بررسی کارایی نانو ذرات پراکسید کلسیم در حذف ماده‌ی رنگ‌زای راکتیو قرمز 198 از فاضلاب صنایع نساجی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استاد، مرکز تحقیقات مهندسی بهداشت محیط، گروه بهداشت محیط، دانشکده بهداشت، دانشگاه علوم پزشکی کرمان، کرمان، ایران.

2 دانشیار، گروه شیمی داروئی، مرکز تحقیقات فارماسیوتیکس، دانشکده داروسازی، دانشگاه علوم پزشکی کرمان، کرمان، ایران.

3 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی بهداشت محیط، گروه بهداشت محیط، دانشکده بهداشت، دانشگاه علوم پزشکی کرمان، کرمان، ایران.

چکیده

زمینه و هدف: یکی از بزرگترین صنایع تولیدکننده­ی فاضلاب­های رنگی، صنعت نساجی است. تخلیه­ی این فاضلاب­ها به آب­های پذیرنده از طریق کاهش انتقال نور، کاهش اکسیژن محلول و افزایش COD زندگی آبزیان را به خطر می­اندازد. در این تحقیق کارایی نانو ذرات پراکسید کلسیم در حذف راکتیو قرمز 198 از فاضلاب سنتتیک و فاضلاب کارخانه نساجی یزدباف بررسی گردید.
موادّ و روش­ها: این تحقیق یک مطالعه­ی تجربی است که در بهار و تابستان 1393 در مرکز تحقیقات مهندسی بهداشت محیط دانشگاه علوم پزشکی کرمان انجام شد. مشخصات نانو ذرات سنتز شده از طریق آزمایش­های TEM و XRD تعیین گردید. آزمایش­های جذب در سیستم ناپیوسته روی نمونه سنتتیک و واقعی انجام شد. تاثیر پارامترهای pH محلول (3-13)، غلظت اولیه رنگ (10 – 300 mg/L)، زمان تماس (5- 90 دقیقه) و دوز جاذب (5 صدم -6 دهم گرم) بررسی و   ایزوترم­های جذب تعیین شد. داده­ها با استفاده از نرم­افزارSPSS نسخه­ی 21، EXCEL2007 و ضریب همبستگی پیرسون تحلیل گردید.
یافته­ها: جاذب سنتز شده دارای اشکال کروی یکنواخت با اندازه­ی متوسط 25-15 نانومتر بود.pHبهینه در حذف رنگ 3-7، زمان تماس تعادلی 50 دقیقه و مقدار بهینه­ی جاذب 4 دهم گرم در 100 میلی لیتر بود. در شرایط بهینه بازده­ی حذف رنگ در نمونه­ی سنتتیک و واقعی، به­ترتیب 58/99 و 18/76 درصد به­دست آمد. نتایج حاصل­شده بیشترین همبستگی را با مدل ایزوترم لانگمویر نشان داد.
نتیجه­گیری: براساس نتایج پراکسید کلسیم جاذب مناسبی در حذف راکتیو قرمز 198 می­باشد و با توجه به سنتز آسان، می­تواند به عنوان یک روش کاربردی در تصفیه­ی فاضلاب­های نساجی استفاده شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

A survey of the Efficacy of Calcium Peroxide Nanoparticles in the Removal of Reactive Red 198 from Textile Wastewater

نویسندگان [English]

  • Mohammad Malakotian 1
  • Ali Asadipour 2
  • Somayyeh Mohammadi Senjedkooh 3
چکیده [English]

Background & Objectives: Textile industry is one of the largest industries producing dying wastewater. Discharge of this wastewater to acceptor waters endangers aquaticslife through reducing light transmission, reducing dissolve oxygen, and increasing COD. This study investigated the efficiency of calcium peroxide nanoparticles in removal of Reactive Red 198 from synthetic wastewater and wastewater of YAZDBAF textile factory.
Materials & Methods: This experimental study was performed in spring and summer of 2014 in Environmental Health Engineering Research Center of Kerman University of Medical Science. Characteristic of synthesized nanoparticles was determined by TEM and XRD. Adsorption experiments in batch system were performed on synthetic sample and real wastewater. The effect of solution pH (3-13), initial concentration of dye (10-300 mg/L), contact time (5-90 min) and adsorbent dosage (0.05-0.6 g) was investigated and adsorption isotherms were determined. Data was analyzed by SPSS version 21, Excel 2007 softwares and Pearson correlation coefficient.
Results: Synthesized adsorbent particles had uniformly spherical shape with approximately diameter of 15-25 nm. The optimum pH for removal of reactive red 198 was 3-7. The equilibrium contact time was 50 minutes and optimum dosage of adsorbent was 0.4 g/100 mL. In these optimum conditions, removal efficiency in synthetic and real sample was 99.58 and 76.18 percent, respectively.
Conclusion: Based on the results, calcium peroxide is an efficient adsorbent in removing reactive red 198 and, with attention to simplicity of synthesis, it can be used as an applied in treating textile wastewaters.

