21309

21309

بررسي عوامل موثر بر برهم كنش نانوذرات گرافن اكسايد و كاني هاي رسي در محيط زيست

كارشناسي ارشد

محيط زيست

1396

1398/8/14

دكتر حسين غياثي نژاد

عمران

با توسعه سريع نانوتكنولوژي، نانوذرات مهندسي شده نيز متعاقبا به محيط زيست وارد خواهند شد. يكي از نانوذراتي كه در دهه ي اخير كاربردهاي گسترده اي در حوزه هاي گوناگون مانند الكترونيك، پزشكي و كامپوزيت ها پيدا كرده است گرافن اكسايد مي باشد. تحقيقات مختلفي در رابطه با سميت گرافن اكسايد در مواجهه با ميكروارگانيزم ها و سلول هاي انسان انجام شده است كه نگراني ها را در مورد انتقال و انتشار اين نانوذرات در محيط زيست افزايش داده است. در نتيجه در سال هاي اخير محققان به بررسي عوامل موثر بر انتقال اين نانوذره در محيط زيست پرداخته اند. هر چند اغلب تحقيقات صورت گرفته محدود به بررسي جداگانه ي عوامل مختلف مي شود و تاثير هم زمان عوامل گوناگون به ندرت مورد توجه واقع شده است. يكي از عوامل بسيار مهم كه در سرنوشت نهايي گرافن اكسايد در پهنه هاي آبي در محيط زيست مي تواند نقش داشته باشد حضور ذرات جامد مانند ذرات كاني هاي رسي است. در اين تحقيق به بررسي عوامل موثر بر برهم كنش گرافن اكسايد با كاني هاي رسي موجود در آب پرداخته مي شود. تاثير هر يك از عوامل pH ، كاتيون هاي اصلي آب )شامل فلزات تك ظرفيتي سديم و پتاسيم و فلزات دو ظرفيتي كلسيم و منيزيم(، فلزات سنگين و مواد آلي طبيعي بررسي شده است. براي نيل به هدف فوق از روش راكتورهاي ناپيوسته و با كمك اندازه گيري طيف هاي Uv-vis آزمايشات انجام گرفته است. بر اساس نتايج بدست آمده مي توان گفت كه تاثير pH بر ميزان جذب گرافن اكسايد بر كاني هاي رسي در pH هاي كمي اسيدي ) 5.5 تا 6.2 ( تقريبا يكسان است. اما در pH هاي بازي )تا 8.5 ( شاهد جذب بسيار كمتر گرافن اكسايد بر روي كائولينيت در مقايسه با مونتموريلونيت بوديم. در رابطه با كاتيون هاي فلزي اصلي موجود در آب، اثر كاتيون هاي دوظرفيتي كلسيم و منيزيم به مراتب بيشتر بوده و آن ها قادر هستند كه با ايجاد خاصيت پل زدگي باعث جذب سريعتر گرافن اكسايد بر كاني هاي رسي شوند. فلزات سنگين نقش بسيار پررنگي بر جذب نانوذرات بر كاني هاي رسي نشان دادند به نحوي كه غلظت هاي در مقياس 1 ميلي مولار فلز سنگين كروم موجب جذب كامل گرافن اكسايد تا غلظت 40 ميلي گرم بر ليتر بر كاني رسي گرديد. همچنين، نشان داده شد كه اثر مواد آلي طبيعي بر پايداري گرافن اكسايد در آب تقريبا محدود به فلزات تك ظرفيتي اصلي يعني سديم و پتاسيم مي باشد و اين مواد نمي توانند بر قدرت يوني ايجاد شده توسط كاتيون هاي چندظرفيتي و يا فلزات سنگين غلبه كنند و مانع جذب گرافن اكسايد بر كاني رسي شوند.

1398/08/27

Study on the Influential Factors of Graphene Oxide Nanomaterial Interaction with Clay Minerals in the Environment

11/4/2020 12:00:00 AM

With the fast development of nanotechnology, engineered nanomaterials will be inevitably released into the environment. One of the newest nanomaterials that have been used in widespread applications such as electronics, drug delivery, composites and etc. is called graphene oxide (GO). Increasing studies showed the toxicity of graphene oxide while exposed to the microbial community and human cells, which raise concerns over their fate and transport in the environments. Thus, in recent years, researchers have focused on the effect of these 2D nanomaterials in the environment. However, most of the conducted studies strictly investigate each factor independently without influencing other factors simultaneously. One of the most important influential factors graphene oxides fate in the aqueous environment is the presence of solid particles such as clay minerals. In the present study, we will investigate the influential factors in the interaction of graphene oxide and clay minerals. The effect of pH, major cations (including monovalents like sodium and potassium, and divalents like calcium and magnesium), heavy metals and natural organic matters are studied through batch experiments by the means of measuring the UV-vis absorbance. Our results show that the effect of pH on GO attachment on both clay minerals is fairly comparable in mild acidic solution. However, it is showed that there is a substantial decrease in the attachment of GO on kaolinite in mild alkaline solution, compared to montmorillonite. Regarding the major cations, the effect of divalent cations is much greater than the monovalents which is due to the bridging effect between clay mineral functional group and GO functional group. In addition, heavy metals indicate a severe effect on increasing the attachment of GO on clay minerals. For instance, 1mM of chromium could lead to the complete attachment of 40mg/l of GO on clay minerals. It is also shown that natural organic matters could only impact the attachment in presence of monovalents (sodium and potassium) and they are not able to hinder the attachment and overcome the strong chemical bonding caused by multivalents and/or heavy metals.