30776

بررسي كارايي هيدروكسيد دوگانه لايه‌اي منيزيم-آلومينيوم مغناطيسي در حذف ميكروپلاستيك از آب

كارشناسي ارشد

مهندسي عمران- محيط‌ زيست

1399

1402/11/3

مريم حسني زنوزي - محسن سعيدي

فرانك منطقي

مهندسي عمران

آلودگي محيط به ميكروپلاستيك‌ها به دليل سطح پايداري و ميل تركيبي آن با آلاينده‌ها در حال تبديل به يك چالش زيست‌محيطي مهم در سال‌هاي اخير است. بنابراين روش‌هاي موثر براي حذف ميكروپلاستيك‌ها مورد نياز است. در اين مطالعه كارايي حذف ميكروپلاستيك پلي‌اتيلن ترفنالات ناشي از پسماند بطري آب معدني (داراي هوازدگي 30 روزه در مقابل نورخورشيد) با استفاده از هيدروكسيد دوگانه لايه‌اي منيزيم-آلومينيوم مغناطيسي (Fe3O4@Mg/Al LDH) بررسي شد. هيدروكسيدهاي دوگانه لايه‌اي (LDH ) به عنوان تركيبات رسي كه داراي بار مثبت و لايه‌هايي كه در آنها آنيون‌هاي بين لايه‌اي با بار منفي وجود دارد طبقه بندي مي‌شود. LDH را مي¬توان به عنوان مناسب¬ترين جاذب براي آلاينده¬هاي آنيوني بدون هيچ گونه تغييري در نظر گرفت؛ زيرا ظرفيت تبادل آنيوني بالايي دارد. اكسيد آهن (Fe3O4) به دليل خاصيت مغناطيسي مي‌تواند نقش موثري در حذف ميكروپلاستيك و تسهيل در جداسازي جاذب داشته باشد، كه از آن به عنوان هسته جاذب استفاده شد. در اين پژوهش كامپوزيت Fe3O4@Mg/Al LDH به روش سولوترمال و هم رسويي سنتز شد. آزمايش‌هاي جذب مغناطيسي در شرايط ناپيوسته در بشر 100ميلي‌ليتر با حجم نمونه 50 ميلي ليتر و به روش كلاسيك (OFAT) به صورت تغيير يك پارامتر و ثابت نگهداشتن ساير پارامترها انجام شد. تاثير پارامترهاي(3-5-7-9-11) pH ،دوزجاذب (200-1200) ميلي‌گرم برليتر، زمان تماس (0-300) دقيقه و غلظت ميكروپلاستيك (200-1400) ميلي‌گرم برليتر بررسي شد. نتايج نشان داد كه با دوز جاذب 600 ميلي‌گرم برليتر، غلظت ميكروپلاستيك 1000 ميلي‌گرم برليتر و زمان تماس 300 دقيقه با افزايش pH از3 به 9 به علت جاذبه الكترواستاتيكي بين ميكروپلاستيك و جاذب راندمان حذف از 7/31% به 6/45% افزايش ، همچنين در pH برابر 11 به علت دافعه الكترواستاتيكي، به 6/34% كاهش يافت. در7pH=، غلظت ميكروپلاستيك 1000 ميلي‌گرم برليتر و زمان تماس 300 دقيقه با افزايش دوز جاذب از 200 ميلي‌گرم برليتر به 1000 ميلي‌گرم برليتر راندمان حذف از 6/10% به 100% رسيد. همچنين با افزايش زمان تماس تحت شرايط 7pH= و دوز 1000ميلي‌گرم برليتر جاذب و ميكروپلاستيك راندمان حذف افزايش و در 150دقيقه به100% رسيد و نيز با افزايش غلظت ميكروپلاستيك از200 ميلي‌گرم برليتر تا 1000 ميلي‌گرم برليتر در شرايط 7pH= و دوز جاذب 1000 ميلي‌گرم برليتر و زمان تماس 150 دقيقه، راندمان حذف همچنان 100% بود و در غلظت1400 ميلي گرم برليتر به 84/75 % كاهش يافت. مدل‌هاي سينتيكي براي تجزيه و تحليل جذب استفاده شد. مدل شبه مرتبه اول تطابق بهتري با داده‌هاي آزمايشگاهي داشت. ساز وكار جذب احتمالا جذب فيزيكي(برهم ‌كنش الكترواستاتيكي و نيروهاي واندروالسي) بود. نتايج آزمايش‌هاي FTIR،XRD،SEM،VSM ، TEM نشان دهنده‌ي سنتز موفق Fe3O4@Mg/Al LDH و آناليز SEM،EDX بيانگر جذب موفقيت آميز جاذب بر روي ميكروپلاستيك بود. اين پژوهش بينش جديدي براي تصفيه محيط‌هاي آبي از ميكروپلاستيك ارائه مي‌كند.

