بررسی کارایی نانوذرات مگنتیت عامل‌دار شده با سدیم دودسیل سولفات در حذف بنزن و تولوئن از محلول‌های آبی

در دهه‌های اخیر، دسترسی به آب تمیز به منظور مصارف خانگی، کشاورزی و صنعتی، نگرانی اصلی کشورهای توسعه یافته و در حال توسعه می‌باشد. تخمین زده می‌شود که 1.1 میلیارد نفر از جمعیت جهان از دسترسی به آبرسانی مطلوب محروم‌اند و برای 2.6 میلیارد نفر امکان دسترسی به امکانات بهداشتی کافی فراهم نیست (1). وجود آلاینده‌های آلی، به ویژه از صنایع پتروشیمی، سموم دفع آفات و چاپ، در جریان‌های آبی خطراتی را برای سلامت انسان و محیط زیست ایجاد می‌کند. آلاینده‌های عمده این صنایع ترکیبات آلی فرار به ویژه بنزن و مشتقات آن هستند. بنزن برای انسان سرطان‌زا است و در لیست ده مورد مواد شیمیایی خطرناک آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده قرار دارد (2,3).

آلودگی با فاضلاب صنایع نیز یکی از مباحث زیست محیطی  مشکل‌ساز است زیرا فرآیندهای صنعتی رایج به حلالهای آلی مانند تولوئن، متانول، اتانول، نیترومتان، بنزن و دیکلرومتان نیاز دارند (3). صنایع نفت و گاز به طور قابل توجهی فاضلاب ایجاد می‌کنند که حاوی هیدروکربن‌های معطر می‌باشند. از این ترکیبات، بنزن، تولوئن و زایلن سمی‌ترین آلاینده‌ها می‌باشند (4) که بنزن و تولوئن مواد مهمی در فرایندهای شیمیایی صنایع می‌باشند (5،6). این مواد معمولا به عنوان مواد خام (اولیه) در تولیدات شیمیایی متعدد و همچنین اغلب به عنوان حلال در طیف گسترده‌ای ‌از فرآیندهای تولید استفاده می‌شوند (6). همچنین بنزن و تولوئن بعنوان رایج‌ترین آلاینده‌های آبهای زیرزمینی شناخته می‌شوند (7،8). که به دلیل سمیتشان مورد توجه ویژه قرار گرفته و از جهات مختلفی وارد محیط می‌شوند (مثل اکسیداسیون ناقص سوختهای فسیلی، دفع پسابهای صنعتی، نشت مواد نفتی در جایگاه های بنزین) (9). از آنجایی که این ترکیبات آلی به عنوان عوامل اشتعال‌زا، سمی، سرطان‌زا و یا موتاژنیک طبقه بندی می‌شوند، حضور آنها در جریان آب حتی در غلظت‌های پایین، موجب نگرانی عمده شده است. از این رو، حذف این آلاینده‌های آلی از جریان آب برای اطمینان از ایمنی(سلامت)  منابع آب ضروری می‌باشد (6). این ترکیبات برای محیط زیست و بهداشت عمومی خطرناک است و به همین دلیل سازمان‌ محیط زیست این ترکیبات را آلاینده‌های اولویت‌دار می‌داند (10). بنزن و تولوئن به دلیل حلالیت نسبتاً بالاتر در آب، همیشه به دور از منابع آلوده حرکت کرده و منابع آب آشامیدنی را آلوده می‌کنند (11). مقدار مجاز  آلاینده‌های شیمیایی در آب آشامیدنی، توسط آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده (EPA) تعیین شده است که حداکثر میزان آلودگی (MCL)، برای بنزن و تولوئن در آب آشامیدنی به ترتیب 5 میکروگرم در لیتر و 1.0  میلیگرم در لیتر  است (10). قرار گرفتن انسان در معرض این ترکیبات می‌تواند منجر به بروز مشکلاتی مانند سوزش چشم، غشاهای مخاطی و پوست، ضعف سیستم عصبی، کاهش عملکرد مغز استخوان و سرطان‌ها شود(7،8). این ترکیبات به خصوص بنزن می‌تواند علاوه بر این اثرات خونی ایجاد کند،که در نهایت ممکن است منجر به کم‌خونی آپلاستیک و لوسمی میلوژن حاد شود (11). جداسازی و حذف ترکیبات آلی فرار (VOC) از فاضلاب فرآیندهای بسیار مهم، جهت حفظ محیط زیست است. به عنوان مثال، بنزن به عنوان ماده اولیه برای سنتز ترکیبات معطر مانند فنل و استایرن در صنعت پتروشیمی می‌باشد (4). چندین روش جداسازی مرسوم برای حذف بنزن از آب در حال حاضر در صنایع استفاده می‌شود (12) از جمله ازن زنی، فرایندهای اکسیداسیون پیشرفته(3)، رسوب شیمیایی، اسمز معکوس، تبادل یونی، انعقاد، فیلتراسیون غشایی، استخراج، تابش و روش‌های تصفیه الکتروشیمیایی (3،9). اما ثابت شده است که جذب می‌تواند آلاینده‌ها را حتی در غلظت بسیار کم، کاهش دهد (4،12). با این حال، این روش‌ها محدود هستند زیرا آنها معمولاً شامل سرمایه‌گذاری و هزینه عملیاتی نسبتاً بالایی هستند (3،12). جاذب‌ها