بررسی کارائی فرایند سونو کاتالیستی با استفاده از نانو ذره اکسید منیزیوم درحذف کتیکول ازمحلولهای آبی

برای دستیابی به توسعه پایدار، توجه به مدیریت محیط زیست اجتناب ناپذیر است و یکی از مسائل مهمی که سلامت محیط را تهدید می­کند ترکیبات مقاوم و سمی می­باشند که از طریق فاضلابهای صنعتی وارد محیط زیست میگردند (1). کمبود منابع آب و مشکلات زیست محیطی ناشی از تخلیه فاضلاب ها و پساب ها به آب های پذیرنده بشررا مجبور به  استفاده از راهکار تصفیه فاضلاب و استفاده مجدد از آن نموده است. در میان ترکیبات مختلف آلاینده فنل و مشتقات آن (کتیکول) دارای اهمیت ویژه ای می باشد(2و3) باتوجه به اهمیتی که فنل روی سلامت انسان دارد، استاندارد سختگیرانه ای برای آن وضع شده است. به طور مثال سازمان جهانی بهداشت توصیه کرده غلظت فنل در منابع آب ورودی به تصفیه خانه متعارف آب برای (WHO) استفاده جوامع انسانی کمتر از 2 میکروگرم در لیتر باشد. رهنمود سازمان جهانی بهداشت برای غلظت فنلها، کلروفنلها و 6،4،2 تری کلروفنل در آب آشامیدنی کمتر از 1/0 میکروگرم در لیتر (1/0 ppb) طبق استاندارد سازمان حفاظت محیط زیست آمریکا جوامع (US.EPA) میزان مجاز فنل در منابع آب جوامع انسانی و آب مورد استفاده برای پرورش ماهی 3/0 و6/2 میلی گرم در لیتر است. بر اساس استاندارد کشور ژاپن مقدار مجاز در پسآبهای خروجی از تصفیه خانه های صنایع 5 میلیگرم در لیتر است.(4)

کتیکول و یا پیرو کتیکول 2،1 -دهیدروکسی بنزن یک ترکیب آلی با فرمول ملکولی C₆H₄(OH)₂ می باشد(5). ترکیبات فنل مثل کتکول، پیروکتکول به عنوان آلاینده هایی هستندکه  حتی در غلظتهای پایین برای موجودات زنده دارای اثرات بسیار مضر میباشد و به طور گسترده در محلولهای صنعتی یافت میشوند (6). این ترکیبات با غلظت بالا در پساب پالایشگاه پتروشیمی ، کارخانجات فولاد سازی ، پالایش زغال سنگ وکارخانجات داروسازی یافت می شوند(7). کتیکول یا پیروکتکول بعنوان آنتی سپتیک استفاده می شود و در تولید رنگ، الیاف مو، عکاسی ، چرمسازی کاربرد دارد ، جهت جلوگیری از رشد قارچ در قطعات سیب زمینی که جهت تکثیر و کاشت در زمین استفاده می شود به کار می رود و همچنین بعنوان انتی اکسیدان در بسیاری از صنایع استفاده می شود . از کتیکول بعنوان یک شناساگر برای شناسایی تعدادی از یونها در آزمایشگاها استفاده میشود(8). اگر پیروکتکول وارد محیط زیست شود به راحتی می تواند در خاک، آبهای سطحی و زیرزمینی تجمع یافته و یکی از مهترین نگرانی­های زیست محیطی را ایجاد کند(9). کتیکول یک ترکیب فنولیک است که برکیفیت منابع آب اثر می گذارد در انسان و سایر موجودات زنده مواجهه با پیروکتکول می‌تواند منجر به تخریب استروژن و باعث آسیب به سیستمهای عصبی و پیش­سازهای آن و  همچنین سوزش چشم ، پوست و راههای تنفسی شده و متابولیت آن می تواند منجربه بیماریهای عصبی ، تخریب DNA  و مرگ شود (10). حدود بیست میلیون کیلوگرم سالانه پیروکتکول در جهان مصرف می­شود (11). با توجه به این که کاهش و حذف بیولوژیکی آن مشکل می­باشد، استانداردهای سختگیرانه ای برای تخلیه مواد فنل­دار به محیطزیست در نظرگرفته شده است. پیروکتکول در طبقه­بندی آلاینده های دارای اولویت و خطرناک می باشدکه در سازمان حفاظت محیط زیست آمریکا معرفی شده است(11) حذف ترکیبات فنلی از فاضلاب صنایع، یک امر مهم برای حفظ بهداشت عمومی و محیط زیست  و یکی از اجزای لازم و ضروری در سیستمهای تصفیه فاضلاب این صنایع به شمار میرود. روش های مختلفی برای حذف فنول و ترکیبات فنولی پیشنهاد شده است که شامل جذب ، اکسیداسیون شیمیایی ،ترسیب ، تقطیر، جذب در حلال ، تعویض یونی ،فرایند های غشایی ،اسمز معکوس و روشهای الکتروشیمیایی، پرتودهی و غیره میباشد (12). غالب این روشها دارای معایبی نظیر هزینه بالای تصفیه، نیاز به تصفیه اضافی، تشکیل فرآوردههای جانبی خطرناک، راندمان پایین و قابلیت کاربرد برای غلظتهای محدودی از آلاینده­ها می­باشند(13). وجود چنین مشکلاتی همواره محققان را برآن داشته که به دنبال روش هایی با کارایی بالا در این زمینه باشند.  تحقیقات زیادی برای کاربرد و استفاده از روشهایی که به سادگی قابل استفاده باشند صورت گرفته است(14)اولتراسونیک یکی از فرآیندهای متداول برای حذف آلاینده­ها می­باشد. (15)

