محیط زیست و توسعه فرابخشی

چکیده مقدمه: فرمالدئید (فرمالین) یک ماده نگهدارنده می‌باشد که به طور گسترده‌ای در مواد فعال‌کننده سطح، مایعات ظرف‌شویی، محصولات آرایشی و بهداشتی به ‌ویژه شامپوها و محصولات مراقبتی کاربرد دارد. این ماده تأثیرات مخربی بر سلامت انسان و تنوع زیستی دارد و به دلیل کاربرد گسترده در محصولات شوینده و آرایشی، نشت آن به محیط زیست نگران کننده است. آژانس بین‌المللی تحقیقات سرطان، فرمالدئید را به عنوان یک ترکیب سرطان‌زای قوی معرفی نموده است. لذا، تشخیص و اندازه‌گیری این ترکیب با سرعت و حساسیت بالا در نمونه‌های مختلف از اهمیت بالایی برخوردار می‌باشد. روش‌های مختلفی برای اندازه‌گیری فرمالین در منابع علمی گزارش شده است که به خاطر زمان زیاد آنالیز، هزینه بالا و حساسیت پایین مورد مقبول قرار نگرفته‌اند. در میان روش‌ها، روش‌های الکتروشیمیایی به دلیل حساسیت بالا، سرعت بالای آنالیز، ارزان قیمت بودن و قابلیت کوچک‌سازی مورد توجه قرار گرفته‌اند.
مواد و روش‌ها: در این تحقیق سطح الکترود مغز مداد با اعمال ولتاژ مستقیم در محلول اسید سولفوریک گرافنیزه شد. پس از آن، الکترود مغز مداد گرافنیزه شده (GPLE) در محلول کلرید نیکل شناور شده و با استفاده از تکنیک کرونو آمپرومتری با اعمال پتانسیل 2/1- به مدت 100 ثانیه، نانوذرات نیکل روی سطح الکترود قرار گرفت. در ادامه با روبش پتانسیل در محیط قلیایی، الکترود GPLE با نانوذرات هیدروکسید نیکل اصلاح شد. مورفولوژی الکترود GPLE/Ni(OH)₂ با میکروسکوپ الکترونی روبشی مورد بررسی قرار گرفت و میانگین اندازه ذرات حدود 52 نانومتر محاسبه شد. ساختار الکترود اصلاح شده با استفاده از تکنیک های پراش اشعه ایکس (XRD)، اسپکتروسکپی امپدانس الکتروشیمیایی، میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و روش‌های الکتروشیمیایی مشخصه‌یابی گردید. پارامترهای مهم مانند زمان الکتروترسیب، پتانسیل الکتروترسیب و شرایط فعال‌سازی الکترود بهینه‌سازی شدند. پس از انجام آزمایشات الکتروشیمیایی، از الکترود تهیه شده برای اندازه‌گیری فرمالدئید به عنوان یک آلاینده خطرناک محیط‌زیستی در انواع محتلف شوینده‌ها استفاده گردید.
نتایج: بر اساس نتایج تجربی، وجود همزمان نانوذرات هیدروکسید نیکل و گرافن در سطح الکترود باعث افزایش سرعت مبادله الکترون و همچنین افزایش سطح فعال الکتروشیمیایی الکترود اصلاح شده می‌شود. نتایج آزمایش‌های انجام شده در شرایط بهینه نشان می‌دهد که الکترود GPLE/Ni(OH)₂ دارای محدوده خطی 175-5 میکرومولار، حد تشخیص 04/2 میکرومولار و حساسیت μA μM-1 cm-20496/0 برای انداره‌گیری فرمالدئید است.
