بررسی حذف بنزن توسط چارچوب آلی فلزی مغناطیسی شده

افزایش مصرف بی رویه منابع مختلف موجود در محیط، به دلیل پیشرفت های تکنولوژیکی در صنعت، منجر به افزایش تخریب آن شده است [1،2]. یکی از این منابع، نفت و استخراج آن است که به دلیل داشتن ترکیبات سمی آن سلامت انسان و حیوان و تخریب محیط زیست را تهدید می کند. توسعه سریع این صنعت، افزایش سرعت استخراج نفت و پیدایش صنایع مرتبط، وضعیت آلودگی را بدتر کرده است [3،4]. یکی از هیدروکربن های فرآورده های نفتی حاوی ترکیباتی مانند بنزن و تولوئن است که گروه‌های تک آروماتیک هستند و منابع آب زیرزمینی را آلوده می‌کنند [5]. این ترکیبات کاربرد گسترده ای در صنایع به عنوان حلال برای ترکیبات آلی و تمیز کردن تجهیزات دارند [6]. برخی از راه‌های نفوذ آنها به آب‌های زیرزمینی شامل نشت فرآورده‌های نفتی از لوله‌های مخازن ذخیره‌سازی و دفن زباله‌های نامناسب است. بنزن به عنوان آلاینده اولویت سرطان زا قطعی (گروه A) معرفی شده است [5،7]. بنزن به عنوان یک سرطان‌زای ژنوتوکسیک (مانند سرطان ریه) معرفی شده است و با اثرات نامطلوب هماتولوژیک (لوسمی) همراه است [8،9]. علاوه بر این، اختلالات عصبی گزارش شده است [10]. از این رو مشخص شده است که باید به کنترل و حذف این ترکیبات در آب های زیرزمینی توجه زیادی شود و برای معرفی تکنیک های موثر حذف آنها تلاش شود.

برای حذف این نوع آلاینده ها، تکنیک های مختلفی مورد مطالعه قرار گرفته است [11-15]. با توجه به نتایج مطالعاتی که از تکنیک های فوق استفاده شده است، جذب یک روش با راندمان بالا و محبوبیت بالا است [16]. عملیات کم هزینه، ظرفیت جذب بالا و عدم وجود لجن شیمیایی محبوبیت روش مذکور را فراهم می کند [17،18]. با وجود این، برای کاربرد جاذب معمولی یعنی کربن فعال، برخی از اشکالات وجود داشته است و نشان دهنده لزوم انجام تحقیقات بیشتر و تلاش برای معرفی جاذب بهتر می شود [19].

با ادامه مطالعات و تحقیقات در این زمینه، نانوموادی مانند نانومواد کربنی با توانایی بالایی برای حذف آلاینده به دلیل خواص عالی آنها مرتبط هستند. به عنوان مثال، بینا و همکاران. (2012) از نانولوله های کربنی برای حذف بنزن و تولوئن استفاده شد و گزارش نتایج مطلوب ارائه شد [10]. محمدی و همکاران (2017) از نانوذرات اکسید مس برای حذف بنزن و تولوئن و راندمان حذف 98.7% برای بنزن و 92.5% برای تولوئن، با استفاده از جاذب مورد مطالعه ارائه شد  [20]. محمود و همکاران (2018) کارایی حذف BTEX با استفاده از نانوذرات آهن را مورد مطالعه قرار داد و نتایج رضایت بخشی را برای کاربرد آن به دست آورد [21].

چارچوب فلزی- آلی نوعی نانومواد است که دارای اخیراً کاربرد بیشتری در زمینه های مختلف علم پیدا کرده است. این مطلوبیت استفاده به دلیل داشتن ویژگی‌های استثنایی است، به عنوان مثال، سطح بزرگ، پایداری در آب و تخلخل بالا. [22].

با توجه به موارد فوق، از آنجایی که بنزن ترکیبات سمی و مضر برای بخش های مختلف چرخه زندگی است و گزارشی مبنی بر استفاده از در

بنابراین مطالعه حاضر به بررسی فرآیند جذب با Fe3O4/ZIF-8  برای حذف آلاینده مذکور پرخواهد پرداخت

علاوه بر این، ویژگی های جاذب تهیه شده با استفاده از برخی آنالیزهای رایج شناسایی خواهد شد.

