28387

حذف نانوپلاستيك پلي¬استايرن از محيط¬هاي آبي با استفاده از فرآيند انعقاد جذبي مغناطيسي

كارشناسي ارشد

مهندسي محيط زيست

1398

1401/12/06

دكتر مجيد حسين زاده

مهندسي عمران

آلودگي محيط‌هاي آبي به نانوپلاستيك‌ها (NPs) به دليل ساختار پايدار، تحرك بالا و برهمكنش آسان NPها با ساير آلاينده‌ها، در حال تبديل شدن به يك چالش زيست‌محيطي مهم است. بنابراين فناوري هاي حذف مؤثر NPها براي كاهش اثرات سمي آن ها به فوريت مورد نياز است. با اين حال روش مؤثر و پايداري براي حذف NPها از محيط هاي آبي وجود ندارد. در اين پايان نامه اثربخشي و سازوكار حذف نانوپلاستيك پلي استايرن (PS-NP) از طريق فرآيند انعقاد جذبي مغناطيسي، با استفاده از پلي آلومينيوم كلرايد (PACl) به عنوان منعقدكننده و نانوجاذب مغناطيسي اكسيد آهن (II/III) پوشش داده شده با كربن (Fe3O4/C) حاصل از ضايعات جوهر دستگاه چاپگر بررسي شد. بهينه سازي و بررسي تأثير متغيرهاي عملياتي با استفاده از نرم افزار Design-Expert به روش سطح پاسخ (Response surface methodology) و نرم افزار Statistica انجام شد. نتايج نشان داد كه راندمان حذف PS-NP در شرايط قليايي به طور قابل توجهي بهتر از شرايط اسيدي است. افزايش pH از 6 به 8 به شدت راندمان حذف PS-NP را افزايش مي-دهد، در حالي كه در pH 10 كاهش قابل توجهي مشاهده شد. افزودن PACl لايه سطحي PS-NP با بار منفي را فشرده و نيروي دافعه الكترواستاتيك بين ذرات PS-NP را كاهش داد و PS-NP روي Fe3O4/C جذب شد. راندمان حذف (%80) براي 80 ميلي گرم در ليتر PS-NP در مقادير بهينه 25/0 ميلي گرم PACl، 2 ميلي¬گرم Fe3O4/C و زمان تماس 2 دقيقه رخ داد. سازوكارهاي غالب فرآيند انعقاد و جذب به ترتيب شامل خنثي سازي بار، جذب، پل زدن، نيروي جاذبه الكترواستاتيك و برهمكنش هاي بين مولكولي بود. مدل‌هاي سينتيكي، ايزوترم و ترموديناميكي براي تجزيه و تحليل سازوكار جذب استفاده ‌شده و داده هاي جذب تطابق خوبي با مدل سينتيكي شبه مرتبه دوم و مدل ايزوترم لانگموير دادند. افزايش دما و غلظت نمك NaCl موجب بهبود راندمان حذف PS-NP شد. آزمايش‌هاي جذب و دفع نشان داد كهFe3O4/C قابليت استفاده مجدد عالي براي PS-NP دارد. رويكرد مطرح شده بينش جديدي را براي تصفيه NPها از محيط هاي آبي فراهم مي كند.

1402/03/16

Removal of polystyrene nanoplastic from aqueous environments using magnetic adsorption coagulation process

2/25/2024 12:00:00 AM

Nanoplastics (NPs) pollution of aquatic environments is becoming an important environmental challenge due to their stable structure, high mobility and easy interaction with other pollutants. Therefore, effective removal technologies of NPs are urgently needed to mitigate their toxic effects. However, there is no effective and stable method to remove NPs from water. In this study, we investigated the effectiveness and mechanism of removing polystyrene nanoplastic (PS-NP) through magnetic adsorption coagulation process, using polyaluminum chloride (PACl) as a coagulant and a Iron (II/III) oxide magnetic nanoadsorbent coated with carbon (Fe3O4/C) obtained from printer ink waste. Optimizing and investigating the effect of operating variables was done using Design-Expert software using response surface methodology and Statistica software. The results showed that the removal efficiency of PS-NP in alkaline conditions is significantly better than in acidic conditions. Increasing the pH from 6 to 8 significantly increases the PS-NP removal efficiency, while at pH 10 a significant decrease was observed. The addition of PACl compressed the negatively charged PS-NP surface layer and reduced the electrostatic repulsion force between PS-NP particles, and PS-NP was adsorbed on Fe3O4/C. The removal efficiency of PS-NP (80%) occurred in the optimal amounts of PS-NP (80 mg/L), PACl (0.25 mg), Fe3O4/C (2 mg) and contact time (2 minutes). The dominant mechanisms of the coagulation and adsorption process included charge neutralization, adsorption, bridging, electrostatic attraction and intermolecular interactions, respectively. Kinetic, isotherm and thermodynamic models were used to analyze the adsorption mechanism. Adsorption data are in good agreement with pseudo-second-order kinetic model and Langmuir isotherm model. Increasing the temperature and NaCl salt concentration improved the removal efficiency of PS-NP. In addition, adsorption and desorption experiments show that Fe3O4/C has excellent reusability for PS-NP. The proposed approach provides a new insight for the purification of NPs from the aqueous environments.

انعقاد و لخته سازي، پلي استايرن، جاذب مغناطيسي، جذب سطحي، نانوپلاستيك

Nanoplastic, Coagulation and flocculation, Surface adsorption, Polystyrene, Magnetic adsorbent

Sediqe Kouchakipour

Dr. Majid Hosseinzadeh