بحث: در مقایسه با مطالعات مشابه، کارایی الکترود GPLE/Ni(OH)₂ در اندازه‌گیری فرمالدئید قابل قبول بوده و می‌توان از آن با دقت و اطمینان بالایی در اندازه‌گیری فرمالدئید در انواع شوینده‌ها استفاده نمود. به منظور بررسی اثر مزاحمت برخی از گونه‌ها بر روی پاسخ حسگر ساخته شده، مزاحمت ترکیباتی مانند بتایین، کوکونات، تگزاپون، اوره و گلیسیرین که به به وفور در شوینده‌ها مرود استفاده قرار می‌گیرند، بررسی شد. بر اساس این مطالعه، تغییر پاسخ الکترود GPLE/Ni(OH)₂ برای 25 میکرومولار فرمالدئید در حضور گونه‌های مزاحم کمتر از 5 درصد بود که نشان دهنده گزینش‌پذیری خوب حسگر طراحی شده می‌باشد. همچنین الکترود ساخته شده در مدت زمان‌های طولانی کارآیی خود را حفظ نمود که قابلیت تجاری‌سازی و تولید انبوه آن را نشان می‌دهد. به منظور بررسی صحت روش تجزیه‌ای، از روش اسپایک نمودن استفاده شد. نتایج حاصل از اسپایک و بازیابی‌های بدست آمده نشان دهنده صحت بالای نتایج بدست آمده می‌باشد. نتایج بدست آمده با استفاده از روش پیشنهادی، با برخی دیگر از روش‌های معرفی شده در منابع علمی مورد مقایسه قرار گرفت که نشان دهنده حسایست بالا و قابلیت GPLE/Ni(OH)₂ برای اندازه‌گیری فرمالدئید با دقت و صحت بالا می‌باشد.

چکیده مقدمه: امروزه با توجه به کمبود آب و جایگاه ویژه آب در زندگی روزمره انسان‌ها، معضل آلودگی منابع آبی یک مشکل زیست محیطی بسیار مهم می‌باشد. آلودگی‌ها معمولاً ناشی از ورود آلاینده‌های مختلف به منابع آبی به‌خصوص رودخانه‌ها بوده که یک خطر جدی برای سلامت انسان و سایر موجودات زنده و خصوصاً آبزیان به شمار می‌رود. آلاینده‌های آلی به دلیل کاربرد زیادی که در صنایع مختلف دارند و همچنین به دلیل حلالیت بالای برخی از آن‌ها در آب، جزء آلاینده‌های معمول آب بوده که عمدتاً سمی نیز می‌باشند. برای حذف ترکیبات آلی از آب، روش‌های مختلفی مورد استفاده قرار می‌گیرد که هر یک مزایا و معایبی دارد. یکی از فنون کارآمد برای تصفیه پساب و حذف آلاینده‌ها، فرایند جذب سطحی است که به دلیل سهولت اجرا و هم چنین تنوع جاذب‌ها و هزینه نسبی پایین، به طور ویژه جهت کاربردهای مقیاس وسیع، مورد توجه قرار گرفته است. یکی از چالش‌های استفاده از فرآیند جذب سطحی جداسازی جاذب در انتهای فرآیند می‌باشد که امروزه استفاده از جاذب‌های مغناطیسی راه حلی برای این چالش است. در تحقیق حاضر جداسازی و حذف رنگینه کریستال بنفش از محیط‌های آبی با استفاده از نانو ذرات مغناطیسی نیکل فریت (NiFe2O4) به عنوان جاذب مورد بررسی قرار گرفته است.
مواد و روش: در این کار رنگ کریستال بنفش به عنوان یک آلاینده معمول رنگی استفاده شده و مواد شیمیایی، آمونیاک، نیترات نیکل، نیترات آهن برای سنتز نانو فریت نیکل استفاده شده است. به منظور مشخصه‌یابی نانوجاذب فریت نیکل از میکروسکوپ الکترونی عبوری، طیف سنج پراش اشعه ایکس، دستگاه تجزیه حرارتی و طیف سنجی مادون قرمز و برای اندازه‌گیری غلظت نمونه‌ها از روش اسپکتروفوتومتر UV-Vis استفاده شده است. در این تحقیق، تأثیر پارامترهای مختلف نظیرpH ، غلظت اولیه رنگ، مقدار وزن جاذب و زمان تماس جاذب با محلول کریستال بنفش بر میزان جذب رنگ آزمایش شده است. نانوجاذب مغناطیسی مربوطه به روش همرسوبی سنتز شده و به منظور استفاده در فرایند مقدار مشخصی از آن را به محلول اضافه کرده و بعد از اتمام فرایند، نمونه برداری شده و جاذب مورد استفاده به راحتی با استفاده از آهنربا از محیط آبی جداسازی می‌شود. 