کلیدواژه‌ها [English]

  • adsorption
  • Calcium peroxide
  • YAZDBAF factory

 

مقاله اصیل

 

 

 


بررسی کارایی نانو ذرات پراکسید کلسیم در حذف ماده­ی رنگ­زای راکتیو قرمز 198 از فاضلاب صنایع نساجی

 

محمد ملکوتیان 1، علی اسدی پور2*،سمیه محمدی سنجدکوه3

1 استاد، مرکز تحقیقات مهندسی بهداشت محیط، گروه بهداشت محیط، دانشکده بهداشت، دانشگاه علوم پزشکی کرمان، کرمان، ایران.

2دانشیار، گروه شیمی داروئی، مرکز تحقیقات فارماسیوتیکس، دانشکده داروسازی، دانشگاه علوم پزشکی کرمان، کرمان، ایران.

3 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی بهداشت محیط، گروه بهداشت محیط، دانشکده بهداشت، دانشگاه علوم پزشکی کرمان، کرمان، ایران.

 

* نشانی نویسنده مسئول: کرمان، ابتدای بزرگراه هفت باغ، دانشکده داروسازی، گروه شیمی داروئی، مرکز تحقیقات فارماسیوتیکس

E-mail: aliasadipour@yahoo.com

 

وصول:1/7/94، اصلاح:23/8/94، پذیرش:10/11/94

چکیده

زمینه و هدف: یکی از بزرگترین صنایع تولیدکننده­ی فاضلاب­های رنگی، صنعت نساجی است. تخلیه­ی این فاضلاب­ها به آب­های پذیرنده از طریق کاهش انتقال نور، کاهش اکسیژن محلول و افزایش COD زندگی آبزیان را به خطر می­اندازد. در این تحقیق کارایی نانو ذرات پراکسید کلسیم در حذف راکتیو قرمز 198 از فاضلاب سنتتیک و فاضلاب کارخانه نساجی یزدباف بررسی گردید.

موادّ و روش­ها: این تحقیق یک مطالعه­ی تجربی است که در بهار و تابستان 1393 در مرکز تحقیقات مهندسی بهداشت محیط دانشگاه علوم پزشکی کرمان انجام شد. مشخصات نانو ذرات سنتز شده از طریق آزمایش­های TEM و XRD تعیین گردید. آزمایش­های جذب در سیستم ناپیوسته روی نمونه سنتتیک و واقعی انجام شد. تاثیر پارامترهای pH محلول (3-13)، غلظت اولیه رنگ (10 300 mg/L)، زمان تماس (5- 90 دقیقه) و دوز جاذب (5 صدم -6 دهم گرم) بررسی و   ایزوترم­های جذب تعیین شد. داده­ها با استفاده از نرم­افزارSPSS نسخه­ی 21، EXCEL2007 و ضریب همبستگی پیرسون تحلیل گردید.

یافته­ها: جاذب سنتز شده دارای اشکال کروی یکنواخت با اندازه­ی متوسط 25-15 نانومتر بود.pHبهینه در حذف رنگ 3-7، زمان تماس تعادلی 50 دقیقه و مقدار بهینه­ی جاذب 4 دهم گرم در 100 میلی لیتر بود. در شرایط بهینه بازده­ی حذف رنگ در نمونه­ی سنتتیک و واقعی، به­ترتیب 58/99 و 18/76 درصد به­دست آمد. نتایج حاصل­شده بیشترین همبستگی را با مدل ایزوترم لانگمویر نشان داد.

