سنتز سبز نانوذرات مغناطیسی اکسید آهن (Fe3O4) عامل‌دار شده با پروآنتوسیانیدین و ارزیابی کاربرد آن در حذف فلز سنگین سرب (Pb) از فاضلاب صنعتی صنایع باتری‌سازی | ||
| فصلنامه علوم محیطی | ||
| مقاله 3، دوره 23، شماره 1، 1404 اصل مقاله (1.44 M) | ||
| نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.48308/envs.2024.1371 | ||
| نویسندگان | ||
| شمیم صمدیان1؛ علیرضا پرداختی* 2؛ غلامرضا نبی بیدهندی2 | ||
| 1گروه مهندسی محیط‌زیست، پردیس بین‌المللی ارس، دانشگاه تهران، جلفا، ایران | ||
| 2دانشکده محیط‌زیست، دانشگاه تهران، تهران، ایران | ||
| چکیده | ||
| سابقه و هدف: سنتز نانومواد مغناطیسی Fe3O4 به دلیل کاربردهای بالقوه آنها در تصفیه فاضلاب مورد توجه قرار گرفته است. عامل پوشش دهنده سطح یا عامل تثبیت کننده نانومواد Fe3O4 می‌تواند به طور قابل توجهی بر خواص و کاربردهای نهایی آنها تاثیر بگذارد. روش‌های سنتز سبز بعنوان یک استراتژی جایگزین برای جلوگیری از مضرات واکنش‌های شیمیایی که ممکن است برخی از مواد شیمیایی سمی یا حلال‌ها در آن دخیل باشند، در نظر گرفته می‌شوند. در این راستا، گیاهان بعنوان یکی از مفیدترین منابع برای سنتز سبز نانوذرات مورد استفاده قرار می‌گیرند، زیرا دارای طیف گسترده‌ای از متابولیت‌ها هستند که می‌توانند بعنوان عامل تثبیت کننده استفاده شوند. پژوهش حاضر با هدف سنتز سبز نانوذرات مغناطیسی اکسید آهن (Fe3O4) عامل‌دار شده با پروآنتوسیانیدین و ارزیابی کاربرد آن در حذف فلز سنگین سرب (Pb) از فاضلاب صنعتی صنایع باتری‌سازی انجام گرفت. مواد و روش‌ها: نانوذرات آب‌دوست اکسید آهن (Fe3O4) عامل‌دار شده با پروآنتوسیانیدین از طریق رویکرد هیدروترمال سنتز شدند. بمنظور تشخیص و بررسی ویژگی‌های جاذب سنتز شده، نانوکامپوزیت‌های Fe3O4 به دست آمده با طیف‌سنجی فروسرخ تبدیل فوریه (FTIR)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) و پراش پرتو ایکس (XRD) مشخصه‌یابی شدند. نمونه‌های فاضلاب برای انجام آزمایش‌های جذب از فاضلاب کارخانه تولید باتری گرفته شدند. آزمایش‌های جذب به صورت ناپیوسته صورت گرفت و پارامترهای زمان تماس، دوز جاذب و pH بعنوان عوامل موثر بر فرآیند جذب در نظر گرفته شدند. بهینه‌سازی آزمایش‌های جذب از طریق نرم‌افزارDesign Expert مبتنی بر سه پارامتر با روش سطح پاسخ (MRS) با استفاده از باکس بنکن (Box-Behnken) انجام شد. همچنین مدل‌سازی فرآیند سینتیک جذب با کاربرد سینتیک شبه درجه اول و شبه درجه دوم و میزان انطباق داده‌های تجربی تعادل جذب با مدل‌های ایزوترم جذب لانگمویر و فرندلیچ مورد بررسی قرار گرفت. نتایج و بحث: مطابق با یافته‌های حاصل از تصویر SEM، اکثر نانوذرات تولید شده دارای ساختار کروی بوده و تمایل به تشکیل توده‌های بزرگتری دارند. تصویر TEM نانوذرات Fe3O4 نشان داد که متوسط اندازه این نانوذرات 3/7±47 نانومتر است. الگوی XRD حاکی از حضور ساختار اسپینل مکعبی در نانوذرات Fe3O4 بود. بر اساس نتایج حاصل، تاثیر زمان تماس و دوز جاذب در فرآیند جذب Pb بر روی نانوذرات مغناطیسی اکسید آهن (Fe3O4) عامل‌دار شده با پروآنتوسیانیدین موثرتر از pH بود. در زمان تماس بالا، دوز جاذب بیشتر و در محدوده pH پایین، حذف Pb با راندمان بسیار بیشتری صورت گرفت. بالاترین راندمان حذف Pb از فاضلاب کارخانه تولید باتری به میزان 81/93 درصد در شرایط بهینه pH خنثی (5/6)، زمان تماس 200 دقیقه و دوز نانوذرات مغناطیسی اکسید آهن (Fe3O4) عامل‌دار شده با پروآنتوسیانیدین برابر با چهار میلی‌گرم بر لیتر به دست آمد. سینتیک و ایزوترم جذب Pb بر روی نانوذرات مغناطیسی اکسید آهن (Fe3O4) عامل‌دار شده با پروآنتوسیانیدن به ترتیب با مدل‌های شبه درجه دوم و لانگمویر همخوانی داشتند. لذا نرخ جذب توسط برهمکنش شیمیایی کنترل شده و فرآیند جذب از نوع تک لایه می‌باشد. نتیجه‌گیری: نتایج حاصل از پژوهش حاضر نشان داد که جاذب نانوذرات مغناطیسی اکسید آهن (Fe3O4) عامل‌دار شده با پروآنتوسیانیدین قابلیت خوبی در حذف یون Pb از فاضلاب صنعتی صنایع باتری‌سازی دارد. با توجه به هزینه مقرون به صرفه، روش آماده‌سازی ساده و فرآیند دوستدار محیط‌زیست و همچنین و راندمان بالای جاذب تهیه شده، می‌توان از آن به عنوان جایگزینی مناسب به جای کاربرد جاذب‌های نسبتاً گران قیمتی مانند کربن فعال در حذف آلاینده‌های فلزی استفاده نمود. | ||
| کلیدواژه‌ها | ||
| سنتز سبز؛ پروآنتوسیانیدین؛ نانوذرات؛ Fe3O4؛ فلزات سنگین | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Green Synthesis of Iron Oxide (Fe3O4) Magnetic Nanoparticles Functionalized with Proanthocyanidin for Heavy Metal Removal from Battery Industry Wastewater | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Shamim Samadian1؛ Alireza Pardakhti2؛ Gholamreza Nabi Bidhendi2 | ||