نتایج: نتایج شناسایی جاذب نشان داد که جاذب سنتز شده ذرات نیکل فریت با خاصیت مغناطیسی بوده و ابعاد نانو ذرات سنتز شده بر اساس نتایج میکروسکوپ الکترونی عبوری و محاسبات دبای شرر حاصل از نتایج پراش اشعه ایکس، حدود 15 نانومتر می‌باشد. نتایج حاصل از این مطالعه نشان داد که برای غلظت اولیه رنگ به میزانmg/l  10 در 8pH= و مقدار جاذب 05/0 گرم در 50 میلی‌لیتر در زمان 90 دقیقه بازده حذف رنگ حدود 95 درصد به دست می‌آید. 
بحث: ابعاد ذرات سنتز شده در محدوده نانومتری بوده که خاصیت جذب بالایی را برای جاذب محیا می‌کند. با توجه به نتایج بدست آمده، درصد حذف رنگ کریستال بنفش توسط جاذب مغناطیسی نیکل فریت به pH آب حساس بوده و حذف رنگ در محیط قلیایی بهتر از اسیدی است. نیکل فریت، جاذب مناسبی است که می‌توان از آن برای حذف رنگ کریستال بنفش از آب‌های آلوده استفاده کرد. از مزایای این روش، مغناطیسی بودن جاذب نیکل فریت است چرا که مغناطیسی بودن باعث می‌شود به آسانی جاذب را از محیط آبی توسط آهنربا جداسازی کرد.

چکیده مقدمه: استفاده از سموم ارگانوکلره و ارگانوفسفره در سطح وسیع در زمین‌های کشاورزی در استان‌های شمالی ایران بسیار رایج است. با ورود سموم دفع آفات در آب، این سموم به راحتی در محیط انتشار می‌یابند و قابلیت تجمع زیستی در موجودات زنده را دارند. قرار گرفتن در معرض چنین آب‌های آلوده‌ای برای سلامتی انسان و موجودات زنده مضر است. در این مطالعه آخرین وضعیت اکولوژیک تالاب از نظر تغییرات پارامترهای فیزیکوشیمیایی و سموم کشاورزی پرمصرف در نمونه‌های آب، رسوب و ماهی در سه بخش غربی، میانی و شرقی تالاب انزلی مورد بررسی قرار گرفت.
مواد و روش‌ها: در این مطالعه نمونه‌برداری از 10 ایستگاه در تالاب انزلی در بهار 1400 انجام شد. نمونه‌های آب از عمق یک متری، نمونه‌های رسوب با استفاده از نمونه‌بردار گرب ون وین‏ و ماهی‌ها با تورکشی جمع‌آوری شدند. برای اندازه‌گیری پارامترهای pH، هدایت الکتریکی (EC; Electrical conductivity) و  کل  مواد جامد محلول (TDS; Total dissolved solids) از دستگاه کیفیت سنج مولتی‌پارامتر آب و برای اندازه‌گیری اکسیژن محلول (DO; Dissolved oxygen)، میزان اکسیژن خواهی بیوشیمیایی (BOD; Biochemical oxygen demand) ‏و میزان اکسیژن‌خواهی شیمیایی ((COD; Chemical  oxygen demand به ترتیب از روش وینکلر و روش‌های استاندارد استفاده شد. میزان آلدرین، دیلدرین، اندرین، دیازینون، مالاتیون و آزینفوس متیل در نمونه‌ها با دستگاه‏ کروماتوگرافی گازی طیف‌سنجی جرمی ‎‏(GC-MS; Gas Chromatography–Mass Spectrometry) اندازه‌گیری شد. برای تحلیل آماری از آزمون‌های آماری تک متغیره و چند متغیره از جمله تحلیل خوشه‌ای (Cluster Analysis)، تحلیل مؤلفه‌های اصلی (PCA; Principal Component Analysis) و مقیاس‌بندی چند بعدی غیرمتریک  (n-MDS; Non-Metric Multidimensional Scaling) استفاده شده است.
