بررسی تأثیر اشعه‌ی فرابنفش توأم با نانوذرات آهن به‌منظور فعال‌سازی پریودات در حذف اسید هیومیک از منابع آبی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار گروه مهندسی بهداشت محیط، مرکز تحقیقات عوامل اجتماعی موثر بر سلامت، دانشگاه علوم پزشکی همدان، همدان، ایران

2 دانشیار گروه مهندسی بهداشت محیط، دانشکده بهداشت، مرکز تحقیقات علوم بهداشتی، دانشگاه علوم پزشکی همدان، همدان، ایران

3 کارشناس ارشد بهداشت محیط، مرکز تحقیقات توسعه اجتماعی و ارتقاء سلامت، دانشگاه علوم پزشکی کرمانشاه، کرمانشاه، ایران

4 دانشجوی کارشناسی ارشد آمار زیستی، دانشکده بهداشت، دانشگاه علوم پزشکی همدان، همدان، ایران

چکیده

زمینه و هدف: ترکیبات هیومیکی ازجمله مواد پلی الکترولیت آلی هستند که از جنبه­های مختلف بر عملکرد فرایند تصفیه­ی آب تاثیر می­گذارند.در مطالعه­ی حاضر از UV/IO4- به­عنوان یک فرایند نوین اکسیداسیون پیشرفته به­منظور حذف اسیدهیومیک استفاده­گردید.
مواد و روشها: در این پژوهش از یک راکتور ناپیوسته در مقیاس آزمایشگاهی استفاده­گردید. راکتور مورد استفاده با حجم مفید 5/2 لیتر از جنس استیل مجهز به لامپ بخار جیوه کم فشار بود. در این مطالعه تأثیر پارامتر ها نظیر pH، غلظت اولیه­ی اسید هیومیک، غلظت پریودات و غلظت نانو ذرات آهن بررسی­شد و درنهایت غلظت اسید هیومیک با استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتری در دامنه­ی طول موج 254 نانومتر تعیین مقدارگردید.
یافته­ها: مطابق با نتایج pH3، غلظت پریودات 125 میلی­گرم بر لیتر و غلظت نانوذرات آهن صفر 5/12 میلی­گرم بر لیتر به عنوان شرایط بهینه­ی واکنش تعیین شدند.  همچنین نتایج بیانگر آن است که در فرایند UV/IO4-کارایی حذف اسید هیومیک به­حدود %08/66  رسیده و افزایش نانوذرات آهن به فرایند سبب افزایش حذف اسید هیومیک به %3/73 شده­است.
نتیجه­گیری: نتایج نشان­داده که حضور UV سبب افزایش فعال­سازی پریودات و نیز حضور نانوذرات آهن سبب فعال­سازی بیشتر پریودات و متعاقباً سبب اکسیداسیون بیشتر اسید هیومیک گردید.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The Effect of UV and coupled with Fe (0) Nanoparticles in activation of IO4- in removal of Humic Acid from the water Resources

نویسندگان [English]

  • Abdolmotalleb Seyyed Mohammadi 1
  • Ghorban Asgari 1
  • MohammadTaghi Samadi 2
  • Ali Pour Mohammadi 3
  • Ali Faramarzi Govhar 4
چکیده [English]

Background and aim: Humic Acid (HA) is one of the polyelectrolyte compounds which cause many problems in water treatment process. In present study, UV/IO4- as a novel advance oxidation process, was used for removing HA.
Material and methods: In present research, a batch reactor in lab scale was used.This reactor with useful volume of 2.5 L, made of stainless steel, which equipped with a low pressure Hg vapor lamp. In this study the effect of some parameters including pH, initial HA concentration, IO4- concentration and Fe (0) nanoparticles concentration were investigated. HA concentration was determined using Spectrophotometer at an absorbance wavelength of 254 nm.
Results: According to the results, pH 3, periodate concentration 125 mg/L and Fe (0) Nano particles 12.5 mg/L were determined as optimum conditions. Moreover, results indicated that in presence of UV coupled with Periodate removal efficiency of HA increased to 66.08%, and the increase of Fe (0) Nano particles can led to increase HA removal (73.3%). 
Conclusion: Results show thatthe presence of UV letto increase in the activation of periodate, on the other hands, the presence of Fe (0) Nano particles led to further activation of periodate subsequently cause the increasing HA removal.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Humic acid
  • Periodate
  • zero-valent iron nanoparticles
  • Ultra-violent
  • water resources

 

 

 


بررسی تأثیر اشعه­ی فرابنفش توأم با نانوذرات آهن به­منظور فعال­سازی پریودات در حذف اسید هیومیک از منابع آبی

 

عبدالمطلب صیدمحمدی1، قربان عسگری1، محمد تقی صمدی2، علی پورمحمدی3*، علی فرامرزی گوهر4

1 استادیارگروه مهندسی بهداشت محیط، مرکز تحقیقات عوامل اجتماعی موثر بر سلامت، دانشگاه علوم پزشکی همدان، همدان، ایران

2 دانشیار گروه مهندسی بهداشت محیط، دانشکده بهداشت، مرکز تحقیقات علوم بهداشتی، دانشگاه علوم پزشکی همدان، همدان، ایران

3 کارشناس ارشد بهداشت محیط، مرکز تحقیقات توسعه اجتماعی و ارتقاء سلامت، دانشگاه علوم پزشکی کرمانشاه، کرمانشاه، ایران

