-‎--‎-

مهندسي عمران

در دهه‌هاي اخير آلودگي منابع آبي با پلاستيك‌ها يكي از تهديدهاي نوظهور زيست ‌محيطي مطرح شده است. حذف كاتاليستي نانوپلاستيك‌هاي پلي‌استايرن (PSNPs) رويكردي كارآمد براي حذف نانوذرات و بازيافت منابع بوده و چالش‌هاي مهمي در طراحي كاتاليست‌هاي پيشرفته را هدف قرار مي‌دهد. در اين پژوهش، راهبردي نوين بر پايه فعال‌سازي پرسولفات به كمك كاتاليست مغناطيسي با استفاده از رويكرد شبه-فنتون‌ ارائه شده كه با فرآيند سولفوريزه‌كردن كاتاليست، كارايي و انتقال الكترون بهبود يافته است. نانوذرات كبالت ‌فريت بر روي كربن فعال حاصل از زيست‌توده كپسول كنجد و سولفوريزه‌شده (AC/CoFe₂O₄/S)، سنتز شده و با روش‌هاي گوناگون ساختاري، بافتي و ميكروسكوپي شناسايي شدند. نتايج به‌ويژه طيف‌سنجي فوتوالكترون پرتو ايكس (XPS) سولفوريزاسيون را به‌طور كامل تأييد كرد. تحت شرايط بهينه (pH = 5، غلظت آمونيوم پرسولفات و كاتاليست = 0/6 گرم بر ليتر و غلظت PSNPs 60 ميلي‌گرم بر ليتر)، اين كاتاليست در مدت 20 دقيقه به بازده تخريب 99/42% دست يافت. بررسي‌هاي مكانيزمي نشان داد كه چرخه اكسايش–كاهش هم‌افزاي Co²⁺ و Fe³⁺ با توليد كارآمد راديكال‌هاي •OH وSO4•− از طريق رويكرد شبه-فنتون‌، فرآيند تجزيه را تسريع مي‌كند. آناليزهاي سينتيك جذب و ايزوترم بيانگر انطباق بالاي داده‌ها با مدل شبه مرتبه دوم (0/9975 R² =) و مدل فروندليچ (0/9991 R² =) بود. علاوه بر حذف/تخريب مؤثر PSNPs، كاتاليست سنتز شده توانايي بالايي در حذف/تخريب ساير آلاينده‌هاي موجود در محيط‌هاي آبي از جمله رنگ و تركيبات دارويي را نيز از خود نشان داده است. همچنين، كاتاليست در پنج چرخه متوالي پايداري قابل‌توجهي نشان داد و بازده حذف بين 99/42% تا 81/92% حفظ شد. اين مطالعه ديدگاه‌هاي ارزشمندي در زمينه به‌كارگيري سامانه‌هاي كاتاليست/پرسولفات به‌عنوان روشي پايدار و كارآمد براي تصفيه پساب‌هاي آلوده به نانوپلاستيك‌هاي پلي‌استايرن (PSNPs) ارائه مي‌دهد و همچنين رويكردي نوين براي ادغام پايدار اين نانوذرات در چرخه كربن اكوسيستم پيشنهاد مي‌كند كه مي‌تواند به كاهش اثرات زيست‌محيطي آن‌ها منجر شود.

1404/07/13

Degradation of polystyrene nanoplastics in advanced oxidation process using magnetic activated carbon

9/9/2026 12:00:00 AM

In recent decades, the contamination of aquatic resources with plastics has emerged as a critical environmental threat, owing to their high durability, resistance to biodegradation, an‎d low production cost, which have led to their widespread use in industry an‎d daily life. These properties cause plastics to persist in the environment an‎d gradually degrade into smaller particles such as microplastics an‎d nanoplastics. The catalytic removal of polystyrene nanoplastics (PSNPs) offers an effective route for nanoparticle elimination an‎d resource recovery, addressing key challenges in advanced catalyst design. In this study, a novel strategy combining magnetic catalytic persulfate activation with a Fenton-like approach—further enhanced by catalyst sulfurization, which improved both catalytic success an‎d electron transfer efficiency—was developed for efficient PSNPs degradation in aquatic environments. Sulfurized cobalt ferrite nanoparticles supported on biomass-derived activated carbon from sesame capsule residues (AC/CoFe₂O₄/S) were synthesized an‎d thoroughly characterized via structural, textural, an‎d microscopic analyses. Structural results, particularly X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), confirmed successful sulfurization. Under optimal conditions (pH = 5, [ammonium persulfate] = [catalyst] = 0.6 g.L⁻¹, PSNPs concentration = 60 mg.L⁻¹), the AC/CoFe₂O₄/S catalyst achieved 99.42% PSNPs degradation within 20 min. Mechanistic investigations revealed that the synergistic redox cycling of Co²⁺ an‎d Fe³⁺ promoted the efficient generation of •OH an‎d SO4•− radicals through a Fenton-like pathway, accelerating PSNPs breakdown. Adsorption kinetics an‎d isotherm analyses indicated that the pseudo-second-order model (R² = 0.9975) an‎d Freundlich model (R² = 0.9991) effectively described PSNPs adsorption behavior. Beyond the effective degradation of PSNPs, the synthesized catalyst also exhibited high efficiency in the removal of other aquatic contaminants. Furthermore, the catalyst exhibited excellent reusability, maintaining PSNPs removal efficiencies from 99.42% to 81.92% over five consecutive cycles. This study provides valuable insights into the application of persulfate-based catalytic systems as a sustainable an‎d efficient method for wastewater treatment containing polystyrene nanoplastics an‎d introduces an innovative approach for integrating these nanoplastics into the carbon cycle of ecosystems, thereby mitigating their environmental impacts.

فرآيندهاي اكسيداسيون پيشرفته , سولفوريزاسيون , فعالسازي پرسولفات , كربن فعال حاصل از پسماند زيست توده , نانوپلاستيك‌هاي پلي‌استايرن , نانوذرات كبالت فريت

Advanced Oxidation Processes (AOPs) , Sulfurization , Persulfate Activation , Biomass Waste Activated Carbon , Polystyrene Nanoplastics , Cobalt Ferrite Nanoparticles

Raheleh Jodar

Dr. Majid Hosseinzadeh