اغلب به عنوان مواد اصلی برای از بین بردن مواد آلی از فاضلاب استفاده می‌شوند. مهمترین خواص جاذب‌ها سطح بالا، مرطوب بودن و خاصیت منافذ هستند. مساحت بالاتر می‌تو‌اند مکان‌های جذب بیشتری را فراهم کند و بنابراین ماهیت جذب مواد را تقویت می‌کند. کربن‌های فعال (ACS) رایج‌ترین مواد برای از بین بردن حلال‌های آلی هستند. با این حال، شکل پودری ACها مضر بوده و استنشاق AC ممکن است باعث مشکلات سلامتی شود (3). از آنجایی که هیدروکربن‌های آروماتیک مانند بنزن و تولوئن سرطان‌زا بوده و برای بدن انسان مضر است؛ دست زدن و دفع آب حاوی چنین آلودگی‌هایی که در اثر فعالیت‌های اکتشاف و تولید گاز طبیعی و نفت بوجود می‌آید از بزرگترین چالش‌های زیست محیطی می‌باشد. بنابراین، تحقیقات مربوط به جذب هیدروکربن‌های آروماتیک با جاذب‌ها برای محافظت از محیط و سلامت انسان از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است (13). مطالعات تجربی انجام شده نشان داده‌اند که فرآیند جذب عمدتاً تحت تأثیر غلظت جاذب، pH محلول، دوز جاذب، زمان تماس، دمای کارکرد و سرعت قرار می‌گیرد (14). در دهه‌های اخیر ظهور نانوذرات تولیدی (NP) در زمینه‌های مختلف زندگی مورد توجه زیادی قرار گرفته‌اند (15،16). از جمله در زمینه مهندسی محیط زیست اهمیت نانومواد در کاهش و حتی حل بسیاری از مشکلات فعلی در آلودگی آب به خوبی شناخته شده است از بین تمام کاربردهای زیست محیطی فناوری نانو، تصفیه آب‌های زیرزمینی آلوده با استفاده از نانوذرات اکسید آهن به دلیل ظرفیت جذب بالای آن‌ها نسبت به برخی از آلاینده‌های مهم آبی مانند آرسنیک توجه زیادی را به خود جلب کرده است (17،18). مگنتیت ((Fe₃O₄، ماگمیتیت (g-Fe₂O₃)  و هماتیت (a-Fe₂O₃) رایج‌ترین اشکال ذرات مغناطیسی هستند که ذرات مگنتیت ((Fe₃O₄  به دلیل بالا بودن سطح مغناطیس اشباعشان ترجیح داده می‌شوند (19،20)، و پرکاربردترین در میان نانوذرات مغناطیسی مختلف سنتز شده است (21،22). نانوذرات مگنتیت اکسیدهای آهن هستند که حاوی هر دو یون‌های Fe²⁺  و Fe³⁺ هستند (23). این ساختار دارای اسپینل معکوس مکعب است، به عنوان مثال، یون‌های اکسیژن در حالت بسته‌بندی شده مکعبی قرار دارند در حالی که یون‌های Fe³⁺ مکان‌های چهار ضلعی را اشغال می‌کنند و یون‌های Fe³⁺ و ⁺²Fe بطور تصادفی در مکان‌های هشت ضلعی توزیع می‌شوند (22). استفاده از ذرات مگنتیت در سیستم‌های تصفیه و برنامه‌های کاربردی زیست پزشکی افزایش یافته است (23). ویژگی جذاب نانوذرات مگنتیت این است که این ذرات با استفاده از میدان مغناطیسی می‌توانند از مخلوط جدا شوند (24،25). نانوذرات مغناطیسی (MNP) به دلیل کاربردهای بالقوه در بسیاری از مناطق پیشرفته فناوری از جمله جداسازی سلول‌ها و پروتئین‌ها (25)، هیدرومتالورژی (26)، تصفیه فاضلاب (27)، تحویل دارو با هدایت مغناطیسی (25،28)، کاتالیز، تصویربرداری با رزونانس مغناطیسی (MRI) (27،28)، زیست پزشکی (27،29) و ... مورد توجه بسیاری قرار گرفته‌اند. مگنتیت ((Fe₃O₄  از نظر زیست محیطی ایمن، ارزان (26)، غیرسمی (28) و از نظر شیمیایی پایداراست (30).

روش‌های مختلف سنتز نانوذرات Fe₃O₄ مانند: همبستگی، سل-ژل، هیدروترمال، الکتروشیمیایی و سونوشیمیایی  ارائه شده است (31). ظرفیت حذف و احتمال احیای نانومواد مغناطیسی به نوبه خود بسیار وابسته به تعدادی از پارامترهای فیزیکی و شیمیایی از جمله دما، زمان تماس، pH، کسری از جاذب / جذب شونده،…می‌باشد (32). هنگامی که نانوذرات مگنتیت (MNPs) با مواد مختلف لایه‌بندی می‌شوند، می‌توان بسیاری از جاذب‌های قدرتمند را برای اهداف مختلف تولید کرد (25). مواد مغناطیسی برای جداسازی آلاینده‌ها از جاذب‌ها دارای مزایای ذاتی هستند زیرا فرآیند جداسازی مغناطیسی یک فرآیند 'سبز' ساده، کارآمد و اقتصادی است (7). برخی از شناخته شده‌ترین مزایای جاذب نانوذرات مگنتیت شامل قدرت جذب بالا، مسیر جدایی سریع و ساده، پتانسیل آلودگی کم و جلوگیری از استفاده شیمیایی است (33).