 4 دانشجوی کارشناسی ارشد آمار زیستی، دانشکده بهداشت، دانشگاه علوم پزشکی همدان، همدان، ایران

 

* نشانی نویسنده مسؤول: همدان، دانشگاه علوم پزشکی، مرکز تحقیقات عوامل اجتماعی موثر بر سلامت، علی پورمحمدی

E-mail: apoormohammadi000@yahoo.com

 

وصول: 28/5/93، اصلاح: 16/9/93، پذیرش: 17/10/93

چکیده

زمینه و هدف: ترکیبات هیومیکی ازجمله مواد پلی الکترولیت آلی هستند که از جنبه­های مختلف بر عملکرد فرایند تصفیه­ی آب تاثیر می­گذارند.در مطالعه­ی حاضر از UV/IO4- به­عنوان یک فرایند نوین اکسیداسیون پیشرفته به­منظور حذف اسیدهیومیک استفاده­گردید.

مواد و روشها: در این پژوهش از یک راکتور ناپیوسته در مقیاس آزمایشگاهی استفاده­گردید. راکتور مورد استفاده با حجم مفید 5/2 لیتر از جنس استیل مجهز به لامپ بخار جیوه کم فشار بود. در این مطالعه تأثیر پارامتر ها نظیر pH، غلظت اولیه­ی اسید هیومیک، غلظت پریودات و غلظت نانو ذرات آهن بررسی­شد و درنهایت غلظت اسید هیومیک با استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتری در دامنه­ی طول موج 254 نانومتر تعیین مقدارگردید.

یافته­ها: مطابق با نتایج pH3، غلظت پریودات 125 میلی­گرم بر لیتر و غلظت نانوذرات آهن صفر 5/12 میلی­گرم بر لیتر به عنوان شرایط بهینه­ی واکنش تعیین شدند.  همچنین نتایج بیانگر آن است که در فرایند UV/IO4-کارایی حذف اسید هیومیک به­حدود %08/66  رسیده و افزایش نانوذرات آهن به فرایند سبب افزایش حذف اسید هیومیک به %3/73 شده­است.

نتیجه­گیری: نتایج نشان­داده که حضور UV سبب افزایش فعال­سازی پریودات و نیز حضور نانوذرات آهن سبب فعال­سازی بیشتر پریودات و متعاقباً سبب اکسیداسیون بیشتر اسید هیومیک گردید.

واژه های کلیدی: اسید هیومیک، پریودات، نانوذرات آهن، اشعه فرابنفش، منابع آبی.

 

 

مقدمه

وجود مواد آلی طبیعی در منابع آبی مشکلات عدیده­ای به­ویژه در فرایند تصفیه­ی متداول آب ایجادنموده­است. ترکیبات هیومیکی ازجمله موادّ پلی الکترولیت آلی هستند که بیشترین قسمت کربن آلی محلول موجود در محیط­های آبی را تشکیل­می دهند(1). این ترکیبات ازجنبه­های مختلف ازجمله اثر بر عملکرد فرایندهای اکسیداسیون، انعقاد، جذب و فرایند گندزدایی بر عملکرد فرایند تصفیه­ی آب تاثیرمی­گذارند. مهمترین اثر حضور ترکیبات هیومیکی در آب واکنش آن با کلر به عنوان رایج­ترین ماده­ی گندزدای مورد استفاده در فرایند تصفیه­ی آب و امکان تشکیل محصولات جانبی گندزدایی ازجمله تری­هالومتان­ها و هالواستیک اسید می­باشد(2).

این ترکیبات سمّی، سرطان­زا و دارای خاصیت جهش­زایی بوده و مشکلاتی نظیر سرطان مثانه، کلیه، روده­ی بزرگ و روده­ی کوچک در انسان ایجادمی­کنند.

از دیگر اثرات حضور اسید هیومیک در محیط های آبی ایجاد رنگ، خوردگی فلزات، تشکیل بیوفیلم در شبکه­های انتقال و توزیع آب اشامیدنی می­باشد. پتانسیل بالقوه این ترکیبات به­خصوص نقش آن به عنوان پیش­ساز تشکیل تری­هالومتان­ها لزوم حذف این ترکیبات از آب را بیش از پیش افزایش­داده­است(3،4). ازسوی دیگر به­دلیل پرهزینه­بودن روش های حذف ترکیبات جانبی گندزدایی پس از تولید روش معقول جلوگیری از تشکیل آن ها از طریق حذف پیش سازهای آن­هاست. در فرایندهای متداول تصفیه­ی آب که در غالب تصفیه­خانه­های آب انجام­می­شود، تنها در حدود 30 درصد از ترکیبات هیومیکی از آب حذف­می­شود(5). درمیان تکنیک­های مختلف پیشنهاد­شده جهت حذف این مواد آلی، فرایندهای اکسیداسیون پیشرفته به­دلیل سهولت کاربرد، اقتصادی­بودن و کارایی بالا امروزه توجه زیادی را به خود معطوف داشته­اند. اکسیداسیون شیمیایی به­طور گسترده درتصفیه­ی آلاینده‌های خطرناک مورد استفاده قرار­گرفته­است(6،7).