نتایج: در این مطالعه میانگین کل BOD، COD،DO  و عمق در تالاب انزلی به ترتیب 26، 6/46، 09/4 (میلی گرم بر لیتر) و 2/1 متر بود. بیشینه مقدار شوری و EC در تالاب انزلی به ترتیب (ppt 84/3) و (mS/cm 8/6) در عمق (m 6/0) و در بخش میانی تالاب ثبت شده است. میانگین TDS در تالاب انزلی(g/L) 11/1 و میانگین کدورت (NTU) 3/57 بوده است. بیشینه مقدار شن در تالاب انزلی (67/69 درصد) در بخش میانی تالاب و بیشینه مقدار سیلت (50/37 درصد)، رس (25/32 درصد) و مقدار کل مواد آلی (41/12 درصد) در بخش غربی تالاب به ثبت رسید. میانگین غلظت سموم ارگانوکلره و ارگانوفسفره در آب در کل تالاب به ترتیب 3/1 و 7/0 میکروگرم در لیتر اندازه‌گیری شد ولی در نمونه‌های رسوب و عضله ماهی کپور معمولی قابل تشخیص نبود. 
بحث: در مطالعه حاضر علت پایین بودن اکسیژن محلول و بالا بودن مقدار BOD و COD در بخش شرقی ممکن است به خاطر آلودگی رودخانه پیربازار و افزایش بار آلودگی ناشی از ورود فاضلاب می‌باشد. میزان pH آب نشان‌دهنده این است که pH یکنواخت و قلیایی در تالاب حاکم است. مقدار TDS در بخش میانی تالاب بیشتر بوده است که علت افزایش آن در برخی نقاط می‌تواند به فعالیت‌های کشاورزی و فعالیت‌های صنعتی و یا ذرات ناشی از لاشه فیتوپلانکتون‌ها مرتبط باشد. با افزایش میزان مواد آلی و رس در بخش غربی تالاب، میزان ظرفیت تبادل کاتیونی (CEC; Cation Exchange Capacity) هم افزایش یافته است. نتایج PCA در تالاب انزلی نشان داد که متغیرهای رسوب همانند پارامترهای آب می‌توانند نقش زیادی در توضیح تغییرات سیستم اکولوژیک تالاب داشته باشد. نتایج آزمون خوشه‌ای و n-MDS بر اساس شرایط فیزیکوشیمیایی محیطی، بیانگر تفاوت بین بخش‌های مختلف تالاب انزلی می‌باشد و در مجموع این موضوع می‌تواند بازگوکننده تاثیر شرایط هیدرودینامیک و توپوگرافی خاص منطقه باشد. یکی از دلایل عدم حضور سموم ارگانوکلره و ارگانوفسفره در این مطالعه می‌تواند تحت تأثیر پارامترهای محیطی به‌ویژه pH باشد که قلیایی بوده و احتمالاً باعث حذف این سموم شده است.

