئله نشان مي ده77د
آب و فاضالب مورد استفاده قرار گيرد. ب77ه ط77وري ک77ه بازي77ابي اين جاذب ه77ا ي77ک ف77اکتور کلي77دي در کاربرد اين نانو جاذب هاي گرانقيمت در شرايط محيطي است. با توجه به نتايج حاصله از اين تحقيق مي توان انتظار داشت که هزينه واحد نانولوله هاي کربني مي توان77د ب77ا بازي77ابي آنه77ا در آين77ده ک77اهش
يابد. هر چند اکثر جاذب ها مانند ک77ربن بالک, زغ77ال و غ77يره در ح77الت جام77د عم77دتا از ي77ک عنص77ر مش77ابه تشکيل شده اند, ولي اختالف رفتار واجذبي آالينده ها از آنها به ساختار ژئومتريک آنها وابس77ته اس77ت. م77واد کرب77ني داراي خل77ل و ف77رج زي77ادي هس77تند ک77ه ب77اعث ايج77اد س7طح زي77اد ب77ر روي اين جاذب ه77ا مي گردد. به طوري که نانولوله هاي کربني که به صورت لوله هايي در اندازه و مقياس نانو مي باش77ند نيز داراي اين خاصيت هستند. نانولوله هاي کربني به راح77تي ب77ه يک77ديگر مي چس77بند و در اث77ر ن77يروي جاذبه واندروالس قوي که بين آنها ب77ه وج77ود مي آي77د, تب77ديل ب77ه ي77ک س77اختار يکس77ان مي ش77وند. اين ساختار يکپارچه به جاي نانولوله هاي مجزا عمل جذب در محلول هاي آبي را انجام مي دهد. چهار نوع از اين ساختار يکپارچه ممکن است ايجاد شود که س7ايت هاي ج77ذب را ب77ه وج7ود مي آورد. اين چه7ار
- س77ايت هاي3- کانال ه77اي درون ش77بکه اي بين نانولوله ه77ا, 2- لوله ه77اي داخلي, 1گ77روه عبارتن77د از: - سطوح بيروني نانولوله هاي مجزا. لوله هاي داخلي نانولوله ه77ا تنه77ا از4ناشي از شيارهاي بيروني و
انتهاي ب7از آنه7ا قاب7ل دسترس7ي هس7تند, کانال ه77اي درون ش7بکه اي در لوله ه7اي ب7ا قط77ر ب7اال ايج77اد مي شوند, در حالي ک77ه ش77يارها و س77طح خ77ارجي نانولوله ه77ا عام77ل اص77لي ج77ذب آالين77ده ها هس77تند. بنابراين مي توان نتيجه گيري کرد که بيشتر اتيل بنزن و زايلن حذف شده بر روي س77ايت هاي موج77ود در سطح خارجي نانولوله هاي کربني جذب شده اند. به عالوه, با توج77ه ب77ه اين ک77ه ک77ل اتي77ل ب77نزن و زايلن جذب شده بر روي نانولوله هاي کربني در اث77ر ح77رارت آزاد مي ش77وند، مي ت77وان گفت ک77ه هيچ
[.13گونه کانال هاي بين شبکه اي بين نانولوله هاي کربني ايجاد نشده است] در بازيابي نانولوله هاي کربني مقدار کاهش وزن بسيار ناچيز و در حد صرفنظر کردن ب77ود. ه77ر چن77د که همين کاهش وزن جزئي مي تواند ناشي از تبخير آبي باشد ک77ه در جاذب ه77اي کرب77ني خ77ام وج77ودداشته و يا حذف گروههاي کربوکسيليک يا هيدروکسيل موجود در ديواره نانولوله ه77اي کرب77ني باش77د]
5 .] در مطالعه حذف اتيل بنزن و زايلن از منابع آبي با استفاده از نانولوله هاي کربني مشخص گرديد که
SWCNT داراي ظ77رفيت ب77االتري نس77بت ب77ه MWCNT و HCNT (SWCNT>MWCNT>HCNT).مي باش77د بيشتر از اتيل بنزن است HCNT و MWCNT، SWCNTظرفيت جذب زايلن توسط
بعد از بازيابي نانولوله هاي کربني استفاده شده در حذف اتيل بنزن و زايلن که در دو سيکل مت77والي،SWCNTانجام گرديد, مشخص شد که نانولوله ه77اي کرب77ني MWCNT و HCNTرا مي ت77وان در چن77دين
مرحله در تصفيه آب و فاضالب مورد استفاده قرار داد و آنه77ا را احي77اء نم77ود. ب77ه عالوه بازي77ابي اين نانولوله ها توسط گرما مي تواند عملکرد آنها را نسبت به حالت اوليه ب77راي ح77ذف اتي77ل ب77نزن بهب77ود بخشد. که اين مسئله مي تواند ناشي از حذف فلزات احتمالي موج77ود در دي77واره نانولوله ه77ا و تغي77ير در ساختار و ماهيت سطحي آنها باشد به طوري که دما ب77اعث اف77زايش س77اختار گرافي77تي و ک77اهش
گروههاي عملکردي سطحي و کاهش بار منفي سطوح نانولوله هاي کربني مي شود.