حذف آلاینده­ها در روش فرآیند اکسیداسیون پیشرفته بر پایه­ی تولید رادیکال آزاد با قدرت اکسیداسیون بالا بوده که بسیاری از ترکیبات شیمیایی آلی را به مواد معدنی تبدیل ­می­کند. به­طور معمول، فرایندهای اکسیداسیون پیشرفته (Advanced Oxidation processes; AOPs) دربرگیرنده­ی تولید و استفاده از رادیکال هیدروکسیل به‌­عنوان یک اکسیدکننده­ی قوی برای تجزیه و تخریب موادی می باشد که به­وسیله­ی اکسیدکننده‌های متداول ازقبیل اکسیژن، ازن و کلر اکسیدنمی­گردند(6،7).­ در این بین از فرایندهای اکسیداسیون با UV به­طورگسترده­ای استفاده­می­گردد، اما استفاده از روش­های نوین و کارآمدتر همیشه بخشی از تفکر پژوهشگران را به خود اختصاص داده­است (8،9). از این رو، در سال­های اخیر از فرایند UV/IO4- به­عنوان فرایندهای امید بخش جهت حذف مواد آلی یاد شده است(10). در سال­های گذشته مطالعاتی در رابطه با کاربرد این فرایندها در حذف مواد آلی صورت­گرفته است. به عنوان مثال در مطالعه­ی Chia و همکاران از فعال­سازی نوری پریودات در حذف 4 کلرفنل در شرایط اسیدی استفاده­گردید(10). ازسوی دیگر در مطالعه­ی مشابه دیگری از فعال­سازی نوری پریودات به­منظور حذف رنگ از محیط­های آبی استفاده­شد(11). همچنین در مطالعات گذشته از روش­های دیگری نیز جهت حذف اسید، نظیر روش­های انعقاد الکتروشیمیایی(1)، جذب (5) و روش­هایی غشایی(4) که هریک از این معایب خاص خود را دارند، استفاده­شده است. به­گونه­ای تولید لجن و نیاز به تصفیه و جداسازی لجن تولیدی در فرایند انعقاد الکتروشیمیایی (1) و سطح محدود در فرایند جذب بر جاذب­های مختلف (5) و درنهایت هزینه­ی بالا و گرفتگی غشاء در فرایند های غشایی (5) به­عنوان محدودیت­های کاربردی فرایندهای مذکور مانع از استفاده آن­ها در مقیاس­های بزرگ و عملی شده­است. لذا باتوجه به گستردگی آلاینده­ها در محیط زیست و نارسایی­های موجود درخصوص کارایی این فرایندها در حذف ترکیبات آلی، این پژوهش به­منظور بررسی کارایی روش‌های اکسیداسیون پیشرفتهUV/IO4- و UV/IO4-/Fe0 در حذف ماده­ی آلی اسید هیومیک و شناسایی عوامل موثر بر انجام واکنش صورت­گرفت.

 

مواد و روش ها

     اسید هیومیک (Sodium salt)، پریودات سدیم (NaIO4,98%)  و آهن صفر ظرفیتی (نانوذرات) از شرکت سیگما آلدریچ و مرک آلمان خریداری­گردیدند. در تمامی مراحل از محلول استوک با غلظت 1000 میلی گرم بر لیتر اسید هیومیک استفاده­شد. بدین منظور حجم مشخصی از محلول استوک حاوی ماده­ی آلی اسید هیومیک را با استفاده از پیپت به حجم معین آب مقطر اضافه­نموده و محلول آماده پس از هدایت به یک مخزن توسط یک دستگاه همزن مغناطیسی شرایط همگن برای محلول اسید هیومیک، فراهم و جهت تنظیم pH هیدروکسید سدیم 1 نرمال و اسیدسولفوریک 1 مولار به محلول اضافه­گردید. درنهایت به منظور تعیین pH نهایی از دستگاه pH متر )مدل (Selecta LaG استفاده­­شد. محتویات داخل مخزن پس از اختلاط کافی و تنظیم pH ازطریق شیر ورودی به راکتور منتقل شد. در هر مرحله، عملیات نمونه­برداری در فواصل زمانی مشخص از شیر خروجی و با استفاده از ظرف شیشه­ای انجام­گرفت.

راکتور مورد استفاده در این پژوهش در مقیاس آزمایشگاهی و به­صورت ناپیوسته راهبری­گردید. راکتور به­صورت سیلندر استوانه ای با حجم مفید 5/2 لیتر ازجنس استیل ضد زنگ بسیار صاف و صیقلی به­منظور به حداکثر رساندن انعکاس پرتو درون راکتور ساخته­شده­بود.

پرتو فرابنفش مورد استفاده در این مطالعه توسط لامپ بخار جیوه کم فشار 55 وات تامین­گردید. این لامپ­ها حدود 90 درصد پرتو خروجی­شان در ناحیه­ی 7/253 نانومتر قراردارد که توسط شرکت فیلیپس هلند ساخته­شده­است. لامپ درون پوشش کوارتزی بسیار شفاف به قطر 2 سانتی­متر در امتداد  طول راکتور و به صورت مرکزی در داخل آن قرارداده­شد. شکل 1 شمای کلی راکتور تابش پرتو فرابنفش را نشان داده­است.

راکتور مجهز به شیر ورودی و خروجی و سیستم هشداردهنده­ی سمعی و بصری عدم کارکرد لامپ است.