هدف از انجام این پژوهش بررسی کارایی نانوذرات مگنتیت عامل‌دار شده با سدیم دودسیل سولفات در حذف بنزن و تولوئن از محلول‌های آبی می‌باشد.

بررسی متون

• مطالعه‌ای توسط فرناندو باستیلو و همکاران در سال 2018 تحت عنوان تصفیه فتوشیمیایی بنزن ، تولوئن ، اتیل بنزن و زایلن (BTEX) در محلول های آبی با استفاده از فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته انجام شد. تجزیه فتوشیمیایی بنزن، تولوئن، اتیل بنزن و زایلن (BTEX) در فاضلاب پتروشیمی توسط UV/H₂O₂ و  VUV/H₂O₂، مورد بررسی قرار گرفت. تحت شرایط اسیدی در pH مساوی 3،UV-185/H₂O₂ ، 10٪ کل TOC را نسبت به فرآیند UV-254/H₂O₂ بیش‌تر حذف کرد. مشاهده شد که BOD₅ /TOC از BTEX با افزایش زمان ماند (در مدت min 140) در فوتوراکتور کاهش یافته است. استفاده از AOPs (فرایندهای اکسیداسیون پیشرفته) برای تصفیه BTEX در محلول های آبی به عنوان یک روش پس از تصفیه و نه یک روش پیش تصفیه توصیه میشود زیرا پساب تصفیه شده توسط AOPs تخریب پذیری کمتری مییابد (34).

• مطالعه‌ای که چن و همکاران در سال 2019 بر روی جاذب اصلاح شده دی اکسید تیتانیوم و کیتوزان برای حذف تولوئن و سرب (II) انجام دادند، نتایج نشان داد که حداکثر میزان جذب تولوئن و سرب (II) به ترتیب 56.62 میلی گرم در گرم و 623.56 میلی گرم در گرم است. جذب جاذب TiO₂ (KH-570) -g- (CS-GMA) برای تولوئن و سرب (II) مطابق با مکانیسم سینتیک شبه مرتبه دوم و معادله لانگمویر بوده است، مطالعه نشان داد که جاذب TiO₂ (KH-570) -g - (CS-GMA اثر جذب بهتری در تولوئن و سرب دارد (35).

• در مطالعه‌ای که توسط بهرامی و همکاران با عنوان حذف کادمیم (II) از محیط‎‌های آبی با استفاده از  نانوذرات   اصلاح شده انجام شد؛ نتایج نشان داد که نانوذرات   می تواند به عنوان یک جاذب مؤثر برای از بین بردن کادمیوم از منابع آب آلوده استفاده شود (36).
• مطالعه‌ای توسط مورا و همکاران در سال 2011 با عنوان جذب BTX (بنزن، تولوئن، O-زایلن و P- زایلن) از محلولهای آبی با استفاده از ارگانوسلیکای مزوپور دورهای (PMO) اصلاح شده انجام شد، تجزیه و تحلیل گرمایی نشان داد که حضور سورفاکتانت باعث کاهش پایداری حرارتی PMO میشود. هر دو مدل لانگمویر و تمکین بهترین ایزوترم‌های جذب تولوئن، و مدل‌های لانگمویر و ردلیچ پترسون بهترین داده‌های به دست آمده برای ترکیبات دیگر را نشان دادند. ظرفیت جذب به این ترتیب بنزن< زایلنO- < زایلنP < تولوئن کاهش می‌یابد که نتایج رضایتبخشی در استفاده از PMO سنتز شده برای حذف BTX از محلول‌های آبی مشاهده شد (37).

• درمطالعهای که در سال 2007 توسط ویبو و همکاران با عنوان تاثیر شیمی  سطحی و pH محلول بر جذب بنزن و تولوئن بر روی کربن فعال و فرمهای اسید و حرارت آن انجام شد، یک کربن فعال تجاری مبتنی بر ذغال سنگ به نام F-400 به عنوان منبع کربن انتخاب شد. تصفیه با اسید نیتریک تعداد زیادی از گروههای سطح اسید اکسیژندار را روی سطح کربن قرار داده است، در حالی که تصفیه گرمایی اسیدیته کربن را افزایش میدهد. بعد از این تغییرات (اصلاحات) ویژگیهای منفی (ریز) به طور قابل توجهی تغییر نکرده بودند. این مطالعه نشان داد که مهمترین مکانیسم در این فرآیندهای جذب هستند. کربن فعال با گروههای سطح اسید اکسیژنپذیر کم (F-400Tox) بهترین ظرفیت جذب را دارد (6).

