محیط زیست و توسعه فرابخشی

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 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.