انتشار امواج اولتراسونیک در آب و فاضلاب منجر به حذف آلاینده های آلی از طریق تولید رادیکالهای OH می شود. به دلیل تولید رادیکال منجر به برش همولیتیک مولکول در آب می‌شود(16). فرایند اولتراسونیک به عنوان فناوری کارامد پیشرفته در زمینه های مختلف علوم مهندسی محیط به منظور حفظ محیط زیست از آلاینده‌ها و به عنوان تکنولوژی کلیدی برای آینده در جهان مورد توجه قرار گرفته است(15)

بنابراین با توجه به اهمیت و مشکلات زیست محیطی که کتیکول به دنبال دارد و کارایی بالای فرایندسونوکاتالیستی در حذف آلاینده ها هدف از این مطالعه تعیین کارایی فرایند سونوکاتالیستی در حذف کتیکول از محلول‌های آبی با استفاده از نانو ذره های اکسید منیزیوم می‌باشد.

1. آیا تغییرات PH در حذف کتیکول با استفاده از فرایند سونوکاتالیستی موثر است؟
2. آیا تغییرات زمان واکنش در حذف کتیکول با استفاده از فرایند سونوکاتالیستی موثر است ؟
3. آیا تغییرات غلظت اولیه در حذف کتیکول با استفاده از فرایند سونوکاتالیستی موثر است ؟
4. آیا تغییرات دوز نانو ذره در حذف کتیکول با استفاده از فرایند سونوکاتالیستی موثر است ؟

تعیین کارائی فرایند سونوکاتالیستی با استفاده از نانوذره اکسید منیزیوم درحذف کتیکول ازمحلولهای آبی

1. تعیین درصد حذف کتیکول با استفاده  ازفرآیند سونوکاتالیستی بر حسب pH از محیط آبی  
2. تعیین درصد حذف کتیکول با استفاده  ازفرآیند سونوکاتالیستی  بر حسب  زمان واکنش از محیط آبی  
3. تعیین درصد حذف کتیکول با استفاده  ازفرآیند سونوکاتالیستی  بر حسب  غلظت اولیه کتیکول از محیط آبی  
4. تعیین درصد حذف کتیکول با استفاده  ازفرآیند سونوکاتالیستی  بر حسب  دوزنانو ذره از محیط آبی  

سازمان اداره آب وفاضلاب ، وزارت بهداشت ودرمان ، شهرداری ، سازمان منابع طبیعی.

اولتروسونیک (Ultrasonic):کلمه آلتراسونیک به معنای مافوق صوت است. محدوده فرکانس شنوایی انسان 10 هرتز تا20 هرتز است. محدوده فرکانسی امواج مافوق صوت 40 کیلو هرتز تا چندین مگا هرتز می باشد.

تجربی  و آزمایشگاهی

محلول های سنتتیک حاوی غلظت های مختلف کتیکول

معیارهای ورود : نمونه سنتتیک شده  حاوی غلظت های الاینده کتیکول  باشد .

نمونه گیری پس از آزمایشات انجام می شود و تعداد نمونه ها با توجه به متغیر مورد پژوهش ویافتن بهینه ترین نقطه مطابق جدول زیر خواهد بود

نمونه ها به صورت سنتتیک ساخته می شوند

داده های مورد مطالعه از طریق قرائت مستقیم با دستگاه اسپکتوفتومتر مربوطه جمع آوری شده وبا توجه به میزان درصد حذف، کارایی فرآیند بررسی خواهد شد.

این نوع مطالعه تجربی ازمایشگاهی که در دانشگاه بهداشت اجرا خواهد شد.