مشخصات راکتور و لامپ مورد استفاده در جداول 1 و 2 آورده شده­است. درنهایت غلظت اسید هیومیک با استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتری (DR5000 مدل HATCH) در دامنه­ی طول موج 254 نانومتر با استفاده از سل کوارتز تعیین مقدارگردید (12).

در این پژوهش تأثیر برخی پارامترها نظیر زمان تابش پرتو فرابنفش (10-60 دقیقه)، pH (3، 7 و11)، غلظت اولیه­ی اسید هیومیک (10، 20، 30 و 50 میلی گرم بر لیتر)، غلظت پریودات (5/62، 125، 250 و 500 میلی‌گرم بر لیتر) و غلظت نانو ذرات آهن (25/6، 5/12 و 5/62  میلی­گرم بر لیتر) در حذف اسید هیومیک از محیط‌های آبی بررسی­شد.

 

یافته­ها

تأثیر تغییرات pHمختلف در فرایند UV/IO4-

 نتایج تأثیر pH بر کارایی فرایند UV/IO4-  در حذف اسید هیومیک از محلول­های آبی در شکل 2 نشان داده­شده­است. مطابق با نتایج کسب­شده کارایی فرایند ( با غلظت اولیه­ی اسید هیومیک 20 میلی­گرم بر لیتر و غلظت پریودات 500 میلی­گرم بر لیتر) در pH های 3، 7 و 11 پس از گذشت 60 دقیقه از زمان واکنش 37/46، 28/39 و 87/28 درصد می­باشد. همان­گونه که قابل مشاهده است، بالاترین کارایی فرایند در pH معادل 3 مشاهده­شد، بنابراین pH معادل 3 به­عنوان pH بهینه برای ادامه­ی آزمایش­ها انتخاب­شد.

تأثیر تغییرات غلظت پریودات در فرایند UV/IO4-

     به­منظور بررسی تغییرات غلظت پریودات به عنوان اکسیدکننده غلظت­های مختلفی از پریودات (5/62، 125، 250 و 500 میلی گرم بر لیتر) در فرایند UV/IO4-  مورد آزمایش قرارگرفت. نتایج این بخش از آزمایش­ها در شکل 3 نشان­داده­شده­است. همان­گونه که ملاحظه­می­گردد در غلظت­های 5/62، 125، 250 و 500 میلی­گرم بر لیتر از پریودات، کارایی فرایند UV/IO4- به­ترتیب معادل 46/61، 88/63، 84/57 و 52/46 درصد بوده است. بنابراین بالاترین و پایین­ترین کارایی فرایند به­ترتیب در 125 و 500 میلی­گرم بر لیتر پریودات مشاهده­شده­است. از این­رو، غلظت 125 میلی­گرم بر لیتر از پریودات به­عنوان غلظت بهینه­ی این ماده در فرایند UV/IO4-  انتخاب­شد. 

تأثیر تغییرات غلظت اسید هیومیک در فرایند  UV/IO4

در این قسمت از پژوهش حاضر به­منظور بررسی تأثیر غلظت­های متفاوت اسید هیومیک بر کارایی فرایند غلظت­های 10، 20، 30 و 50 میلی­گرم بر لیتر از این ماده در فرایند   UV/IO4-با pH  3 و غلظت 125 میلی­گرم بر لیتر از پریودات مورد آزمایش قرارگرفت.

نتایج آن در شکل 4 آمده­است. همانگونه که قابل مشاهده­است، در غلظت­های اولیه 10، 20، 30 و 50 میلی­گرم بر لیتر از اسید هیومیک کارایی فرایند به­ترتیب معادل 08/66، 54/65، 10/56 و 75/37 درصد بوده است.

بنابراین بالاترین و پایین­ترین کارایی فرایند  به ترتیب در غلظت­های اولیه­ی اسید هیومیک معادل 10 و 50 میلی­گرم در لیتر مشاهده­شد.

فرایند UV/IO4-/Fe0

در این بخش از انجام آزمایش­ها، تأثیر نانوذرات آهن صفر در فعال­سازی بیشتر پریوداات در فراین UV/IO4-/Fe0 و افزایش کارایی حذف اسید هیومیک توسط فرایند مذکور مورد بررسی قرارگرفت. نتایج این بخش از آزمایش­ها در شکل 5 نشان­داده­شده است. در این قسمت از مطالعه­ آزمایش­ها در غلظت اولیه­ی اسید هیومیک 20 میلی­گرم بر لیتر، در حضور پریودات و در غلظت­­های متغیری از نانوذرات آهن صفر ظرفیتی (25/6، 5/12 و 5/62 میلی­گرم یا در نسبت­های 05/0 :1،  1/0 :1 و 5/0 :1 پریودات به نانوذرات آهن صفر) انجام­شدند. همانگونه که ملاحظه­می­گردد بیشترین کارایی فرایند در غلظت 5/12 میلی­گرم بر لیتر از نانوذرات آهن صفر حاصل­گردید (3/73 درصد).