• درمطالعه‌ای که یوری و همکاران در سال 2019 برروی خصوصیات نانوذرات مگنتیت سنتز شده از محلول‌های Fe (II) / نیترات برای حذف آرسنیک از آب انجام دادند، نتایج نشان داد که میزان جذب آرسنیک به pH نهایی نانوذرات مگنتیت سنتز شده بستگی دارد. در تجزیه و تحلیل ایزوترم‌های جذب که بر اساس هر دو مدل Freundlich و Langmuir انجام شد، نتایج حاکی از آن بود که ظرفیت جذب آرسنیک برای نانوذرات مگنتیت تولید شده در 6.56 pH≤ نهایی، کارآمدتر بود (17).

• در مطالعه‌ای که توسط رشید و همکاران در سال 2017 بر روی نانوذره مگنتیت با پوشش اسیدهیومیک برای حذف فسفات از محلول‌های آبی انجام شد، نتایج نشان داد که نانوذرات مغناطیسی با قطر 12-7 نانومتر می‌توانند به راحتی با استفاده از  یک آهنربای دستی ساده از مخلوط واکنش جدا شوند. جداسازی سریع و مؤثر فسفات با حداکثر ظرفیت جذب 28.9 میلی گرم در گرم در 6.6=pH اتفاق می‌افتد. جنبشی جذب متناسب با مدل شبه درجه دوم با مقاومت ثابت، می‌باشد. همچنین حذف فسفات در pH اسیدی و خنثی بوده است. تأثیر دما در جذب نشان می‌دهد که فرایند اندوترمیک و خودبخودی است (18).

• مطالعه‌ای که در سال 2017 توسط رادوا و همکاران با عنوان جداسازی انتخابی یون‌های کمیاب خاک از محلول آبی با استفاده از نانوذرات مگنتیت کاربردی: جنبشی و ترمودینامیکی انجام شد، نتایج نشان داد که جداسازی یونهای کمیاب خاک (⁺³RE) از محلول آبی به دلیل تشابهات فیزیکوشیمیایی آنها مشکل است. در این مطالعه، تاثیر لیگاندهای کاربردی بر راندمان جذب و جذب انتخابی La³⁺، ⁺³Nd، Gd³⁺ و Y³⁺ از محلول آبی با استفاده از نانوذرات مگنتیت عملکردی با اسید سیتریک یا سیستئین مورد بررسی قرار گرفت که نشان داد ظرفیت جذب کلی NP‌های Cys @ Fe₃O₄ در مقایسه با NP‌های CA @ Fe₃O₄pH  خنثی زیاد بوده و همچنین مطالعات سینتیکی جذب نشان داد که جذب یون‌های ⁺RE³ از یک مدل مرتبه شبه دوم  پیروی می‌کند و داده‌های تعادل جذب به خوبی با ایزوترم لانگمویر متناسب است (38).

سوالات:

1. کارایی نانوذرات مگنتیت عامل‌دار شده با SDS در حذف بنزن برحسب PH از محلول های آبی چقدر است؟
2. کارایی نانوذرات مگنتیت عامل‌دار شده با SDS در حذف بنزن برحسب غلظت بنزن از محلول های آبی چقدر است؟
3. کارایی نانوذرات مگنتیت عامل‌دار شده با SDS در حذف بنزن برحسب زمان تماس از محلول های آبی چقدر است؟
4. کارایی نانوذرات مگنتیت عامل‌دار شده با SDS در حذف بنزن برحسب غلظت نانو‌ذرات مگنتیت عامل‌دار شده از محلول های آبی چقدر است؟
5. کارایی نانوذرات مگنتیت عامل‌دار شده با SDS در حذف تولوئن برحسب PH از محلول های آبی چقدر است؟
6. کارایی نانوذرات مگنتیت عامل‌دار شده با SDS در حذف تولوئن برحسب غلظت تولوئن از محلول های آبی چقدر است؟
7. کارایی نانوذرات مگنتیت عامل‌دار شده با SDS در حذف تولوئن برحسب زمان تماس از محلول های آبی چقدر است؟
8. کارایی نانوذرات مگنتیت عامل‌دار شده با SDS در حذف تولوئن برحسب غلظت نانو‌ذرات مگنتیت عامل‌دار شده از محلول های آبی چقدر است؟

تعیین کارایی نانوذرات مگنتیت عامل‌دار شده با SDS در حذف بنزن و تولوئن از محلول‌های آبی.

1. تعیین کارایی نانوذرات مگنتیت عامل‌دار شده با SDS در حذف بنزن برحسب PH از محلول های آبی
2. تعیین کارایی نانوذرات مگنتیت عامل‌دار شده با SDS در حذف بنزن برحسب غلظت بنزن از محلول های آبی
3. تعیین کارایی نانوذرات مگنتیت عامل‌دار شده با SDS در حذف بنزن برحسب زمان تماس از محلول های آبی
4. تعیین کارایی نانوذرات مگنتیت عامل‌دار شده با SDS در حذف بنزن برحسب غلظت نانو‌ذرات مگنتیت عامل‌دار شده از محلول های آبی
5. تعیین کارایی نانوذرات مگنتیت عامل‌دار شده با SDS در حذف تولوئن برحسب PH از محلول های آبی
6. تعیین کارایی نانوذرات مگنتیت عامل‌دار شده با SDS در حذف تولوئن برحسب غلظت تولوئن از محلول های آبی
7. تعیین کارایی نانوذرات مگنتیت عامل‌دار شده با SDS در حذف تولوئن برحسب زمان تماس از محلول های آبی
8. تعیین کارایی نانوذرات مگنتیت عامل‌دار شده با SDS در حذف تولوئن برحسب غلظت نانو‌ذرات مگنتیت عامل‌دار شده از محلول های آبی
9.  مقایسه مقدار بنزن خروجی از فرایند با استانداردهای موجود
10. مقایسه مقدار تولوئن خروجی از فرایند با استانداردهای موجود