چکیده مقدمه: انگور از عمده‌­ترین و پرتولیدترین محصولات کشاورزی در جهان به حساب می­‌آید. ایران در حال حاضر با داشتن بالغ بر ٢٥٢ هزار هکتار باغ انگور هفتمین تولیدکننده بزرگ انگور در دنیا به‌شمار می‌­آید. همچنین ایران، به‌علت داشتن زمین‌­های مستعد قابل کشت، از روزگاران قدیم به تنوع در ارقام انگور و تولید و صادرات انواع محصولات آن شناخته شده است. با توجه به اهمیت اقتصادی کشمش و انگور در اقتصاد ملی و استعدادهای بالقوه فراوان کشور برای ارتقاء کمی و کیفی این گروه از محصولات و با توجه به رقابت‌­های جهانی در زمینه بازار محصولات کشاورزی و پتانسیل بالای محصول کشمش برای صادرات لزوم تولید این محصول بر کسی پوشیده نیست. از عوامل مهم بقا در شرایط پررقابت امروزی، کاهش هزینه­‌های تولید و بازاریابی محصول است. انتخاب شیوه‌­های مناسب، می‌­تواند به شکل قابل ملاحظه­‌ای هزینه­‌ها را کاهش و قابلیت رقابت­‌پذیری تولیدکنندگان را افزایش دهد. وجود پسماندهای لاینفک در این صنعت، تولیدکنندگان را با چالش‌­هایی روبه­‌رو کرده است که اگر مدیریت پسماند و ضایعات حین فرآوری به کمک علم روز انجام گیرد نه تنها از جنبه دفع پسماندها بلکه از جنبه صرفه­‌جویی در انرژی و هزینه‌­ها کمک بزرگی به تولیدکنندگان می‌­شود. در حوزه کشمش ارزش افزوده فراورده­‌های جانبی ناشی از ضایعات، که هم‌­اکنون در کشورهای پیشرو حاصل می­‌شود، گاه با خود محصول برابری می­‌کند. ضایعات کشمش به روش­‌های مختلفی بازیافت و مورد استفاده قرار می­‌گیرد. یکی از ترکیبات با ارزش در انگور ترکیبات فنولی می‌­باشد که در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می­‌گیرد. در این کار با هدف مدیریت پسماند واحدهای تولید کشمش، پتانسیل ضایعات مختلف کشمش در استخراج ترکیبات فنولی مورد بررسی قرار گرفته است.
مواد و روش‌­ها: برای بررسی امکان استخراج ترکیبات فنولی از ضایعات کشمش واحدهای فرآوری کشمش در استان آذربایجان شرقی استفاده شده است. به این منظور ضایعات مختلف کشمش شامل، ضایعات پشت لیزر، پوچ، تراشه دم، ضایعات شکست و نارس در استخراج ترکیبات فنولی مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین اثر حلال­‌های مختلف شامل متانول، اتانول، آستون و ترکیب حلال­‌ها برای استخراج ترکیبات فنولی استفاده شده و پارامترهای بازده عصاره­‌گیری، فعالیت آنتی‌اکسیدانی و محتوای کل فنول برای ارزیابی و مقایسه فرآیند استفاده شده است. برای اندازه‌­گیری خاصیت آنتی‌اکسیدانی از روش مهار رادیکال­های آزاد DPPH و برای محاسبه محتوی فنول کل از روش واکنش معرف فولین استفاده شده است.
نتایج: نتایج نشان داد که همه ضایعات کشمش دارای ترکیبات فنولی با مقادیر مختلف می­‌باشند. مقدار فعالیت ضد اکسیدانی برای ضایعات نارس، شکست، تراشه دم، پوچ و لیزر به ترتیب برابر 16/23، 31/24، 19/26، 42/28 و 82/ 18 µg/ml  بدست آمد. همچنین مقدار محتوای کل فنول برای ضایعات نارس، شکست، تراشه دم، پوچ و لیزر به ترتیب برابر 421، 11/426، 86/387، 24/369 و 2/465 mg GAE/100 g  اندازه­گیری شد. در بین ضایعات کشمش، ضایعات پشت لیزر از لحاظ محتوی فنول و فعالیت ضد اکسیدانی بهترین وضیعت را دارد. همچنین بهترین حلال برای استخراج ترکیبات فنولی، متانول خالص می­باشد. ضایعات لیزر در حلال استخراجی متانول خالص دارای 2/468 میلی گرم در هر گرم از عصاره هم ارز گالیک اسید دارای محتوی فنولی می­‌باشد.
بحث: با توجه به نتایج می‌توان نتیجه گرفت که بهترین بازده تست آنتی اکسیدانی که در کمترین مقدار IC50 حاصل می­‌گردد، مربوط به ضایعات لیزر با غلظت 82/18 میکروگرم بر میلی لیتر می‌­باشد. به‌طور کلی نتایج نشان داد که ضایعات فراوری کشمش می‌­تواند به عنوان منبعی ارزان قیمت، برای استخراج ترکیبات فنولی مورد استفاده قرار گیرد.