تأثیر پریودات به تنهایی

 در این مرحله از انجام آزمایش­ها به­منظور بررسی کارایی پریودات به­تنهایی در حذف اسید هیومیک، آزمایش­ها در غلظت اولیه­ی اسید هیومیک 20 میلی­گرم بر لیتر، pH معادل 3 و  غلظت پریودات 125 میلی­گرم بر لیتر در عدم حضور اشعهUV  و در حضور اکسیدکننده­ی پریودات به­تنهایی انجام شدند. نتایج این قسمت از آزمایش­ها در شکل 6 نشان داده­شده­است. مطابق با نتایج حاصل کارایی فرایند پریودات به تنهایی در حذف اسید هیومیک بسیار کم بوده است و همانگونه که مشاهده می‌گردد، تا زمان تماس 40 دقیقه راندمان فرایند را به مقدار اندکی افزایش­یافته و پس از آن ثابت شده­است.

 

بحث

مطابق با نتایج حاصل از تأثیر pH بر فرایندUV/IO4-، کارایی فرایند با افزایش pH کاهش یافته­است که این موضوع می­تواند با تأثیر pH محلول بر تولید رایکال­ها در فرایندهای UV/IO4- مرتبط باشد.

پریودات از دو مسیر جهت تولید رادیکال­های پریدیل (IO4) و آیدیل IO3)) استفاده­می­کند. لازم به­ذکر است که در این بین رادیکال هیدروکسیل و واسطه­های غیر رادیکالی نظیر ازن نیز حاصل­می­شود (مطابق با روابط 3 و4). در pH 1 تا 8 عامل اصلی اکسیداسیون پریدات  (IO4-)است. تجزیه­ی کندتر پریودات در pH 7 نسبت به pH 3 منجر به تولید مجدد پریودات می­شود. طبق روابط 7 و 8 رادیکال پریدیل (IO4-)  و آیدیل IO3)) تولیدشده می­تواند مجدداًً به پریودات و آیدات احیا شوند (12,10).

کاهش قابل توجه راندمان تجزیه­ی فنل درpH 11 را می‌توان به­حضور ترکیبات غالب H3IO6-2و H4I2O10-4 در شرایط قلیایی نسبت­داد که در مقایسه با pH های 3 و 7  دارای مکانیسم فتولیز و جذب پرتو متفاوت می­باشند (13). در مطالعه­ای که Xsuming tang و همکاران در حذف TOC ناشی از عوامل شیمیایی ناشی از جنگ توسط فرایند فعال­سازی نوری پریدات انجام­دادند، به این نتیجه دست­یافتند که pH نقش مهمی در حذف TOC دارد و با کاهش pH راندمان حذف افزایش­می­یابد که با نتایج تحقیق حاضر مطابقت­دارد (13). از آنجایی که بالاترین کارایی فرایند در pH 3 مشاهده­شد، بنابراین pH معادل 3 به­عنوان pH بهینه برای ادامه­ی آزمایش­ها انتخاب­شد.

روابط فعال­سازی پریودات به­وسیله­ی اشعه ماوراء بنفش به شرح ذیل است:

      (1)

       (2)

                               (3)

                              (4)

(5)             

             (6)        

        (7)                                             (8)  

به­منظور بررسی تغییرات غلظت پریودات به­عنوان اکسیدکننده غلظت­های مختلفی از پریودات در فرایند UV/IO4- مورد آزمایش قرارگرفت. نتایج این بخش از آزمایش­ها در شکل 3 نشان­داده­شده­است. همانگونه که ملاحظه­می­گردد در ابتدا با افزایش غلظت پریودات از 5/62 تا 125 میلی­گرم بر لیتر کارایی فرایند در حذف اسید هیومیک افزایش یافته، اما در ادامه با افزایش مقدار پریودات به 250 و 500 میلی­گرم بر لیتر میزان حذف اسید هیومیک کاهش­یافت و به­ترتیب به 84/57 و 52/46 درصد رسید که این موضوع می­تواند با واکنش­های خود رقابتی پریودات در غلظت های بالا مرتبط باشد. زیرا در غلظت­های کم پریدات، فتولیز پریودات افزایش­می­یابد که خود منجر به تولید رادیکال هیدروکسیل بیشتر می­شود که درنهایت با آلاینده­ی آلی واکنش داده و سبب افزایش راندمان حذف آن می شود. اما با افزایش غلظت پریودات در محیط، راندمان حذف به­دلیل درگیر شدن پریودات در واکنش­های رقابتی با خود کاهش می­یابد. لذا پریودات می­تواند به­عنوان یک واکنش مختل­کننده در تولید رادیکال هیدروکسیل عمل کند (15،14). در همین رابطه، در مطالعه­ای که Changha Lee و همکاران در حذف رنگ با استفاده از فرایند فعال­سازی نوری پریودات انجام­دادند، مشخص­گردید که حذف رنگ با افزایش غلظت پریودات به­طور خطی افزایش می­یابد، اما تا زمانی که پریودات خود به­ عنوان مختل­کننده رادیکال هیدروکسیل نباشد (11).

تأثیر غلظت­های متفاوت اسید هیومیک بر کارایی فرایند غلظت­های 10، 20، 30 و 50 میلی­گرم بر لیتر از این ماده در فرایند UV/IO4-  با pH 3 و غلظت 584/0 میلی مول از پریودات مورد آزمایش قرارگرفت. نتایج آن در شکل 4 آمده ست. مطابق با نتایج در این فرایند کارایی فرایند اکسیداسیون پیشرفته UV/IO4- با افزایش غلظت ماده­ی آلی اسید هیومیک کاهش یافته که این کاهش نیز می­تواند با نوع آلاینده و فرایند UV/IO4- مرتبط باشد.