وزارت صنایع و معادن، وزارت نیرو، شرکت آب و فاضلاب، مراکز دانشگاهی

SDS: سدیم دودسیل سولفات

تجربی_ آزمایشگاهی

محلول‌های حاوی غلظت‌های مشخص بنزن و تولوئن

در انتهای آزمایش نمونهها مورد نیاز برداشته شده و با استفاده از دستگاه گازکروماتوگرافی، مقدار بنزن و تولوئن اندازهگیری خواهد شد.

نمونه های حاصل از فرایند که در انتهای فرایند برداشته خواهد شد.

 آزمایشات در دو بخش کلی انجام می‌شود بخش اول مربوط به ساخت نانوذرات مگنتیت عامل دار شده است و بخش دوم مربوط به انجام آزمایشات جذب می‌باشد.

بخش اول: روش ساخت نانو ذره:

برای تهیه نانو ذرات مغناطیسی مگنتیت از روش همرسوبی استفاده می‌شود. ابتدا با حل کردن مقادیر مشخص از نمک‌های آهن(II)و  آهن (III) به عنوان منابع تولید یون‌های آهن (II) وآهن (III) در Cc 50 آب، محلول‌های یک مولار از هر یک از نمک‌ها تهیه می‌شود. محلول‌های حاصل با نسبت وزنی 2:1 از آهن :(II) آهن  (III) در یک رآکتور شیشه‌ای چند دهانه با هم مخلوط شده و با استفاده از همزن مکانیکی به مدتmin  5 در دمای انتخاب شده هم زده می‌شود. در این مرحله، رنگ محلول نارنجی رنگ می‌شود (در تمام مراحل سنتز برای جلوگیری از اکسید شدن  به از اتمسفر خنثی استفاده شود و برای این کار در تمام مراحل سنتز، به طور پیوسته گاز نیتروژن به داخل راکتور و محلول‌های اولیه دمیده خواهد شود. در نهایت با استفاده از افزودن سریع ml 70 محلول 25% آمونیاک و افزایش دور هم زن،pH محلول به 9 رسانیده شود. به محض افزودن باز، رنگ محلول سیاه رنگ می‌شود. بعد از گذشت زمان لازم جهت به هم زدن محلول و یکنواختی آن (به مدت min 20)، عمل هم زدن متوقف و رسوب سیاه حاصل به روش تهشینی به کمک آهنربا از محلول جدا و محلول باقی مانده از آن سرریز می‌گردد . برای جدا کردن کامل آمونیاک و پایین آوردن pH به حدود 7، عملیات شستشو چندین بار با آب مقطر تکرار خواهد شد و در نهایت به منظور پراکنده کردن ذرات در سیال مورد نظر رسوب به دست آمده در مقدارCc15 آب مقطر ریخته خواهد شد. نمونه‌هایی که در آب ریخته شد به مدتmin15 عمل التراسونیک انجام می‌شود سپس نانوذرات مگنتیت را خارج نموده و در محلول  mg/l  SDS5 ریخته و به مدتhr 1 عمل اولتراسونیک انجام داده سپس نانوذرات را با آهنربا از محیط خارج کرده و سه بار شستشو داده و خشک نموده، مشخصات فیزیکی و ساختاری جاذب سنتز شده با استفاده از تکنیک‌های SEM ، TEM و FTIR بررسی می‌شود.

تهیه محلول استوک بنزن و تولوئن

جهت تهیه محلول استوک بنزن و تولوئن از دو ترکیب سمی بنزن و تولوئن استفاده می‌شود که به این منظور مقدار 100 میلی لیتر از هر کدام از این ترکیبات در داخل دو بالن ژوژه 1000 میلی  لیتری مجزا ریخته خواهد شد و با آب مقطر به حجم 1000 میلیلیتر خواهد رسید . سپس با استفاده از آب دوبار تقطیر برای رقیق‌سازی آن ، محلول‌های با غلظت (100-80- 60- 40- 20 -10) میلی‌گرم در لیتر ساخته می‌شود.

تعیینpH بهینه

به منظورتعیین pH  بهینه با متغیر گرفتن آن و ثابت گرفتن متغیرهای غلظت بنزن و تولوئن، آزمایش پیش خواهد رفت. با استفاده ازاسیدکلریدریک ویا هیدروکسیدسدیم 1/ . نرمال، pH درمحدوده 3 تا 11 تنظیم خواهد شد و با اضافه کردن نانوذره به آن در محدوده مشخص، بر روی همزن مغناطیسی قرار خواهد گرفت. در انتهای زمان مورد نظر نمونه برداشته خواهد شد.