این مطالعه یک مطالعه تجربی و در مقیاس آزمایشگاهی می باشد. به صورت سیستم ناپیوسته انجام می گیرد. در ابتدا محلول استوک کتیکول تهیه می‌ شود و سپس با استفاده از آب دو بارتقطیر برای رقیق سازی آن، محلول های با غلظت(،200،100،50) میلی گرم در لیتر ساخته می‌شود. جهت اندازه گیری میزان کتیکول خروجی، از دستگاه اسپکتروفتومتری با استفاده از طول موج حداکثر جذب (nm285) استفاده خواهد شد.  کلیه آزمایشات در دمای محیط آزمایشگاه انجام خواهد گرفت.

انجام آزمایشات  به صورت بهینه خواهد بود یعنی به اینصورت که با ثابت گرفتن متغیر در غلظت کتیکول ،دوز نانوذره ،فرکانس اولتروسونیک ،و زمان با متغیر گرفتن PHبهینه آن بدست خواهد آمد.به این صورت در مرحله بعد با متغیر گرفنتن غلظت کتیکول آزمایشات پیش خواهد رفت در نهایت بهینه کلیه متغیر ها بدست خواهد آمد.

نمونه  به حجم 300 میلی لیتر در بشر شیشه ای اماده خواهد شد. قبل از مصرف به خوبی مخلوط خواهد شد. تابش امواج اولتروسونیک تحت فرکانس 130 کیلو هرتزوزمان های -15 ،45.30، ،90،60 دقیقه. به طور جداگانه برروی نمونه تعیین مقدار خواهد شد. به منظور تنظیم pH از اسید سولفوریک وهیدر کسید سدیم استفاده می شود نمونه پس از عبور از صافی واتمن به منظور محاسبه غلظت کتیکول از دستگاه اسپکرو فتومتر استفاده می شود و نتایج در نرم افزار  Excelباز خوانی وتحلیل می شود .

نمودار مربوطه در نرم افزار.  Excelترسیم می گردد.

عنوان:راهنمای عمومی اخلاق در پژوهش‌های علوم پزشکی 

دارای آزمودنی انسانی  در جمهوری اسلامی ایران

کدها:

9-در پژوهش‌های پزشکی که ممکن است به محیط زیست آسیب برسانند، باید احتیاط‌های لازم در جهت حفظ و نگهداری و عدم آسیب رسانی به محیط ریست انجام گیرد.

28-پژوهشگران موظفند که نتایج پژوهش‌های خود را صادقانه ، دقیق، و کامل منتشر کنند. نتایج، اعم از منفی یا مثبت، و نیز منابع تأمین بودجه، وابستگی  سازمانی، و تعارض منافع – در صورت وجود – باید کاملاً آشکارسازی شوند. پژوهشگران نباید در هنگام عقد قرارداد انجام پژوهش، هیچ  گونه شرطی را مبنی بر حذف یا عدم انتشار یافته‌هایی که از نظر حمایت کننده‌ی پژوهش  مطلوب نیست، بپذیرند.

29-نحوه‌ی گزارش نتایج پژوهش باید ضامن حقوق مادی و معنوی تمامی اشخاص مرتبط با پژوهش، از جمله خود پژوهشگر یا پژوهشگران، آزمودنی‌ها و مؤسسه‌ی حمایت کننده‌ی  پژوهش باشد.

30-گزارش‌ها و مقالات حاصل از پژوهش‌هایی که مفاد این راهنما را نقض کرده‌اند، نباید برای انتشار پذیرفته شوند.

ندارد

سونوکاتالیست ،کتیکول،نانوذره اکسیدمنیزیوم

 Sonocatalyst, catechol , magnesium oxide nanoparticles

  1. Zazouli MA, Balarak D, Mahdavi Y. Application of Azolla for 2, 4, 6Trichlorophenol (TCP) Removal from aqueous solutions. Hyhiene sciences. 2014; 2(4):1724.

2. Datta S, Bhattacharya PK, Verma N. Removal of aniline from aqueous solution in a mixed flow reactor using emulsion liquid membrane. Journal of Membrane Science. 2003;226(1–2):185-201.

3.Ferreira M, Pinto MF, Neves IC, Fonseca AM, Soares OSGP, Órfão JJM, et al. ElectrochemicalZ oxidation of aniline at mono and bimetallic electrocatalysts supported on carbon nanotubes. Chemical Engineering Journal. 2015;260:309-15.

4. Dezuane, J., “Hand Book of Drinking Water Quality”, 2nd ed., Vannos Trand Reinhold ,

1997.

Roberts, E.R., “Bioremediation of Peteroleum Contaminate Sites”, Smoley , 1992

5.El-Safty SA, Shahat A, Ismael M. Mesoporous aluminosilica monoliths for the adsorptive removal of small organic pollutants. Journal of Hazardous Materials. 2012;201–202:23-32.