زیرا در این فرایند تنها مقادیر معینی رادیکال فعال تولید می­گردد. لذا فرایند قادر به اکسیداسیون و حذف مقادیر مشخصی از ترکیبات آلی است. ازطرفی دیگر، تولید محصولات جانبی دارای واکنش­پذیری بیشتر از اسید هیومیک با رادیکال­های موجود در واکنش و کاهش احتمال برخورد مولکول­های هیومیکی با عوامل اکسیدکننده در اثر افزایش غلظت این ماده، می­تواند دو دلیل اصلی کاهش سرعت واکنش در غلظت­های بالای آلاینده باشد. نتایج مطالعات مشابه با مطالعه­ی حاضر مطابقت دارد (13،16).

نتایج حاصل از بررسی تأثیر غلظت های متفاوت نانوذرات آهن صفر نشان می­دهد که بیشترین کارایی فرایند در غلظت 5/12 میلی­گرم از نانوذرات آهن صفر ظرفیتی (1/0 :1 از پریودات به نانوذرات آهن) مشاهده شد. بدین ترتیب با مقایسه­ی نتایج فرایندهایUV/IO4-  و UV/IO4-/Fe0درحالت بهینه مشخص­می­گردد که کارایی فرایند UV/IO4-/Fe0 به­صورت قابل ملاحظه­ای بالاتر بوده است که علت افزایش کارایی فرایند UV/IO4-/Fe0می­تواند با نقش نانو ذرات آهن صفر در فعال­سازی بیشتر پریودات مرتبط باشد و افزایش فعال­سازی پریودات در حضور نانوذرات آهن صفر در پی آزادسازی یون­های Fe+2از Fe0در  فرایند می­باشد. زیرا یون­های Fe+2 سبب تولید رادیکال­های فعال از تجزیه پریودات و موجب افزایش کارایی فرایند و حذف اسید هیومیک می­­شود که این بخش از نتایج با مطالعات Oh و همکاران درخصوص فعال­سازی پرسولفات با استفاده از نانوذرات آهن صفر ظرفیتی (17) و مطالعات Liang و همکاران در اکسیداسیون تری کلرواتیلن با پرسولفات و آهن (18) مطابفت دارد. همچنین مطابق با نتایج، بررسی کارایی فرایند UV به­تنهایی و پریودات به تنهایی بیانگر آن است که هریک از فرایندها به­صورت مجزا کارایی بسیار اندکی در حذف اسید هیومیک داشته، حال­آن­که در شرایط توأم UV/IO4- افزایش چشمگیری پیداکرده­است که این موضوع می­تواند با نقش UV در فعال­سازی ماده­ی اکسیدکننده­ی پریودات مرتبط باشد. در فرایندهای UV/IO4- تولید رادیکال­های فعال حاصل از پریودات ناشی از تأثیر اشعه­ی UV بر پریودات می باشد (مطابق با روابط 1 تا 5). لذا UV تأثیر قابل ملاحظه­ای در افزایش کارایی پریودات به­منظور اکسیداسیون اسید هیومیک داشته است.

این پژوهش به­منظور بررسی کارایی روش­های اکسیداسیون پیشرفتهUV/IO4-و UV/IO4-/Fe0 در حذف ماده­ی آلی اسید هیومیک و شناسایی عوامل موثر بر انجام واکنش صورت­گرفت. مطابق با نتایج حاصل­ pH 3، غلظت پریودات 125 میلی­گرم بر لیتر و غلظت نانوذرات آهن صفر 5/12 میلی­گرم بر لیتر به­عنوان شرایط بهینه­ی واکنش تعیین شدند.  همچنین نتایج بیانگر آن است که کاربرد UV به همراه پریودات کارایی حذف اسید هیومیک را به­حدود %08/66 رسانده و افزایش نانوذرات آهن سبب افزایش حذف اسید هیومیک به %3/73 شده است. بنابراین حضور UV سبب افزایش فعال­سازی پریودات شده­است. از سوی دیگر نیز حضور نانوذرات آهن سبب فعال سازی بیشتر پریودات و متعاقباً سبب اکسیداسیون بیشتر اسید هیومیک گردید.

 

تشکر و تقدیر

این مقاله منتج از بخشی از نتایج پایان­نامه­ی دانشجویی علی پورمحمدی جهت اخذ درجه کارشناسی ارشد می باشد.  بدین وسیله از دانشگاه علوم پزشکی همدان جهت حمایت مالی این پژوهش تشکر و قدردانی می­گردد.

