مطالعه انتقال و کارایی نانوذرات آهن صفر ظرفیتی پایدار شده در حذف کروم در ستون شن

آب و خاک

مقاله 11، دوره 33، شماره 1 - شماره پیاپی 63، فروردین 1398، صفحه 147-161   

نوع مقاله: مقالات پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jsw.v33i1.75059

نویسندگان

محمدتقی کوهیان افضل؛ احمد فرخیان فیروزی^* ؛ مهدی تقوی

شهید چمران اهواز

چکیده

نانوذرات آهن صفر ظرفیتی طی سال­های اخیر به دلیل دارا بودن خواص منحصر و قابلیت بالا در حذف آلاینده­های مختلف مانند یون کروم شش ظرفیتی از محیط­های شنی و آب مورد استفاده قرار گرفته­اند. در این مطالعه از روش احیای شیمیایی سولفات آهن توسط بوروهیدرید­سدیم برای سنتز نانوذرات آهن صفر ظرفیتی استفاده گردید. خصوصیات نانوذرات آهن صفر ظرفیتی توسط دستگاه­های میکروسکوپ الکترونی روبشی، میکروسکوپ الکترونی عبوری و زتاسایزر تعیین شد. جهت پایدارسازی نانوذرات آهن صفر ظرفیتی از پلیمر سبز، طبیعی و غیرسمی گوارگام و نیز پلیمر زیست تخریب پذیر پلی­اکریل­آمید استفاده شد. میزان پایداری نانوذرات آهن صفر ظرفیتی سنتز شده از طریق محاسبه مقادیر پتانسیل زتا و قطر هیدرودینامیک نانوذرات سنتز شده توسط دستگاه زتا‌سایزر تعیین گردید. به منظور مقایسه تأثیر تیمارهای مختلف بر انتقال نانوذرات آهن صفر ظرفیتی و احیای کروم شش ظرفیتی در ستون‌های شن از آزمایش‌های فاکتوریل جداگانه 3*3 در قالب طرح کاملاً تصادفی با دو فاکتور و سه تکرار استفاده گردیده و مقایسات میانگین از طریق آزمون دانکن در سطح احتمال 5 درصد انجام شد. شبیه­سازی انتقال نانوذرات آهن صفر ظرفیتی توسط نرم­افزار هیدروس یک بعدی و مدل سینتیک جذب- واجذب تک مکانی در ستون­های شن انجام گردید. نتایج نشان داد که با افزایش غلظت اولیه کروم و غلظت نانوذرات، درصد احیای کروم شش ظرفیتی به ترتیب کاهش و افزلیش یافت. همچنین با افزایش قدرت یونی و غلظت نانوذرات، انتقال آنها در ستون­های شن کاهش یافت. نتایج حاکی از آن بود که نانوذرات آهن صفر ظرفیتی با پوشش پلی‌اکریل‌آمید، گوارگام و بدون پوشش به ترتیب دارای بیشترین کارایی در احیای یون کروم از محیط متخلخل بودند. نتایج حاصل از منحنی­های رخنه انتقال نانوذرات آهن صفر ظرفیتی سنتز شده نشان داد که با افزایش مقادیر غلظت نانوذرات (1، 2 و 3 گرم در لیتر) و قدرت یونی (1، 10 و 100 میلی­مولار)، مقادیر غلظت نسبی (C/C0) نانوذرات آهن صفر ظرفیتی سنتز شده کاهش یافته و بیشترین درصد انتقال نانوذرات سنتز شده به ترتیب در غلظت نانوذرات برابر 1 گرم در لیتر و قدرت یونی 1 میلی­مولار کلرید رخ داد. همچنین نانوذرات آهن صفر ظرفیتی با پوشش­های پلی‌اکریل‌آمید، گوارگام و بدون پوشش به ترتیب بیشترین تا کمترین مقادیر غلظت نسبی و انتقال نانوذرات را به خود اختصاص دادند.

کلیدواژه‌ها

نانوذرات آهن صفر ظرفیتی؛ کروم؛ انتقال؛ احیاء

مراجع

1. Arildii D., Davaasambuu S., and Batchuluun S. 2018. Equilibrium and kinetic study on hexavalent chromium sorption on bentonite supported zerovalent iron. Journal of Chemical Technology and Metallurgy 53(2): 218- 231.

