محیط زیست و توسعه فرابخشی
مجله علمی

تهیه بایوچار و استفاده از آن برای حذف نیتروفنول از محیط آبی به روش جذب سطحی

نوع مقاله : مقاله علمی - پژوهشی

نویسنده

سیده بهاره عظیمی

گروه پژوهشی ارزیابی و مخاطرات محیط‌زیست، پژوهشکده محیط‌زیست و توسعه پایدار سازمان حفاظت محیط‌زیست، تهران، ایران

https://doi.org/10.22034/envj.2024.458685.1382
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.

کلیدواژه‌ها

بایوچار
پسماند فضای سبز
شهری
تصفیه آب
جذب سطحی
ترکیبات آروماتیک

موضوعات

  1. Ahmaruzzaman, M. and Gayatri, S.L., 2010. Activated Tea Waste as A Potential Low-Cost Adsorbent for The Removal of P-Nitrophenol from Wastewater. Journal of Chemical & Engineering Data, 55, 4614-4623.
  2. Anz-Biochar-Industry-Group, 2021. Code of Practice for The Sustainable Production and Use of Biochar. In: REV1 (Ed.).
  3. Chaudhary, M., Suhas Kushwaha, S., Chaudhary, S., Tyagi, I., Dehghani, M.H., Stephen Inbaraj, B., Goscianska, J. and Sharma, M., 2022. Studies On the Removal of Phenol and Nitrophenols from Water by Activated Carbon Developed from Demineralized Kraft Lignin. Agronomy, 12, 2564.
  4. Chen, J., Sun, X., Lin, L., Dong, X. and He, Y., 2017. Adsorption Removal Of O-Nitrophenol And P-Nitrophenol from Wastewater by Metal–Organic Framework Cr-BDC. Chinese Journal of Chemical Engineering, 25, 775-781.
  5. Chen, Q., Ma, C., Duan, W., Lang, D. and Pan, B., 2020. Coupling Adsorption and Degradation In P-Nitrophenol Removal by Biochars. Journal Of Cleaner Production, 271, 122550.
  6. Cho, D.W., Kim, S., Tsang, Y.F. and Song, H., 2019. Preparation Of Nitrogen-Doped Cu-Biochar and Its Application into Catalytic Reduction Of P-Nitrophenol. Environmental Geochemistry and Health, 41, 1729-1737.
  7. El Ouardi, M., Laabd, M., Abou Oualid, H., Brahmi, Y., Abaamrane, A., Elouahli, A., Ait Addi, A. and Laknifli, A., 2019. Efficient Removal Of P-Nitrophenol from Water Using Montmorillonite Clay: Insights into The Adsorption Mechanism, Process Optimization, And Regeneration. Environmental Science and Pollution Research, 26, 19615-19631.
  8. Fatima, R., Afridi, M.N., Kumar, V., Lee, J., Ali, I., Kim, K.H. and Kim, J.O., 2019. Photocatalytic Degradation Performance of Various Types of Modified Tio2 Against Nitrophenols in Aqueous Systems. Journal Of Cleaner Production, 231, 899-912.
  9. Hinkelmann, K. and Kempthorne, O., 2007. Design And Analysis of Experiments, Introduction to Experimental Design, John Wiley & Sons.
  10. Khakyzadeh, V., Rezaei-Vahidian, H., Sediqi, S., Azimi, S. and Karimi-Nami, R., 2021a. Programming Adsorptive Removal of Organic Azo Dye from Aqueous Media Using Magnetic Carbon Nano-Composite. Chem. Methodol, 5, 324-330.
  11. Khakyzadeh, V., Rezaei-Vahidian, H., Sheikhaleslami, S. and Azimi, S.B., 2021b. Modelling and Optimisation Of P-Nitrophenol Removal Process Using Homogeneous Photo-Periodate (UV/KPI) Advanced Oxidation Process. Inter. J. Environ. Anal. Chem., 1-12.
  12. Kupeta, A., Naidoo, E. and Ofomaja, A., 2018. Kinetics And Equilibrium Study Of 2-Nitrophenol Adsorption onto Polyurethane Cross-Linked Pine Cone Biomass. Journal Of Cleaner Production, 179, 191-209.