| 1Department of Environmental Engineering, Aras International Campos, Jolfa, Iran | ||
| 2Faculty of Environment, University of Tehran, Tehran, Iran | ||
| چکیده [English] | ||
| Introduction: The synthesis of Fe3O4 magnetic nanomaterials has been considered due to their potential applications in wastewater treatment. The surface coating agent or stabilizing agent of Fe3O4 nanomaterials can significantly affect their properties and final applications. Green synthesis methods are considered as an alternative strategy to avoid the disadvantages of chemical reactions that may involve some toxic chemicals or solvents. In this regard, plants are used as one of the most useful sources for the green synthesis of nanoparticles because they have a wide variety of metabolites that can be used as stabilizing agents. The current research was carried out with the aim of green synthesis of magnetic iron oxide nanoparticles (Fe3O4) functionalized with proanthocyanidin and evaluating its application in lead (Pb) ion removal from battery industry wastewater. Materials and Methods: Hydrophilic nanoparticles of iron oxide (Fe3O4) functionalized with proanthocyanidin were synthesized through hydrothermal approach. In order to identify and investigate the properties of the synthesized adsorbent, the obtained Fe3O4 nanocomposites were characterized by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM) and X-ray diffraction (XRD). Wastewater samples were taken from battery industry wastewater for absorption tests. Adsorption experiments were performed continuously and parameters of contact time, adsorbent dose and pH were considered as effective factors on the absorption process. The optimization of absorption tests was done through design expert software based on three parameters with response surface methodology using Box-Behnken. Also, the modeling of adsorption kinetics process using pseudo-first-order and pseudo-second-order kinetics and the degree of conformity of experimental data of adsorption equilibrium with Langmuir and Freundlich adsorption isotherm models were investigated. Results and Discussion: According to the findings of the SEM image, most of the produced nanoparticles have a spherical structure and tend to form larger masses. TEM image of Fe3O4 nanoparticles showed that the average size of these nanoparticles is 47±7.3 nm. The XRD pattern indicated the presence of cubic spinel structure in Fe3O4 nanoparticles. Based on the results, the effect of contact time and adsorbent dosage on the Pb adsorption process onto magnetic iron oxide (Fe3O4) nanoparticles functionalized with proanthocyanidin was more effective than pH. At high contact time, more adsorbent dosage and in low pH range, Pb removal was done with much higher efficiency. The highest Pb removal efficiency of 93.81% from battery industry wastewater was obtained under optimal conditions of neutral pH (6.5), contact time of 200 minutes and magnetic iron oxide nanoparticles (Fe3O4) functionalized with proanthocyanidin dosage to 4 mg/L. The kinetics and isotherm of Pb adsorption on magnetic iron oxide nanoparticles (Fe3O4) functionalized with proanthocyanidin were consistent with pseudo-quadratic and Langmuir models, respectively. Therefore, the absorption rate is controlled by chemical interaction and the absorption process is a single layer type. Conclusion: The results of the present study showed that the iron oxide (Fe3O4) magnetic nanoparticle adsorbent functionalized with proanthocyanidin has a good ability to Pb ions removal from the battery industrial wastewater. Due to the affordable cost, simple preparation method and environmentally friendly process, as well as the high efficiency of the adsorbent prepared, it can be used as a suitable alternative to the use of relatively expensive adsorbents such as activated carbon in the removal of heavy metal ions from wastewaters. | ||
| کلیدواژه‌ها [English] | ||
| Green synthesis, Proanthocyanidin, Nanoparticles, Fe3O4, Heavy metals | ||
| مراجع | ||
|
| ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 1,033 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 1,162 |
||