سپاسگذاري نويسندگان مقاله بر خ77ود الزم مي دانن77د ک77ه از گ77روه مهندس77ي بهداش77ت محي77ط و مرک77ز تحقيق77ات محيط زيست دانشکده بهداشت به خاطر همکاري در انجام پروژه تحقيق77اتي م77ذکور تش77کر نماين77د. همچنين از دانشگاه علوم پزشکي اصفهان به خاطر تامين هزينه هاي مالي و پژوهشکده صنعت نفت
به علت همکاري و ساخت نانولوله هاي کربني بر اساس نياز محققين تشکر مي شود.
13
Ethylbenzene and Xylene Removal by Carbon Nano Tubes from Aqueous SolutionBijan Bina1, Mohamad Mehdi Amin1, Alimorad Rashidi2, Hamidreza Pourzamani1
1- Environment Research Center, Isfahan University of Medical Sciences, Isfahan, Iran2- Gas Division, Research Institute of Petroleum Industry (RIPI), Tehran, Iran
AbstractThe removal of Ethylbenzene and Xylene from aqueous solution by single and multi walled carbon nano tubes (SWCNT and MWCNT) and hybrid carbon nano tube (HCNT) was evaluated for nanomaterials dose of 1 g/l, contact time 10 min, with Ethylbenzene and Xylene concentration of 10 mg/l and pH 7.syntetic samples were analyzed by GC/MS. In order to data analysis used of Design of Experiment (DOE).The equilibrium amount (q e) (mg/g) by SWCNT (Ethylbenzene: 9.97 mg/g, Xylene: 10 mg/g) is higher than MWCNT and HCNT. The order of uptake for SWCNT is Xylene > Ethylbenzene, that is related to increasing of water solubility and decreasing molecular weight. It is concluded that recycling by heating at 105±2ºC used for the first time in this study cause better adsorption performance for recycled CNTs than raw of them. The SWCNTs are efficient as Ethylbenzene and Xylene adsorbents in environmental pollution cleanup.
Keywords: Ethylbenzene; Xylene; Carbon Nano Tube; Water Pollution
رفرنس1. Bielefeldt AR, Stensel HD. Evaluation of biodegradation kinetic testing methods and longterm variability in biokinetics for BTEX metabolism. Water Research. 1999;33(3):733-40.2. Shim H, Shin E, Yang S-T. A continuous fibrous-bed bioreactor for BTEX biodegradation by a co-culture of Pseudomonas putida and Pseudomonas fluorescens. Advances in Environmental Research. 2002;7(1):203-16.3. Mathur AK, Majumder CB, Chatterjee S. Combined removal of BTEX in air stream by using mixture of sugar cane bagasse, compost and GAC as biofilter media. Journal of Hazardous Materials. 2007;148(1-2):64-74.4. Mello JMMd, de Lima Brandão H, de Souza AAU, da Silva A, de Souza SMdAGU. Biodegradation of BTEX compounds in a biofilm reactor--Modeling and simulation. Journal of Petroleum Science and Engineering. 2010;70(1-2):131-9.5. Lu C, Su F, Hu S. Surface modification of carbon nanotubes for enhancing BTEX adsorption from aqueous solutions. Applied Surface Science. 2008;254(21):7035-41.
14
6. Lin SH, Huang CY. Adsorption of BTEX from aqueous solution by macroreticular resins. Journal of Hazardous Materials. 1999;70(1-2):21-37.7. Aivalioti M, Vamvasakis I, Gidarakos E. BTEX and MTBE adsorption onto raw and thermally modified diatomite. Journal of Hazardous Materials.In Press, Corrected Proof.8. Carmody O, Frost R, Xi Y, Kokot S. Adsorption of hydrocarbons on organo-clays--Implications for oil spill remediation. Journal of Colloid and Interface Science. 2007;305(1):17-24.9. Daifullah AAM, Girgis BS. Impact of surface characteristics of activated carbon on adsorption of BTEX. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2003;214(1-3):181-93.10. Su F, Lu C, Hu S. Adsorption of benzene, toluene, ethylbenzene and p-xylene by NaOCl-oxidized carbon nanotubes. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2010;353(1):83-91.11. Gomes HT, Samant PV, Serp P, Kalck P, Figueiredo JL, Faria JL. Carbon nanotubes and xerogels as supports of well-dispersed Pt catalysts for environmental applications. Applied Catalysis B: Environmental. 2004;54(3):175-82.12. Lu C, Su F. Adsorption of natural organic matter by carbon nanotubes. Separation and Purification Technology. 2007;58(1):113-21.13. Wibowo N, Setyadhi L, Wibowo D, Setiawan J, Ismadji S. Adsorption of benzene and toluene from aqueous solutions onto activated carbon and its acid and heat treated forms: Influence of surface chemistry on adsorption. Journal of Hazardous Materials. 2007;146(1-2):237-42.