2. Duan R., Dong Y., and Zhang Q. 2018. Characteristics of aggregate size distribution of nanoscale zero-valent iron in aqueous suspensions and Its effect on transport process in porous media. Water 10(6): 1-14.

3. Fan G., Cang L., Qin W., Zhou C., Gomes H., and Zhou D. 2013. Surfactants-enhanced electrokinetic transport of xanthan gum stabilized nanoPd/Fe for the remediation of PCBs contaminated soils. Separation and Purification Technology 114: 64-72.

4. Jiao C., Cheng Y., Fan W., and Li J. 2015. Synthesis of agar-stabilized nanoscale zero-valent iron particles and removal study of hexavalent chromium, International Journal of Environmental Science and Technology 12: 1603–1612.

5. Jiemvarangkul P., Zhang W.X, and Lien H.L. 2011. Enhanced transport of polyelectrolyte stabilized nanoscale zero-valent iron (nZVI) in porous media. Chemical Engineering Journal 170: 482–491.

6. Koohiyan Afzal M.T., Farrokhian Firouzi A., and Taghavi M. 2017. Synthesis of bare and four different polymer- stabilized zero-valent iron nanoparticles and their efficiency on hexavalent chromium removal from aqueous solutions, Journal of Water and Environmental Nanotechnology 2(4): 278-289.

7. Phenrat T., Saleh N., Sirk K., Kim H-J., Tilton R.D., and Lowry G.V. 2007. Stabilization of aqueous zerovalent iron dispersions by anionic polyelectrolytes: adsorbed anionic polyelectrolyte layer properties and their effect on aggregation and sedimentation. Nanoparticle Research 10: 795-814.

8. Prema P., and Selvarani M. 2012. Use of zerovalent iron nanoparticles as low cost adsorbent in the removal of hexavalent chromium from aqueous solution: equilibrium and kinetics study, International Journal of Research in Chemistry and Environment 2(4): 115- 124.

9. Ramazanpour Esfahani A., and Farrokhian Firouzi A. 2016. Synthesis and application of stabilized zero-valent iron nanoparticles for hexavalent chromium removal in saturated sand columns: experimental and modeling studies, Desalination and Water Treatment 57(33): 1-11.

10. Ramazanpour Esfahani A., Hojati S., Azimi A., Alidokht L., Farzadian M., and Khataee A. 2015. Reductive removal of hexavalent chromium from aqueous solution using sepiolite-stabilized zero-valent iron nanoparticles: process optimization and kinetic study, Korean Journal of Chemical Engineering 31: 630–638.

11. Raychoudhury T., Tufenkji N., and Ghoshal S. 2012. Aggregation and deposition kinetics of carboxymethyl cellulose-modified zero-valent iron nanoparticles in porous media, Water Research 46: 1735-1744.

12. Siciliano A. 2016. Removal of Cr(VI) from water using a new reactive material: magnesium oxide supported nanoscale zero-valent iron., Journal of Materials 9(666): 2-19.

13. Singh R., Misra V., and Singh R.P. 2011. Synthesis, characterization and role of zero-valent iron nanoparticle in removal of hexavalent chromium from chromium-spiked soil. Journal of Nanoparticle Research 13: 4063–4073.

14. Singh R., and Misra V. 2015. Stabilization of zero-valent iron nanoparticles: role of polymers and surfactants. In Aliofkhazraei M. (eds) Handbook of Nanoparticles. Springer International Publishing Switzerland.

15. Tiraferri A., and Sethi R. 2008. Enhanced transport of zerovalent iron nanoparticles in saturated porous media by guar gum. Journal of Nanoparticle Research 11(3): 635-645.

16. Xue D., and Sethi R. 2012. Viscoelastic gels of guar and xanthan gum mixtures provide long-term stabilization of iron micro- and nanoparticles. Nanoparticle Research 14: 1239.

17. Yang Z., Qiu X., Fang Z., and Pokeung T. 2015. Transport of nano zero-valent iron supported by mesoporous silica microspheres in porous media. Water Science and Technology 71(12): 1800-1805.