6.Cohen SH, Belinky PA, Hadar Y, Carlos G. Dosoretz D.Characterization of catechol derivative removal by lignin peroxidase in aqueous mixture. Bioresource Technology.2009; 100; 2247–2253.

7.Anotai J, Su C-C, Tsai Y-C, Lu M-C. Effect of hydrogen peroxide on aniline oxidation by electro-Fenton and fluidized-bed Fenton processes. Journal of Hazardous Materials. 2010;183(1–3):888-93.

8.Naď M. Ultrasonic horn design for ultrasonic machining technologies. Applied and Computational Mechanics. 2010, vol. 4, no. 1, p. 68-78

9. An F, Feng X, Gao B. Adsorption property and mechanism of composite adsorbent PMAA/SiO2 for aniline. Journal of Hazardous Materials. 2010;178(1–3):499-504.

10.Daneshvar, N., Khataee, A.R., Amani Ghadim A.R., Rasoulifard, M.H., 2007. Decolorization of C.I. Acid Yellow 23 solution by electrocoagulationprocess: Investigation of operational parameters and evaluation of specific electrical energy consumption (SEEC). Hazardous Materials. 148, 566–572

11. Tanaka S, Kuramitz H, YNakata, MKawasaki. Electrochemical Oxidation of Bisphenol A. Application to the Removal of Bisphenol A Using a Carbon Fiber Electrode.

Chemosphere. 2001; 45:37-43.

12. Zhou Z, Ping L, Jun L. Application of natural biosorbent and modified peat for bisphenol a removal from aqueous solutions Carbohydrate Polymers. 2012; 88(2):502–508.

13.Maleki A, Mahvi AH. Application of agricultural weast in removal of phenol from aqueous solutions. Hormozgan Medical Journal. 2006; 10(4):393-9.

14.Gupta S, Babu BV. Removal of toxic metal Cr(VI) from aqueous solutions using sawdust as adsorbent: Equilibrium, kinetics and regeneration studies. Chem Eng J 2009; 150(2-3):352-65.

15.Lifka.j, et al. 2003. The use of ultrasound for the degration of pollutants in water: Aquasonolysism A review”. Eng.Life. Sci. 3-6

16.Liu Q, Ruan Z, Chang X, Yao J. Removal of Cu (II) from aqueous solution using synthetic poly (catechol-diethylenetriamine-p-phenylenediamine) particles. Ecotoxicology and environmental safety. 2016 Jul 31;129:273-81

17.Aghapour AA, Moussavi G, Yaghmaeian K. Degradation and COD removal of catechol in wastewater using the catalytic ozonation process combined with the cyclic rotating-bed biological reactor. Journal of environmental management. 2015 Jul 1;157:262-6..

18. Chou WL, Wang CT, Chang SY. Study of COD and turbidity removal from real oxide-CMP wastewater by iron electrocoagulation and the evaluation of specific energy consumption. Journal of hazardous materials. 2009 Sep 15;168(2):1200-7.

19. Manisha, V. B., Bhagyashree, J. L., and Parag, R. G. (2013). “Removal of 2,4-dinitrophenol using hybrid methods based on ultrasound at an operating capacity of 7L.” J. of Ultrasonics Sonochemistry, 20, 1217-1225

20. Shukla P.R., Wang S., Ang H.M., Tade M.O., Photocatalytic Oxidation of Phenolic CompoundsUsing Zinc Oxide and Sulphate Radicals under Artificial Solar Light, Separation and Purification Technology, 70, p. 338 (2010).

21. Trtnik, G., Turk, G., Kavcic, F., Bosiljkov, V. B., 'Possibilities of Using the Ultrasonic Wave Transmission Method to Estimate Initial Setting Time of Cement Paste', Cement and Concrete Research, 2008, 38, 1336-1342

22.Rajkumar D, Palanivelu K. Electrochemical treatment of industrial wastewater. Journal of hazardous materials. 2004 Sep 10;113(1):123-9.

23.Blark.D., Bazrafshan.O, Mahdavi.Y., Pyrvktkvl biological uptake by the algae, duckweed, blue: isotherm and kinetic studies. Isotherm studies Vsntyky.,2015,autm,13-26

24. Zazouli.M., Balarak.D., Mahdavi.Y The ability of Azolla aquatic plant removal Catechol the aquatic environment.2012 Paper-NCEH15-NCEH15_098.html

25.Heidari.A., Nabizadeh.R., Mohammadi.M.,Mahvi.A., Gholami.M., Efficacy of winemaking in the deep biological treatment Avltrasvvyk Home sewage. September.2014,1,23-30

26. Hideyuki, K., Takuya, K., Satoshi, K., Tohru, S., and Kiyohisa, O. (2011). “Degradation of linuron by ultrasound combined with Photo-Fenton treatment.” J.of Chemical Engineering,166, 468-473

ندارد