تعیین غلظت بهینه

جهت تعیین غلظت بهینه بنزن و تولوئن با متغییر گرفتن آن وثابت گرفتن pH بهینه و دیگر متغییرها آزمایش در ارلن انجام خواهد گرفت درنهایت بالاترین درصد حذف بنزن و تولوئن توسط جاذب به عنوان نقطه بهینه انتخاب خواهد شد.

تعیین دوز بهینه نانوذره

جهت تعیین دوز نانوذره، با ثابت نگهداشتن سایر متغیرهای آزمایش، نمونه تهیه شده را در راکتور ریخته و  پس از تنظیم pH بهینه، دوزهای مختلف نانوذره از 0/1 تا 1 گرم در لیتر در ارلن ریخته خواهد شد. بالاترین درصد حذف به عنوان دوز بهینه نانو ذره انتخاب خواهد شد.

 آزمایشات در  ارلن شیشه ای 250 میلی لیتری انجام خواهد شد. در ارلن مقدار 0/1 گرم جاذب  ومقدار ۱۰۰ میلی‌لیتر از محلول بنزن و تولوئن بطور جداگانه اضافه خواهد شد . عمـدتاً غلظـت ترکیبات بنزن و تولوئن در منابع آبی و فاضلاب‌های آلوده بین ۱۰تـا 100 میلی‌گرم در لیتر است، بنابراین غلظـت ۱۰ میلـی‌گـرم در لیتر بـه منظـور نشـان دادن حـد پـایین غلظـت ایـن ترکیبـات در محیط‌های آلوده شده انتخاب می گردد.  ارلن شیشه‌ای حاوی نمونه وجاذب   بر روی همزن بـه مـدت10 دقیقه، دمای ۲۵ درجه سلسیوس و با شـدت ۲۴۰ دور در دقیقـه قرارخواهد گرفت. درطی ازمایشات،  یک نمونه شاهد بدون افزودن جاذب نیز قرار داده می شود تا مقدار کاهش بنزن و تولوئن بدلیل تبخیر بدست اید.
 نمونه‌های بدست امده  از فیلتراسیون فایبرگلاس با قطر منافذ0/45 میکـرون عبـور داده که در نهایت بنزن و تولوئن باقیمانده توسط دسـتگاه گـاز کرومـاتوگراف/ طیـف سـنج جرمی اندازه‌گیری خواهد شد.

pH محلول قبل و بعد از تماس با نانو ذرات به صـورت pH_in و pH_fin ثبـت نموده و تنظـیم pH بـا اسـید هیدروکلریـدریک 0/05 مولار و سود 0/05 مولار  انجام خواهد شد.
مقـدار بنـزن و تولـوئن جـذب شـده بـر روی نـانو ذرات مگنتیت عامل‌دار شده با SDS به صورت مقدار تعادلی (q_e) بر حسب میلی‌گـرم بـر گـرم  محسبه و بـازدهی حذف این ترکیبات با استفاده از   روابط ۱ و ۲ بدست خواهد امد:

q_e = (C₀ - C_t )´

        (1)                                                   

R = ´ 100        (2)                                                  
 

در این روابطC₀ و C_t به ترتیب غلظت بنزن و تولـوئن در محلـول اولیـه و بعـد از تماس با نانو ذرات مگنتیت برحسـب میلـی‌گـرم در لیتـر، v حجـم محلول اولیه برحسـب لیتـر اسـت و  mوزن جـاذب اضـافه شـده بـه بطری‌ها برحسب گرم است.

جهت تعیین مقدار باقیمانده از دستگاه کروماتوگرافی گازی استفاده می‌شود.

داده ها در نرم افزار exel رسم خواهند شد . با استفاده از نمودارها بالاترین درصد حذف بعنوان شرایط بهینه انتخاب خواهد شد.

بر گرفته از راهنمای عمومی اخلاق در پژوهش‌های علوم پزشکی  دارای آزمودنی انسانی  در جمهوری اسلامی ایران

1. بند 9 پژوهش: 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.
2. بند 11 پژوهش:کمیته‌ی اخلاق در پژوهش علاوه بر بررسی و تصویب طرح‌نامه و دستورالعمل، این حق را دارد که طرح‌‌ها را در حین و بعد از اجرا را از نظر رعایت ملاحظات اخلاقی مورد پایش قرار دهد. اطلاعات و مدارکی که برای پایش از سوی کمیته‌ی اخلاق درخواست می‌شود، باید از سوی پژوهشگران در اختیار این کمیته گذاشته شود.    
3. بند 14 پژوهش: اگر در طول اجرای پژوهش تغییری در نحوه اجرای پژوهش داده شود یا اطلاعات جدیدی به دست آید که احتمال داشته باشد که بر تصمیم آزمودنی مبنی بر ادامه‌ی شرکت در پژوهش تاثیر گذار باشد، باید موضوع به اطلاع کمیته‌ی اخلاق رسانده شود و در صورت موافقت کمیته با ادامه‌ی پژوهش، مراتب به اطلاع آزمودنی رسانده شود و رضایت آگاهانه مجددا اخذ گردد.
4. بند 28 پژوهش: 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.
5. بند 29 پژوهش: 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.
6. بند 30 پژوهش: گزارش‌ها و مقالات حاصل از پژوهش‌هایی که مفاد این راهنما را نقض کرده‌اند، نباید برای انتشار پذیرفته شوند.

