30371

بررسي تجربي حذف مس، كروم و باكتري از آب آشاميدني با استفاده از نانوذرات مغناطيسي

كارشناسي ارشد

مهندسي بيوتكنولوژي

1399

1402/07/30

دكتر پريسا حجازي

مهندسي شيمي

جستجوي فناوري¬هاي جديد به منظور تامين آب و كاهش آلودگي آن در شبكه آبرساني در سال¬هاي اخير اهميت بالايي پيدا كرده است. از آنجا كه صنعت آب ملزم به توليد آب آشاميدني با كيفيت بالا است، نياز آشكاري به توسعه مواد و روش¬هاي مقرون به صرفه و پايدار براي مقابله با چالش¬هاي تامين آب شرب سالم در مقادير مناسب وجود دارد. يكي از فناوري¬ها به منظور تصفيه بهينه آب، استفاده از نانوذرات مغناطيسي آهن است كه بدليل عدم سميت، انطباق¬پذيري با بدن موجودات زنده و قيمت پايين سنتز و آساني فرآيند بسيار مورد توجه مي¬باشد. در اين تحقيق پتانسيل¬هاي استفاده از نانوذرات مغناطيسي براي حذف آلاينده¬هاي بيولوژيك و فلزات سنگين در غلظت كم براي رسيدن به شرايط استاندارد آب آشاميدني مورد بحث و سنجش قرار گرفته است. نانوذرات مغناطيسي Fe3O4 به روش هم-رسوبي سنتز شدند و حذف غلظت¬هاي مختلف فلزات سنگين مس و كروم به صورت جداگانه و مخلوط و همچنين كاهش بار ميكروبي آب برمبناي باكتري اشرشياكولي به عنوان ميكروب مدل انجام شد. سپس درصد حذف باكتري، ظرفيت جذب فلزات سنگين، ضرايب سينتيك¬ها و ايزوترم¬هاي جذب محاسبه شد. به منظور تعيين مقدار غلظت نانوذارت مغناطيسي مناسب جهت حذف آلاينده¬ها، حداقل مقدار لازم نانوذرات براي حذف آلاينده¬ها مدنظر قرار گرفت و نهايتا مقدار نانوذرات در فرآيند حذف فلزات و باكتري-ها mg/L 50 انتخاب شد. در شرايطي كه صرفا حذف فلزات به صورت تك يا مخلوط مورد بررسي قرار گرفت، حداكثر ميزان حذف يون كروم 100 درصد و يون مس 99 درصد بوده است و ظرفيت جذب هر يك از يون¬هاي كروم و مس به ترتيب 98/4 و mg/g 4/63 حاصل شد. جذب هر دو يون در سيستم تك و دوتايي، مطابق با مدل شبه مرتبه دوم بوده است. ايزوترم غالب در جذب يون¬ مس ايزوترم لانگموير و يون كروم فرندليچ بود. حضور يون مس در محيط باعث كاهش جذب كروم شد اما حضور كروم در محيط تاثيري بر جذب يون مس نداشت. به منظور بررسي خاصيت ضدباكتريايي نانوذرات مغناطيسي، باكتري E.coli با غلظت اوليه CFU/ml 750 در تماس با نانوذرات قرار گرفت و با گذشت 35 دقيقه كلوني¬ مشاهده نشد. حضور همزمان باكتري با فلزات سنگين به ترتيب اثر مثبت در جذب مس و اثر منفي بر جذب كروم داشت.

1402/10/30

Experimental investigation of removing copper, chromium and bacteria from drinking water using magnetic nanoparticles

10/21/2024 12:00:00 AM

Searching for new technologies in order to supply water and reduce its pollution in the water supply network has become important in recent years, since the water industry is required to produce high quality drinking water, there is an obvious need to develop methods. There are affordable and sustainable ways to deal with the challenges of providing safe drinking water in appropriate quantities. One of the technologies for optimal water purification is the use of iron magnetic nanoparticles, which is very popular due to its non-toxicity, compatibility with the body of living organisms. In this research, the potential of using magnetic nanoparticles to remove biological pollutants and heavy metals in low concentration to reach the standard conditions of drinking water has been discussed and measured. Fe3O4 magnetic nanoparticles were synthesized by co-precipitation method and the removal of different concentrations of heavy metals, copper and chromium, was done individually and as a mixture, as well as reducing the microbial burden of water based on Escherichia coli bacteria as a model microbe. Then the bacteria removal percentage, heavy metal absorption capacity, kinetic coefficients and absorption isotherms were calculated. In order to determine the appropriate concentration of magnetic nanoparticles for the removal of pollutants, the minimum necessary amount of nanoparticles was considered and finally 50 mg/L of Fe3O4 was selected as optimum concentration to remove metals and bacteria. In the case of removal of metals investigated as single or mixed, the maximum removal percentage of chromium and copper ions was 100% and 99%, respectively. The absorption capacity of chromium and copper ions was calculated as 4.98 and 63.4 mg/g, respectively. The adsorption of both ions in the single and double system was consistent with the pseudo-second order model. The dominant isotherm in the adsorption of ions was the Langmuir isotherm. The simultaneous presence of copper and chromium ions caused an antagonism effect on chromium absorption. In order to investigate the antibacterial properties of magnetic nanoparticles, E.coli bacteria with an initial concentration of 750 CFU/ml were exposed to nanoparticles for 45 minutes and no colonies were observed after 24 hours. Coexistence of bacteria with heavy metals had a positive effect on copper absorption and a negative effect on chromium absorption, respectively.

نانوذرات مغناطيسي , تصفيه بيولوژيك آب آشاميدني , حذف باكتري , حذف فلزات سنگين

magnetic nanoparticles , biological treatment of drinking water , removal of bacteria, , removal of heavy metals

Yasaman Ahmadi

Dr. Parisa Hejazi