 

 

 

References

  1. Mohora E, Rončević S, Dalmacija B, Agbaba J, Watson M, Karlović E, Dalmacija M. Removal of natural organic matter and arsenic from water by electrocoagulation/flotation continuous flow reactor. J Hazard Mater. 2012; 235– 6: 257–64.
  2. Von Gunten U. Ozonation of drinking water. Part II. Disinfection and by-product formation in presence of bromide, iodide and chlorine. Water Res. 2003; 37(7): 1469–87.
  3. Dabrowska A, Nawrocki J, Szelag-Wasielewska E. Appearance of aldehydes in the surface layer of lake waters. Environ Monit Assess. 2014; 186(7): 4569–80.
  4. Mazloomi S, Nabizadh R, Nasseri S, Naddafi K, Nazmara S, Mahvi AH.Efficiency of Domestic Reverse Osmosis in Removal of Trihalomethanes from Drinking Water. Iran J Environ Health Sci Eng. 2009;                          6 (4):3016.
  5. Zhang X, Minear RA. Formation, adsorption and separation of high molecular weight disinfection byproducts resulting from chlorination of aquatic humic substances. Water Res. 2006; 40(2): 221-30.
  6. Rahmani AR, Mehr Ali Pour J, Shabanlo N, Zaheri F, Poureshgh Y, Shabanlo A. Performance Evaluation of Advanced Electrochemical Oxidation Process With the Using Persulfate in  Degradation of Acid Blue 113 from Aqueous Solutions. J Sabzevar Univ Med Sci. 2014; 21(5): 797-807. [Persian]
  7. Kasprzyk-Hordern B, Ziolek M, Nawrocki J. Catalytic ozonation and methods of enhancing molecular ozone reactions in water treatment. Appl Catalysis–B: Environ. 2003; 46(4): 639-69.
  8. Raharinirina D, Ramanantsizehena G, Razafindramisa FL, Leitner NKV. Comparison of UV/H2O2 and UV/S2O82- processes for the decoloration of azo dyes Congo Red in various kinds of water. 2012; 114:1–9.
  9. Asgari  G, Seidmohammadi AM, Chavoshani A. Pentachlorophenol removal from aqueous solutions by microwave/persulfate and microwave/H2O2: a comparative kinetic study. J Environ Health Sci Eng. 2014; 12: 94.
  10. Chia LH, Tang X, Weavers LK. Kinetics and mechanism of photoactivated periodate reaction with 4-chlorophenol in acidic solution. Environ Sci Technol. 2004; 38(24): 6875-80.
  11. Lee C, Yoon J. Application of photoactivated periodate to the decolorization of reactive dye: reaction parameters and mechanism. J Photochem Photobiol A: Chem, 2004; 165(1–3): 35-41.
  12. Seidmohammadi AM, Asgari G, Rajabizadeh A, Poormohammadi A, Ahmadian M. The Efficiency of Electrocoagulation Process Using Iron Electrode in Removal of Humic Acid from Water in the Presence of Chitosan as a Coagulant Aid. Journal of Health & Development. 2014; 3(3): 200-11. [persian]
  13. Tang X, Weavers LK. Using photoactivated periodate to decompose TOC from hydrolysates of chemical warfare agents. J Photoch Photobio A Chem. 2008; 194(2–3): 212-19.
  14. Vlessidis A, Evmiridis NP. Periodate oxidation and its contribution to instrumental methods of micro-analysis—A review. Analytica Chimica Acta. 2009; 652(1–2): 85-127.
  15. Wang Y, Hong C-s. Effect of hydrogen peroxide, periodate and persulfate on photocatalysis of 2-chlorobiphenyl in aqueous TiO2 suspensions. Water Res. 1999; 33(9): 2031-6.
  16. Klaning UK, Sehested K. Photolysis of periodate and periodic acid in aqueous solution. J Chem Soc, Faraday Trans 1: Physical Chemistry in Condensed Phases . 1978; 74: 2818-38.
  17. Oh SY, Kim HW, Park JM, Park HS, Yoon C. Oxidation of polyvinyl alcohol by persulfate activated with heat, Fe2+, and  zero-valent iron. J Hazard Mater. 2009; 168(1): 346–51.
  18. Liang C, Lee IL, Hsu IY, Liang CP, Lin YL. Persulfate oxidation of trichloroethylene with and without iron activation in porous media. Chemosphere. 2008; 70(3): 426–35.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                  

 

The Effect of UV and coupled with Fe (0) Nanoparticles in activation of IO4- in removal of Humic Acid from the water Resources

Abdol Motaleb Seid Mohammadi,

Social Determinants of Health Research Center, Department of Environmental Health Engineering, Faculty of Public Health, Hamadan University of Medical Sciences, Hamadan, Iran

 

Ghorban Asgari ,

Social Determinants of Health Research Center, Department of Environmental Health Engineering, Faculty of Public Health, Hamadan University of Medical Sciences, Hamadan, Iran

 

Mohammad Thaghi Samadi,

Department of Environmental Health Engineering, Faculty of Health and Research Center for Health sciences, Hamadan University of Medical Sciences, Hamadan, Iran

 

* Ali Poormohammadi,

Social Development and Health Promotion Research Center, Kermanshah University of Medical Sciences, Kermanshah, Iran

 

Ali Faramarzi-gohar,

Department of Biostatistics, School of Public health and Research Center for Health Sciences, Hamadan university of Medical Sciences, Hamadan, Iran

 

Received:16/11/2014, Revised:07/12/2014, Accepted:07/01/2015


Abstract

Background and aim: Humic Acid (HA) is one of the polyelectrolyte compounds which cause many problems in water treatment process. In present study, UV/IO4- as a novel advance oxidation process, was used for removing HA.

Material and methods: In present research, a batch reactor in lab scale was used.This reactor with useful volume of 2.5 L, made of stainless steel, which equipped with a low pressure Hg vapor lamp. In this study the effect of some parameters including pH, initial HA concentration, IO4- concentration and Fe (0) nanoparticles concentration were investigated. HA concentration was determined using Spectrophotometer at an absorbance wavelength of 254 nm.