محدودیتی وجود ندارد

1.            Srivastava S, Agrawal SB, Mondal MK. Synthesis, characterization and application of Lagerstroemia speciosa embedded magnetic nanoparticle for Cr (VI) adsorption from aqueous solution. Journal of Environmental Sciences. 2017;55:283-93.

2.            Mukherjee R, De S. Novel carbon-nanoparticle polysulfone hollow fiber mixed matrix ultrafiltration membrane: adsorptive removal of benzene, phenol and toluene from aqueous solution. Separation and Purification Technology. 2016;157:229-40.

3.            Yuan G, Prabakaran M, Qilong S, Lee JS, Chung I-M, Gopiraman M, et al. Cyclodextrin functionalized cellulose nanofiber composites for the faster adsorption of toluene from aqueous solution. Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers. 2017;70:352-8.

4.            Anjum H, Johari K, Gnanasundaram N, Appusamy A, Thanabalan M. Investigation of green functionalization of multiwall carbon nanotubes and its application in adsorption of benzene, toluene & p-xylene from aqueous solution. Journal of Cleaner Production. 2019;221:323-38.

5.            Peng F, Jiang Z, Hu C, Wang Y, Xu H, Liu J. Removing benzene from aqueous solution using CMS-filled PDMS pervaporation membranes. Separation and purification technology. 2006;48(3):229-34.

6.            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.

7.            Yu F, Ma J, Wang J, Zhang M, Zheng J. Magnetic iron oxide nanoparticles functionalized multi-walled carbon nanotubes for toluene, ethylbenzene and xylene removal from aqueous solution. Chemosphere. 2016;146:162-72.

8.            Yu F, Wu Y, Li X, Ma J. Kinetic and thermodynamic studies of toluene, ethylbenzene, and m-xylene adsorption from aqueous solutions onto KOH-activated multiwalled carbon nanotubes. Journal of agricultural and food chemistry. 2012;60(50):12245-53.

9.            Vidal CB, Raulino GS, Barros AL, Lima AC, Ribeiro JP, Pires MJ, et al. BTEX removal from aqueous solutions by HDTMA-modified Y zeolite. Journal of environmental management. 2012;112:178-85.

10.          Gholivand MB, Shamsipur M, Shamizadeh M, Moradian R, Astinchap B. Cobalt oxide nanoparticles as a novel high-efficiency fiber coating for solid phase microextraction of benzene, toluene, ethylbenzene and xylene from aqueous solutions. Analytica chimica acta. 2014;822:30-6.

11.          Dou J, Liu X, Hu Z. Substrate interactions during anaerobic biodegradation of BTEX by the mixed cultures under nitrate reducing conditions. Journal of Hazardous Materials. 2008;158(2-3):264-72.

12.          Uragami T, Fukuyama E, Miyata T. Selective removal of dilute benzene from water by poly (methyl methacrylate)-graft-poly (dimethylsiloxane) membranes containing hydrophobic ionic liquid by pervaporation. Journal of Membrane Science. 2016;510:131-40.

13.          Nojavan S, Yazdanpanah M. Micro-solid phase extraction of benzene, toluene, ethylbenzene and xylenes from aqueous solutions using water-insoluble β-cyclodextrin polymer as sorbent. Journal of Chromatography A. 2017;1525:51-9.

14.          Stan M, Lung I, Soran M-L, Leostean C, Popa A, Stefan M, et al. Removal of antibiotics from aqueous solutions by green synthesized magnetite nanoparticles with selected agro-waste extracts. Process Safety and Environmental Protection. 2017;107:357-72.

15.          Bour A, Mouchet F, Silvestre J, Gauthier L, Pinelli E. Environmentally relevant approaches to assess nanoparticles ecotoxicity: A review. Journal of hazardous materials. 2015;283:764-77.

16.          Dobosz B, Krzyminiewski R, Kurczewska J, Schroeder G. The influence of surface modification, coating agents and pH value of aqueous solutions on physical properties of magnetite nanoparticles investigated by ESR method. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2017;429:203-10.

17.          Di Iorio E, Colombo C, Cheng Z, Capitani G, Mele D, Ventruti G, et al. Characterization of magnetite nanoparticles synthetized from Fe (II)/nitrate solutions for arsenic removal from water. Journal of Environmental Chemical Engineering. 2019;7(2):102986.

18.          Rashid M, Price NT, Pinilla MÁG, O'Shea KE. Effective removal of phosphate from aqueous solution using humic acid coated magnetite nanoparticles. Water research. 2017;123:353-60.

19.          Alfaro I, Molina L, González P, Gaete J, Valenzuela F, Marco JF, et al. Silica-coated magnetite nanoparticles functionalized with betaine and their use as an adsorbent for Mo (VI) and Re (VII) species from acidic aqueous solutions. Journal of Industrial and Engineering Chemistry. 2019.

20.          Karimi M, Milani SA, Abolgashemi H. Kinetic and isotherm analyses for thorium (IV) adsorptive removal from aqueous solutions by modified magnetite nanoparticle using response surface methodology (RSM). Journal of Nuclear Materials. 2016;479:174-83.