بینا و همکاران. (2012) از نانولوله های کربنی برای حذف بنزن و تولوئن استفاده شد و گزارش نتایج مطلوب ارائه شد و حذف 75 درصدی در غلظت 20 میلی گرم در لیتر بنزن و در زمان تماس 60 دقیقه حاصل شد [10]. محمدی و همکاران (2017) از نانوذرات اکسید مس برای حذف بنزن و تولوئن و راندمان حذف 98.7% برای بنزن و 92.5% برای تولوئن، با استفاده از جاذب مورد مطالعه ارائه شد  [20].

محمود و همکاران (2018) کارایی حذف BTEX با استفاده از نانوذرات آهن را مورد مطالعه قرار داد و نتایج رضایت بخشی را برای کاربرد آن به دست آورد بطوریکه درصد حذف بالای 75 درصدی برای هر چهار آلاینده مورد نظر در زمان تماس 210 دقیقه حاصل شد [21].

pH بهینه فرایند حذف  بنزن با استفاده از چارچوب آلی فلزی مغناطیسی شده چقدر است؟

زمان تماس بهینه برای حذف بنزن با استفاده از چارچوب آلی فلزی مغناطیسی شدهچقدر است؟

مقدار جاذب  بهینه برای حذف بنزن  با استفاده از چارچوب آلی فلزی مغناطیسی شده چقدر است؟

غلظت اولیه بهینه بنزن  برای حذف آلاینده با استفاده از چارچوب آلی فلزی مغناطیسی شده چقدر است؟

   تعیین  pH  بهینه فرایند حذف بنزن با استفاده از چارچوب آلی فلزی مغناطیسی شده 

تعیین زمان تماس بهینه برای حذف بنزن با استفاده از چارچوب آلی فلزی مغناطیسی شده

تعیین مقدار جاذب  بهینه برای حذف بنزن  با استفاده از چارچوب آلی فلزی مغناطیسی شده

تعیین غلظت اولیه بهینه بنزن  برای حذف آلاینده با استفاده از چارچوب آلی فلزی مغناطیسی شده

جذب بنزن توسط چارچوب آلی فلزی  مغناطیسی شده

اب و فاضلاب و وزارت نیرو

جذب سطحی:فرایندی است که در جریان آن مولکولها به سطح جسمی جامد می چسبند.بانیروهای سست بلند برد مانندنیروی واندروالسی آغاز و با نیروهای کوتاه برد مانند یونی و فلزی پایان می یابد.

تجربی-آزمایشگاهی

نمونه های سنتیک ساخته شده در آزمایشگاه

طراحی آزمایشات بصورت سیستم RSM انجام خواهد شد که برابر با 29 ران خواهد بود 

سطح مورد مطالعه برای زمان تماس بین 30 تا 90 دقیقه

برای pH بین 3 تا 11

برای غلظت بنزن بین 5 تا 100 میلی گرم در لیتر

برای دوز جاذب بین 0.2 تا 0.6 گرم در لیتر

روش نمونه گیری نمونه های سینتیک ساخته شده در آزمایشگاه

در آزمایشگاه و با استفاده از نمونه‌های سینتیک ساخته شده محلول نهایی توسط اسپکتروفتومتر تعیین مقدار می‌شود.

2 میلی مول، Zn(NO3)2∙6H2O  و  نیم گرم Fe3O4 به عنوان محلول الف در 7.5 میلی لیتر متانول حل خواهد شد. سپس، محلول ب با مخلوط کردن کردن 2-متیل ایمیدازول (0.65 گرم، 8 میلی مول) در 7.5 میلی لیتر متانول تهیه خواهد شد. پس از تهیه محلول های فوق، محلول A تحت اولتراسونیک به محلول B تزریق شد. نتیجه حاصل از واکنش بین آن محلول ها رسوب قهوه ای Fe3O4@ZIF-8 بود که با فرآیند سانتریفیوژ جمع آوری خواهد شد. سپس در دمای 60 درجه سانتی گراد خشک شد.