Results: According to the results, pH 3, periodate concentration 125 mg/L and Fe (0) Nano particles 12.5 mg/L were determined as optimum conditions. Moreover, results indicated that in presence of UV coupled with Periodate removal efficiency of HA increased to 66.08%, and the increase of Fe (0) Nano particles can led to increase HA removal (73.3%). 

Conclusion: Results show thatthe presence of UV letto increase in the activation of periodate, on the other hands, the presence of Fe (0) Nano particles led to further activation of periodate subsequently cause the increasing HA removal.

Keywords: Humic Acid, Periodate, Zero-Valent Iron Nanoparticles, Ultra-violent, water resources.

 

 

 

 

 

 

 

Correspond Author: 

Abdol Motaleb Seid Mohammadi,,

Hamedan, Medical Sciences University of  Hamedan, Department of Environmental Health Engineering

E-mail: apoormohammadi000@yahoo.com

  1. Mohora E, Rončević S, Dalmacija B, Agbaba J, Watson M, Karlović E, Dalmacija M. Removal of natural organic matter and arsenic from water by electrocoagulation/flotation continuous flow reactor. J Hazard Mater. 2012; 235– 6: 257–64.
  2. Von Gunten U. Ozonation of drinking water. Part II. Disinfection and by-product formation in presence of bromide, iodide and chlorine. Water Res. 2003; 37(7): 1469–87.
  3. Dabrowska A, Nawrocki J, Szelag-Wasielewska E. Appearance of aldehydes in the surface layer of lake waters. Environ Monit Assess. 2014; 186(7): 4569–80.
  4. Mazloomi S, Nabizadh R, Nasseri S, Naddafi K, Nazmara S, Mahvi AH.Efficiency of Domestic Reverse Osmosis in Removal of Trihalomethanes from Drinking Water. Iran J Environ Health Sci Eng. 2009;                          6 (4):3016.
  5. Zhang X, Minear RA. Formation, adsorption and separation of high molecular weight disinfection byproducts resulting from chlorination of aquatic humic substances. Water Res. 2006; 40(2): 221-30.
  6. Rahmani AR, Mehr Ali Pour J, Shabanlo N, Zaheri F, Poureshgh Y, Shabanlo A. Performance Evaluation of Advanced Electrochemical Oxidation Process With the Using Persulfate in  Degradation of Acid Blue 113 from Aqueous Solutions. J Sabzevar Univ Med Sci. 2014; 21(5): 797-807. [Persian]
  7. Kasprzyk-Hordern B, Ziolek M, Nawrocki J. Catalytic ozonation and methods of enhancing molecular ozone reactions in water treatment. Appl Catalysis–B: Environ. 2003; 46(4): 639-69.
  8. Raharinirina D, Ramanantsizehena G, Razafindramisa FL, Leitner NKV. Comparison of UV/H2O2 and UV/S2O82- processes for the decoloration of azo dyes Congo Red in various kinds of water. 2012; 114:1–9.
  9. Asgari  G, Seidmohammadi AM, Chavoshani A. Pentachlorophenol removal from aqueous solutions by microwave/persulfate and microwave/H2O2: a comparative kinetic study. J Environ Health Sci Eng. 2014; 12: 94.
  10. Chia LH, Tang X, Weavers LK. Kinetics and mechanism of photoactivated periodate reaction with 4-chlorophenol in acidic solution. Environ Sci Technol. 2004; 38(24): 6875-80.
  11. Lee C, Yoon J. Application of photoactivated periodate to the decolorization of reactive dye: reaction parameters and mechanism. J Photochem Photobiol A: Chem, 2004; 165(1–3): 35-41.
  12. Seidmohammadi AM, Asgari G, Rajabizadeh A, Poormohammadi A, Ahmadian M. The Efficiency of Electrocoagulation Process Using Iron Electrode in Removal of Humic Acid from Water in the Presence of Chitosan as a Coagulant Aid. Journal of Health & Development. 2014; 3(3): 200-11. [persian]
  13. Tang X, Weavers LK. Using photoactivated periodate to decompose TOC from hydrolysates of chemical warfare agents. J Photoch Photobio A Chem. 2008; 194(2–3): 212-19.
  14. Vlessidis A, Evmiridis NP. Periodate oxidation and its contribution to instrumental methods of micro-analysis—A review. Analytica Chimica Acta. 2009; 652(1–2): 85-127.
  15. Wang Y, Hong C-s. Effect of hydrogen peroxide, periodate and persulfate on photocatalysis of 2-chlorobiphenyl in aqueous TiO2 suspensions. Water Res. 1999; 33(9): 2031-6.
  16. Klaning UK, Sehested K. Photolysis of periodate and periodic acid in aqueous solution. J Chem Soc, Faraday Trans 1: Physical Chemistry in Condensed Phases . 1978; 74: 2818-38.
  17. Oh SY, Kim HW, Park JM, Park HS, Yoon C. Oxidation of polyvinyl alcohol by persulfate activated with heat, Fe2+, and  zero-valent iron. J Hazard Mater. 2009; 168(1): 346–51.
  18. Liang C, Lee IL, Hsu IY, Liang CP, Lin YL. Persulfate oxidation of trichloroethylene with and without iron activation in porous media. Chemosphere. 2008; 70(3): 426–35.