21.          de Mendonça ESDT, de Faria ACB, Dias SCL, Aragón FF, Mantilla JC, Coaquira JA, et al. Effects of silica coating on the magnetic properties of magnetite nanoparticles. Surfaces and Interfaces. 2019;14:34-43.

22.          Oliveira P, Bini R, Dias G, Alcouffe P, Santos I, David L, et al. Magnetite nanoparticles with controlled sizes via thermal degradation of optimized PVA/Fe (III) complexes. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2018;460:381-90.

23.          Sebastian A, Nangia A, Prasad M. Cadmium and sodium adsorption properties of magnetite nanoparticles synthesized from Hevea brasiliensis Muell. Arg. bark: Relevance in amelioration of metal stress in rice. Journal of hazardous materials. 2019;371:261-72.

24.          Kumari P, Parashara H. β-cyclodextrin modified magnetite nanoparticles for efficient removal of eosin and phloxine dyes from aqueous solution. Materials Today: Proceedings. 2018;5(7):15473-80.

25.          Molina L, Gaete J, Alfaro I, Ide V, Valenzuela F, Parada J, et al. Synthesis and characterization of magnetite nanoparticles functionalized with organophosphorus compounds and its application as an adsorbent for La (III), Nd (III) and Pr (III) ions from aqueous solutions. Journal of Molecular Liquids. 2019;275:178-91.

26.          Gaete J, Molina L, Alfaro I, Yañez J, Valenzuela F, Basualto C. Recovery and separation of rhenium and molybdenum from aqueous solutions that simulate mine waters using magnetite nanoparticles functionalized with amine-derivative groups. Minerals Engineering. 2019;136:66-76.

27.          Gao J, He Y, Zhao X, Ran X, Wu Y, Su Y, et al. Single step synthesis of amine-functionalized mesoporous magnetite nanoparticles and their application for copper ions removal from aqueous solution. Journal of colloid and interface science. 2016;481:220-8.

28.          Stan M, Lung I, Soran M-L, Opris O, Leostean C, Popa A, et al. Starch-coated green synthesized magnetite nanoparticles for removal of textile dye Optilan Blue from aqueous media. Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers. 2019;100:65-73.

29.          Rizk H, El-Hefny N. Synthesis and characterization of magnetite nanoparticles from polyol medium for sorption and selective separation of Pd (II) from aqueous solution. Journal of Alloys and Compounds. 2020;812:152041.

30.          Davarpanah M, Ahmadpour A, Bastami TR. Preparation and characterization of anion exchange resin decorated with magnetite nanoparticles for removal of p-toluic acid from aqueous solution. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2015;375:177-83.

31.          Radoń A, Łoński S, Warski T, Babilas R, Tański T, Dudziak M, et al. Catalytic activity of non-spherical shaped magnetite nanoparticles in degradation of Sudan I, Rhodamine B and Methylene Blue dyes. Applied Surface Science. 2019;487:1018-25.

32.          Tahar LB, Oueslati MH, Abualreish MJA. Synthesis of magnetite derivatives nanoparticles and their application for the removal of chromium (VI) from aqueous solutions. Journal of colloid and interface science. 2018;512:115-26.

33.          Darezereshki E, khodadadi Darban A, Abdollahy M, Jamshidi-Zanjani A. Influence of heavy metals on the adsorption of arsenate by magnetite nanoparticles: Kinetics and thermodynamic. Environmental Nanotechnology, Monitoring & Management. 2018;10:51-62.

34.          Bustillo-Lecompte CF, Kakar D, Mehrvar M. Photochemical treatment of benzene, toluene, ethylbenzene, and xylenes (BTEX) in aqueous solutions using advanced oxidation processes: Towards a cleaner production in the petroleum refining and petrochemical industries. Journal of Cleaner Production. 2018;186:609-17.

35.          Chen G, Song K, Huang X, Wang W. Removal of toluene and Pb (II) using a novel adsorbent modified by titanium dioxide and chitosan. Journal of Molecular Liquids. 2019;295:111683.

36.          Bahrami M, Saeed B, Kashkuli HA, Firoozi AF, Babaei A-A. Removal of Cd (II) from aqueous solution using modified Fe3O4 nanoparticles. Rep Opin. 2012;4(5):31-40.

37.          Moura CP, Vidal CB, Barros AL, Costa LS, Vasconcellos LC, Dias FS, et al. Adsorption of BTX (benzene, toluene, o-xylene, and p-xylene) from aqueous solutions by modified periodic mesoporous organosilica. Journal of colloid and interface science. 2011;363(2):626-34.

. 38.Ashour RM, El-Sayed R, Abdel-Magied AF, Abdel-Khalek AA, Ali M, Forsberg K, et al. Selective separation of rare earth ions from aqueous solution using functionalized magnetite nanoparticles: kinetic and thermodynamic studies. Chemical Engineering Journal. 2017;327:286-96.

ضرورت ندارد

حذف بنزن وتولوئن با استفاده از نانو مگنتیت از محلول های آبی

ندارد

کاهش الاینده ها  و خطرات آن برمحیط زیست

مشکلی ندارد

مشکلی ندارد

بودجه معاونت تحقیقات و فن آوری

ندارد

مشکلی ندارد

پس از انجام ازمایشات

مشکلی ندارد

مشکلی ندارد