نتیجه­گیری: براساس نتایج پراکسید کلسیم جاذب مناسبی در حذف راکتیو قرمز 198 می­باشد و با توجه به سنتز آسان، می­تواند به عنوان یک روش کاربردی در تصفیه­ی فاضلاب­های نساجی استفاده شود.

واژه­های کلیدی: جذب سطحی، پراکسید کلسیم، کارخانه یزدباف.

 


مقدمه

رنگ­ها ترکیباتی آلی با ساختاری پیچیده هستند. بیش از 100000 نوع رنگ مختلف در سراسر دنیا تولید می­شود که میزان تولید سالانه­ی آن به بیش از 700000 تن می­رسد. از این میزان، 10 تا 15 درصد در نهایت وارد محیط می­شود (1-3). رنگ­ها به­طور گسترده­ای در صنایع نساجی، تولید کاغذ و خمیر چوب، آب­کاری فلزات، مواد غذایی، تولید پلاستیک و لاستیک، تولید چرم، لوازم آرایشی و داروسازی مورد استفاده قرارمی­گیرند (2, 4, 5). در این میان صنعت نساجی به عنوان یکی از بزرگترین صنایع مصرف­کننده­ی آب با تولید فاضلاب رنگی و با غلظت 200-10 میلی­گرم بر لیتر یکی از بزرگترین صنایع تولید رنگ به حساب می­آید (6). رنگ­ها بر اساس ترکیب شیمیایی و کاربردشان به انواع گوناگونی تقسیم می­شوند (7). براساس ساختار شیمیایی رنگ­ها به 20-30 گروه تقسیم می­گردند که مهم­ترین آن­ها آزو (azo)، آنتروکویینن (anthraquinone) و فتالوسیانین (phthalocyanine) هستند (8). رنگ­های آزو بزرگترین و مهم­ترین گروه رنگ­ها هستند که مشخصه­ی آن­ها وجود یک و یا بیش از یک گروه آزو (-N=N-) است که بین ساختارهای حلقوی آن­ها ارتباط ایجاد می­کند (2). رنگ­های مورد استفاده در صنایع نساجی در سه کلاس اصلی آنیونی (دایرکت، راکتیو، اسیدی)، کاتیونی (رنگ­های بازی) و غیریونی رنگ­های دیسپرس (Disperse)) تقسیم بندی می­شوند (2). رنگ­های راکتیو، سولفوناته و بسیار محلول در آب بوده و جذب آن­ها بر روی توده­های بیولوژیکی ضعیف است و به روش­های هوازی تجزیه نمی­شوند (9).

تخلیه­ی پساب­های حاوی مواد رنگی به آب­های پذیرنده می­تواند ازطریق کاهش میزان انتقال نور، کاهش میزان اکسیژن محلول و افزایش اکسیژن مورد نیاز شیمیایی (COD) زندگی آبزیان را به خطراندازد (10). براساس یافته­های محققان ترکیبات آروماتیک برخی از رنگ­ها می تواند به تولید آمین سرطان­زا و جهش­زا منجر شود. همچنین به دلیل قابل رویت بودن مقادیر اندک رنگ در آب (1 میلی­گرم در لیتر)، نوعی آلودگی زیبایی شناختی نیز محسوب می­شود (2, 10).

ازآنجایی­که رنگ­ها مولکول­هایی غیر قابل تجزیه، مقاوم به هضم هوازی و پایدار در برابر نور، گرما و عوامل اکسیدکننده می­باشند، تصفیه­ی فاضلاب­های رنگی امری مشکل می باشد (2).

فرآیند­های مختلف فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی جهت رنگ­زدایی این دسته از فاضلاب­ها مورد استفاده قرارگرفته است که از جمله­ی آن­ها می توان به جذب، ترسیب، تعویض یون، انعقاد  ـ لخته­سازی، اکسیداسیون پیشرفته، ازن زنی، فیلتراسیون غشایی و استخراج مایع  ـ مایع اشاره کرد (4, 10-13).