مطالعات جذب به منظور بهینه سازی پارامترهای مختلف تجربی مانند زمان تماس ، غلظت اولیه بنزن ، دوز جاذب و pH انجام خواهد شد که می تواند بر بازده جذب بنزن تاثیر بگذارد. تمام آزمایشات در دمای 2 ± 25 درجه سانتی گراد انجام خواهد شد. برای تهیه منحنی کالیبراسیون غلظت‌های مختلفی از بنزن با استفاده از محلول استوک 1000 میلی‌گرم در لیتر تهیه خواهد شد و بعد از تشکیل رنگ نمونه‌ها را با دستگاه اسپکتروفتومتر مدل DR5000 در طول موج 570 نانومتر خوانده خواهد شد از این منحنی برای بدست آوردن نمونه‌های مجهول استفاده می شود. راندمان جذب و میلی‌گرم جذب به ازای هر گرم جاذب (qe)با استفاده از معادلات زیر تعیین خواهد شد. در این رابطه R راندمان, qe ظرفیت جذب بر حسب میلی‌گرم به ازای هر گرم جذب , c0 غلظت اولیه بنزن برحسب میلی‌گرم‌درلیتر , ce غلظت بزندر زمان t برحسب میلی‌گرم در لیتر M جرم جاذب برحسب گرم, v حجم نمونه برحسب لیتر می‌باشد.

برای تعیین معنی داری و میزان تاثیر هر پارامتر از f-vaule , p-value و ANOVA استفاده می شود همچنین برای گزارش نتایج از میانگین و انحراف معیار و ضریب تغییرات استفاده خواهد شد 

در این طرح کد شماره 9  دفترچه   راهنمای عمومی اخلاق در پژوهش‌های علوم پزشکی دارای آزمودنی انسانی که مربوط به حفاظت از محیط زیست می باشد رعایت خواهد شد همچنین کدهای شماره  11 و 30 و 31 مربوط به ائین نامه اخلاقی پژوهش مروبط به همین راهنمای عمومی اخلاق در پژوهش‌های علوم پزشکی دارای آزمودنی انسانی رعایت خواهد شد.

1.  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. 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. گزارش‌ها و مقالات حاصل از پژوهش‌هایی که مفاد این راهنما را نقض کرده‌اند، نباید برای انتشار پذیرفته شوند.
4. روش پژوهش نباید با ارزش‌های احتماعی، فرهنگی و دینی جامعه در تناقض باشد.

ندارد

1. Lakshman, M. Fe3O4@SiO2-Pip-SA nanocomposite: A novel and highly efficient reusable acidic catalyst for synthesis of rhodanine derivatives. J. Syn. Chem. 2022, 1, 48–51.

2. Sadeghi, M.; Mehdinejad, M.H.; Mengelizadeh, N.; Mahdavi, Y.; Pourzamani, H.; Hajizadeh, Y. Degradation of diclofenac by heterogeneous electro-Fenton process using magnetic single-walled carbon nanotubes as a catalyst. J. Water. Process. Eng. 2019,31, 100852.

3. Ukhurebor, K.E.; Athar, H.; Adetunji, C.O.; Aigbe, U.O.; Onyancha, R.B.; Abifarin, O. Environmental implications of petroleumspillages in the Niger Delta region of Nigeria: A review. J. Environ. Manag. 2021, 293, 112872.

4. Sui, X.; Wang, X.; Li, Y.; Ji, H. Remediation of petroleum-contaminated soils with microbial and microbial combined methods:Advances, mechanisms, and challenges. Sustainability 2021, 13, 9267.

5. Kuranchie, F.A.; Angnunavuri, P.N.; Attiogbe, F.; Nerquaye-Tetteh, E.N. Occupational exposure of benzene, toluene, ethylbenzene and xylene (BTEX) to pump attendants in Ghana: Implications for policy guidance. Cogent Environ. Sci. 2019, 5, 1603418.

6. Logeshwaran, P.; Megharaj, M.; Chadalavada, S.; Bowman, M.; Naidu, R. Petroleum hydrocarbons (PH) in groundwater aquifers: An overview of environmental fate, toxicity, microbial degradation and risk-based remediation approaches. Environ. Technol.Innov. 2018, 10, 175–193.