  13. Ma, H., Xu, Z., Wang, W., Gao, X. and Ma, H., 2019. Adsorption And Regeneration of Leaf-Based Biochar For P-Nitrophenol Adsorption from Aqueous Solution. RSC Adv 9: 39282–39293.
  14. Masek, O., Betini Sebton, L., Rovani, S., Ortiz, N. and Albero Soares Tenório, J., 2019. Point Of Zero Charge Determination of Ten Standard Biochars for The Removal of Methylene Blue from Aqueous Solutions.
  15. Mei, X., Liu, J., Guo, Z., Li, P., Bi, S., Wang, Y., Yang, Y., Shen, W., Wang, Y. and Xiao, Y., 2019. Simultaneous P-Nitrophenol and Nitrogen Removal in PNP Wastewater Treatment: Comparison of Two Integrated Membrane-Aerated Bioreactor Systems. Journal Of Hazardous Materials, 363, 99-108.
  16. Pauletto, P., Moreno-Pérez, J., Hernández-Hernández, L., Bonilla-Petriciolet, A., Dotto, G. and Salau, N., 2021. Novel Biochar and Hydrochar for The Adsorption Of 2-Nitrophenol from Aqueous Solutions: An Approach Using the PVSDM Model. Chemosphere, 269, 128748.
  17. Qiu, Y. and Zhou, J., 2019. Highly Effective and Green Microwave Catalytic Oxidation Degradation of Nitrophenols Over Bi2O2CO3 Based Composites Without Extra Chemical Additives. Chemosphere, 214, 319-329.
  18. Rezaei-Vahidian, H., Zarei, A.R. and Soleymani, A.R., 2017. Degradation Of Nitro-Aromatic Explosives Using Recyclable Magnetic Photocatalyst: Catalyst Synthesis and Process Optimization. J. Hazard. Mate., 325, 310-318.
  19. Štefelová, J., Zelenka, T. and Slovák, V., 2017. Biosorption (Removing) Of Cd (II), Cu (II) And Methylene Blue Using Biochar Produced by Different Pyrolysis Conditions of Beech and Spruce Sawdust. Wood Science and Technology, 51, 1321-1338.
  20. Syedd-León, R., Sandoval-Barrantes, M., Trimiño-Vásquez, H., Villegas-Peñaranda, L.R. and Rodríguez-Rodríguez, G., 2020. Revisiting The Fundamentals Of P-Nitrophenol Analysis for Its Application in The Quantification of Lipases Activity. A Graphical Update. Uniciencia, 34, 31-43.
  21. Zarei, A.R., Rezaeivahidian, H. and Soleymani, A.R., 2015. Investigation On Removal Of P-Nitrophenol Using a Hybridized Photo-Thermal Activated Persulfate Process: Central Composite Design Modeling. Process Saf. Environ. Prot.                , 98 109-115.
  22. Zhang, B., Li, F., Wu, T., Sun, D. and Li, Y., 2015. Adsorption Of P-Nitrophenol from Aqueous Solutions Using Nanographite Oxide. Colloids And Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 464, 78-88.
  23. Zhang, J., Zhao, X., Wang, W., Mao, Y., Sun, J., Song, Z. and Zhou, P., 2023. Characterization And Mechanism Of P-Nitrophenol Removal Based on Modified Nanoscale Zero-Valent Iron Electrocoagulation. Colloids And Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 678, 132520.
  24. Zhang, X., Yang, Y., Lu, Y., Wen, Y., Li, P. and Zhang, G., 2018. Bioaugmented Soil Aquifer Treatment For P-Nitrophenol Removal in Wastewater Unique for Cold Regions. Water Research, 144, 616-627.
محیط زیست و توسعه فرابخشی
دوره 9، شماره 84
تابستان 1403
صفحه 69-81

صفحه اصلی

ارسال مقاله

تماس با ما