1403/02/09

Investigating the efficiency of magnetic magnesium-aluminum layered double hydroxide in microplastic removal from water

1/22/2025 12:00:00 AM

Environmental pollution with microplastics has become an important environmental challenge in recent years due to its persistence and affinity with pollutants. Therefore, effective methods to remove microplastics are needed. In this study, the efficiency of removing polyethylene terephthalate microplastics from mineral water bottle residues (weathered for 30 days in front of sunlight) was investigated using magnetic magnesium-aluminum layered double hydroxide (Fe3O4@Mg/Al LDH). Layered double hydroxides (LDH) are classified as clay compounds that have a positive charge and layers in which there are interlayer anions with a negative charge. LDH can be considered the most suitable adsorbent for anionic pollutants without any change because it has a high anion exchange capacity. Due to its magnetic properties, iron oxide (Fe3O4) can play an effective role in removing microplastics and facilitating the separation of the adsorbent, which was used as the core of the adsorbent. In this research, Fe3O4@Mg/Al LDH composite was synthesized by solvothermal and coprecipitation methods. Magneticabsorption experiments were performed in discontinuous conditions in a 100 ml beaker with a sample volume of 50 mm and by the classical method (OFAT) by changing one parameter and keeping other parameters constant. The effect of parameters (3-5-7-9-11) pH, adsorbent dose (200-1200) mg per liter, contact time (0-300) minutes, and microplastic concentration (200-1400) mg per liter were investigated. The results showed that with the adsorbent dose of 600 mg per liter, the microplastic concentration of 1000 mg per liter, and the contact time of 300 minutes, with an increase in pH from 3 to 9 due to the electrostatic attraction between the microplastic and the adsorbent, the removal efficiency increased from 31.7% to 45.6%. It also decreased to 34.6% at pH 11 due to electrostatic repulsion. At pH=7, the microplastic concentration was 1000 mg/L and the contact time was 300 minutes, with the increase of the adsorbent dose from 200 mg/L to 1000 mg/L, the removal efficiency reached 10.6% to 100%. Also, by increasing the contact time, under the conditions of pH=7 and the dose of 1000 mg/liter of absorbent and microplastics, the removal efficiency increased and reached 100% in 150 minutes, and also with the increase of the concentration of microplastics from 200 mg/liter to 1000 mg/liter under the conditions of pH=7 and the dose Adsorbent 1000 mg per liter and contact time of 150 minutes, the removal efficiency was still 100% and decreased to 75.84% at the concentration of 1400 mg per liter. Kinetic models were used for adsorption analysis. The pseudo-first-order model had a better match with the laboratory data. The adsorption mechanism was probably physical adsorption (electrostatic interaction and van der Waals forces). The results of FTIR, XRD, SEM, VSM, and TEM tests showed the successful synthesis of Fe3O4@Mg/Al LDH, and SEM, and EDX analysis showed the successful adsorption of the adsorbent on microplastic. This research provides a new insight for purifying water environments from microplastics.

ميكروپلاستيك , هيدروكسيد دوگانه لايه‌اي‌ منيزيم- آلومينيوم مغناطيسي , پلي اتيلن ترفنالات , جذب مغناطيسي , اكسيد آهن

Microplastic , magnetic magnesium-aluminum layered double hydroxide , polyethylene terephthalate , magnetic adsorption , iron oxide

Samin Soltanpoor

Dr. Maryam Hassani