چکیده مقدمه: استفاده از جاذب­های طبیعی در تصفیه پساب یکی از روش­‌های کارآمد بوده که با توجه به در دسترس بودن مواد اولیه، هزینه فرآیند نیز به مقدار قابل توجهی کاهش می‌­یابد. ترکیبات مختلف آلی و معدنی طبیعی می­‌تواند به عنوان جاذب در این زمینه مورد استفاده قرار گیرد. آلودگی منابع آبی با ترکیبات آروماتیک یکی از مشکلات محیط‌­زیستی می‌­باشد که امروزه مورد توجه محققین قرار گرفته است. به طور کلی ترکیبات فنولی و مشتقات آن به دلیل ماهیت سمی و جهش‌زا، اثرات مضری بر موجودات زنده حتی در غلظت­‌های پایین دارند. با توجه به مطالعات انجام شده در این حوزه روش جذب سطحی با استفاده از بایوچار می‌­تواند گزینه مناسبی برای حذف ترکیبات آروماتیک از محیط آبی باشد.
مواد و روش‌ها: در این مطالعه، با توجه به تولید مقدار زیاد زیست‌توده در کشور ایران، استفاده از این ترکیبات در تهیه بایوچار به عنوان جاذب و کاربرد آن برای حذف نیتروفنول از آب مورد بررسی قرار گرفته است. به این منظور کاه و کلش فضای سبز شهری به عنوان زیست‌توده مورد استفاده قرار گرفته است. برای تهیه بایوچار از یک سیستم آزمایشگاهی که برای این کار طراحی و ساخته شده است، استفاده شد. بایوچار توسط در دمای °C 350 تهیه شده و بعد از شستشو و خشک کردن به عنوان جاذب مورد استفاده قرار گرفت. برای بررسی خصوصیات کلی بایوچار تهیه شده، آنالیزهای بررسی مورفولوژی سطح توسط آنالیز SEM، ویژگی شیمیایی سطح توسط آنالیز FTIR، مقدار فلزات سنگین روش MOOPAM با استفاده از اسپکتروسکوپی جذب اتمی و برای بررسی مساحت سطح ویژه، آنالیز BET انجام شد. همچنین فرآیند به روش آماری با استفاده از روش CCD مدل و بهینه‌سازی شده است.
نتایج: بررسی مشخصات بایوچار تهیه شده نشان داد که بایوچار تهیه شده دارای ساختارهای با ابعاد نانو بوده که منجر به افزایش سطح تماس خواهد شد. بر اساس نتایج آنالیز سطح ویژه بایوچار، مقدار m²/g 42/0، حجم تخلخل cm³/g 04/0 متوسط قطر حفره­‌ها nm 76/361 به دست آمد. همچنین آنالیز فلزات سنگین در بایوچار تولیدی، نشان داد که مقادیر فلزات اندازه­‌گیری شده در کمتر از محدوده مجاز حضور فلزات سنگین در بایوچار بر اساس استاندارد IBI می­‌باشد. بعد از طراحی آزمایش و انجام آزمایش‌­های مربوطه، تحلیل آماری روی نتایج انجام شد. نتایج تحلیل آماری نشان داد که فرآیند با یک مدل درجه دوم به خوبی برازش شده و از دقت خوبی برخوردار می‌­باشد. بر اساس پیش‌­بینی مدل، این جاذب بعد از 60 دقیقه از انجام فرآیند توانایی حذف حدود 8/84 درصد از نیتروفنول با غلظت اولیه ppm 2/16، در 2/4 pH= با استفاده از 12/47 میلی گرم از جاذب در 100 میلی‌لیتر محلول را دارد. برای تأیید عملکرد صحیح مدل، فرآیند در شرایط بهینه به صورت تجربی بررسی شد که بازده حذف میانگین، مقدار 7/82% به‌ دست‌ آمد.
بحث: با توجه به نتایج به دست آمده بایوچار به عنوان یک ماده طبیعی قابلیت استفاده به عنوان جاذب برای حذف ترکیبات نیتروآروماتیک را دارد. استفاده از بایوچار در تصفیه پساب، از یک‌سو هدف تصفیه پساب را فرآهم کرده و از طرف دیگر منجر به مدیریت و استفاده بهینه از پسماندهای گیاهی شده است.