محیط زیست و توسعه فرابخشی
مجله علمی

اندازه‌گیری سریع و حساس فرمالدئید به عنوان آلاینده محیط‌زیستی در شوینده‌ها با استفاده از نانوذرات هیدروکسید نیکل ترسیب شده بر روی الکترود گرافنیزه شده

نوع مقاله : مقاله علمی - پژوهشی

نویسندگان

رحیم محمدرضائی 1
معصومه علی کرمی 1
زهرا امامی 1
مهدی گلمحمدپور 1
سیده بهاره عظیمی 2

1 آزمایشگاه تحقیقاتی الکتروشیمی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه شهید مدنی آذربایجان، تبریز، ایران

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

https://doi.org/10.22034/envj.2025.516437.1494
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.

کلیدواژه‌ها

نیکل هیدروکسید
کرونوآمپرومتری
فرمالدئید
شوینده‌ها
موضوعات
1.       Khoshakhlagh, A.H.,  Mohammadzadeh, M., Sicard, P. and Bamel, U., 2024. Human exposure to formaldehyde and health risk assessment: a 46-year systematic literature review. Environmental Geochemistry and Health, 46(206), 1-22.
2.       Salthammer, T., Mentese, S. and Marutzky, R., 2010. Formaldehyde in the indoor environment. Chemical reviews, 110(4), 2536-2572.
3.       Wahed, P., Razzaq, Md.A., Dharmapuri, S. and Corrales, M., 2016. Determination of formaldehyde in food and feed by an in-house validated HPLC method. Food chemistry, 202, 476-483.
4.       Jiang, Y.P., Liu, Y., Chen, M.J. and Li, M.F., 2017. Assessment of formaldehyde pollution based on Weber exponent and perception of people’s smell. International Journal of Environmental Science and Technology, 14, 1469-1472.
5.       Xi, H., Chen, X., Cao, Y., Xu, J., Ye, C., Deng, D., Zhang, J. and Huang, G., 2020. Electrochemical determination of formaldehyde via reduced AuNPs@ PPy composites modified electrode. Microchemical Journal, 156, 104846.
6.       Feige, K., Ried, T. and Bächmann. K., 1969. Determination of formaldehyde by capillary electrophoresis in the presence of a dihydroxyacetone matrix. Journal of Chromatography A, 730(1-2) , 333-336.
7.       Lebrun, N., Dhamelincourt, P., Focsa, C., Chazallon, B., Destombes, J.L. and Prevost, D., 2003. Raman analysis of formaldehyde aqueous solutions as a function of concentration. Journal of Raman Spectroscopy, 34(6), 459-464.
8.       Motyka, K. and Mikuška., P., 2004. Continuous fluorescence determination of formaldehyde in air. Analytica Chimica Acta, 518(1-2), 51-57.
9.       Yuan, C., Pu, J., Fu, D., Min, Y., Wang, L. and Liu, J., 2022. UV-vis spectroscopic detection of formaldehyde and its analogs: A convenient and sensitive methodology. Journal of Hazardous Materials, 438, 129457.
10.    Azimi, S.B., 2024. Preparation of Biochar and its Use to Remove Nitrophenol from Aqueous Media by Adsorption Method. Environment & Interdisciplinary Development, 6, 69.
11.    Matin, A.A., Azimi S.B. and Hashempoor, H., 2025. Investigating The Possibility of Extracting Phenolic Compounds from Raisin Waste with The Aim of Waste Management from Raisin Processing Units. Environment & Interdisciplinary Development, 9, 121.
12.    Li, G., Wang, X., Dinga, H. and Zhang, T., 2012. A facile synthesis method for Ni(OH)2 ultrathin nanosheets and their conversion to porous NiO nanosheets used for formaldehyde sensing. Rsc Advances, 2(33), 13018-13023.
13.    Zhang, J., Shangguan, L., Shuang, S. and Dong, C., 2013. Electrocatalytic oxidation of formaldehyde and methanol on Ni(OH)2 /Ni electrode. Russian Journal of Electrochemistry, 2013. 49, 888-894.
14.    Emir, G., Karakaya, S., Ayaz, S., Dilgin, D.G. and Dilgin, Y., 2021. Electrocatalytic oxidation and flow injection analysis of formaldehyde at binary metal oxides (Co3O4-NiO and CuO-Co3O4) modified pencil graphite electrodes. Monatshefte für Chemie-Chemical Monthly, 152, 1491-1503.
15.    Qiao, J., Chang, J., Wang, H., Sun, T. and Dong, C., 2017.. Determination of formaldehyde with a platinum–palladium–graphene nanocomposite glassy carbon electrode. Analytical Letters, 50(1), 80-90.
16.    Kavian, S., Azizi, S.N. and Ghasemi, S., 2016. Preparation of a novel supported electrode comprising a nickel (II) hydroxide-modified carbon paste electrode (Ni(OH)2-X/CPE) for the electrocatalytic oxidation of formaldehyde. Chinese Journal of Catalysis, 37(1), 159-168.
17.    Trivedi, D., Crosse, J., Tanti, J., Cass, A.J. and Toghill, K.E., 2018. The electrochemical determination of formaldehyde in aqueous media using nickel modified electrodes. Sensors and Actuators B: Chemical, 270, 298-303.
محیط زیست و توسعه فرابخشی
دوره 11، شماره 91
بهار 1405
صفحه 158-171

صفحه اصلی

ارسال مقاله

تماس با ما