7. 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. J. Hazard. Mater. 2007, 146, 237–242.

8. Loomis, D.; Guyton, K.Z.; Grosse, Y.; El Ghissassi, F.; Bouvard, V.; Benbrahim-Tallaa, L. Carcinogenicity of benzene. Lancet Oncol. 2017, 18, 1574–1575.

9. Warden, H.; Richardson, H.; Richardson, L.; Siemiatycki, J.; Ho, V. Associations between occupational exposure to benzene, toluene and xylene and risk of lung cancer in Montréal. Occup. Environ. Med. 2018, 75, 696–702.

10. Bina, B.; Amin, M.M.; Rashidi, A.; Pourzamani, H. Benzene and toluene removal by carbon nanotubes from aqueous solution. Arch. Environ. Prot. 2012, 14, 22–31.

11. Flanagan, P.; Kelleher, B.; Allen, C. Assessment of anaerobic biodegradation of aromatic hydrocarbons: The impact of molecular biology approaches. Geomicrobiol. J. 2014, 31, 276–284.

12. Paixão, M.M.; Vianna, M.T.G.; Marques, M. Graphene and graphene nanocomposites for the removal of aromatic organic compounds from the water: Systematic review. Mater. Res. Exp. 2018, 5, 012002.

13. Jindrova, E.; Chocova, M.; Demnerova, K.; Brenner, V. Bacterial aerobic degradation of benzene, toluene, ethylbenzene and xylene. Folia Microbiol. 2002, 47, 83–93. [CrossRef] [PubMed]

14. Kong, H.; Mat, H.; Yunus, M.A.C. (Eds.) Batch Adsorptive Removal of BTEX From Aqueous Solution: A Review. In Proceedings of the Third International Conference on Separation Technology 2020 (ICoST 2020), Senai, Kualalumpur, Malaysia, 15–16 August 2020; Atlantis Press: Amsterdam, The Netherlands, 2020.

15. Moura, C.P.; Vidal, C.B.; Barros, A.L.; Costa, L.S.; Vasconcellos, L.C.; Dias, F.S. Adsorption of BTX (benzene, toluene, o-xylene, and p-xylene) from aqueous solutions by modified periodic mesoporous organosilica. J. Colloid. Interface Sci. 2011, 363, 626–634.

16. Lima, E.C. Removal of emerging contaminants from the environment by adsorption. Ecotoxicol. Environ. Saf. 2018, 150, 1–17.

17. Rashed, M.N. Adsorption technique for the removal of organic pollutants from water and wastewater. Org. Pollut. Monit. Risk.Treat. 2013, 7, 167–194.

18. Largitte, L.; Pasquier, R. A review of the kinetics adsorption models and their application to the adsorption of lead by an activated carbon. Chem. Eng. Res. Des. 2016, 109, 495–504.

19. Yu, J.-G.; Yu, L.-Y.; Yang, H.; Liu, Q.; Chen, X.-H.; Jiang, X.-Y. Graphene nanosheets as novel adsorbents in adsorption, preconcentration and removal of gases, organic compounds and metal ions. Sci. Total Environ. 2015, 502, 70–79.

20. Mohammadi, L.; Bazrafshan, E.; Noroozifar, M.; Ansari-Moghaddam, A.; Barahuie, F. Adsorptive removal of benzene and toluene from aqueous environments by cupric oxide nanoparticles: Kinetics and isotherm studies. J. Chem. 2017, 69, 113434.

21. Mahmoud, A.S.; Mostafa, M.K.; Abdel-Gawad, S.A. Artificial intelligence for the removal of benzene, toluene, ethyl benzene and xylene (BTEX) from aqueous solutions using iron nanoparticles. Water Supply 2018, 18, 1650–1663.

22. Cimbaluk, G.V.; Ramsdorf, W.A.; Perussolo, M.C.; Santos, H.K.F.; De Assis, H.C.D.S.; Schnitzler, M.C. Evaluation of multiwalled carbon nanotubes toxicity in two fish species. Ecotoxicol. Environ. Saf. 2018, 150, 215–223

ندارد