در این میان روش جذب به دلیل بهره­برداری آسان، هزینه­ی سرمایه­گذاری پایین، عدم حساسیّت به مواد سمّی، توانایی تصفیه­ی فرم­های غلیظ­شده­ی رنگ و امکان استفاده­ی مجدد از جاذب از طریق احیاء، به­عنوان یک تکنیک موثر برای رنگ زدایی فاضلاب به کار رفته است (2, 11, 14). هر چند معایبی ازجمله: بعضا" نیاز به اصلاح شیمیایی جاذب، غیر مخرب بودن فرآیند (ماده­ی آلاینده در نهایت از بین نمی­رود)، کاهش خصوصیات جاذب در نتیجه­ی احیاء و استفاده­ی مجدد از آن نیز برای این تکنیک مطرح می­باشد (2). انواع مختلفی از جاذب­های طبیعی و سنتتیک در حذف رنگ مورد بررسی قرارگرفته­اند که در این بین جاذب­هایی با اندازه­ی نانو به­دلیل برخورداری از مساحت سطح کافی و عملکرد بهتر در مقایسه با ذرات میکرون تا زیر میکرون بیشتر مورد توجه هستند (11).

رنگ راکتیو قرمز 198 (Reactive Red 198) از نظر ساختاری جزء رنگ­های مونو آزوست که در حال حاضر در صنایع نساجی داخل کشور کاربرد گسترده­ای دارد (9). ویو  درسال 2008 در تایوان، تجزیه­پذیری ماده­ی رنگ­زای راکتیو قرمز 198 را با استفاده از فرآیند ازن زنی کاتالیتیکی درحضور نانو کریستال MgO مورد بررسی قرارداد (15). مطالعه­ی دتّوی و همکاران در سال 2009 در هند، تجزیه­ی نوری راکتیو قرمز 198 را بر روی سطح TiO2 مورد ارزیابی قرار داد (16). در مطالعه­ی دیگری که توسط فرجی و همکاران در سال 2010 در ایران انجام شد استفاده از نانوذرات مغناطیسی اصلاح شده با سورفکتانت کاتیونی(ستیل­تری متیل آمونیوم) به­عنوان جاذبی برای حذف رنگ­های راکتیو بلاک 5، راکتیو قرمز 198 و راکتیو آبی 21 مورد بررسی قرارگرفت (17). در مطالعه­ی اسماعیلی و همکارش در سال 2012 در ایران، تجزیه راکتیو قرمز 198 با استفاده از قارچ آسپرژیلوس فلاووس بررسی شد (18). دبرسّی و همکاران در سال2012 در برزیل، استفاده از ذرات چیتوسان N- لوریل را در حذف راکتیو قرمز 198 مورد بررسی قراردادند (19).

این مطالعه با هدف بررسی بازده حذف ماده­ی رنگ­زای راکتیو قرمز 198 از محلول­های آبی توسط نانو ذرات پراکسید کلسیم انجام شد. در این راستا اثر پارامترهای مختلف pH اولیه­ی محلول، غلظت اولیه­ی رنگ، دوز جاذب و زمان تماس به منظور بهینه نمودن شرایط حذف مورد بررسی قرارگرفت. مطالعه­ی سنتیک­های جذب و مدل­های ایزوترم جذب لانگمویر و فروندلیچ انجام­گردید. همچنین کارایی این جاذب در حذف رنگ راکتیو قرمز 198 از فاضلاب کارخانه­ی یزدباف بررسی شد.

 

مواد و روش­ها

این تحقیق یک مطالعه­ی تجربی است که در بازه­ی زمانی بهار و تابستان 93 در مرکز تحقیقات مهندسی بهداشت محیط دانشگاه علوم پزشکی کرمان انجام شد. این مطالعه ابتدا روی محلول سنتتیک و پس از تعیین شرایط بهینه روی فاضلاب کارخانه­ی یزدباف انجام شد. رنگ راکتیو قرمز 198 مورد استفاده در این مطالعه از کارخانه­ی الوان ثابت تهیه گردید. ویژگی­های این رنگ در جدول 1 آورده شده­است.

بقیه­ی موادّ مورد استفاده شامل کلسیم کلراید (5/99%)، محلول آب اکسیژنه (35%)، آمونیاک (25%)، هیدروکسید سدیم و اسید کلرید ریک از شرکت مرک آلمان تهیه گردید. پلی اتیلن گلیکول 200 (PEG 200) مورد استفاده نیز از شرکتSharlau  خریداری شد. در تمام مراحل آزمایش تنظیم pH با استفاده از محلول اسید کلریدریک 1دهم نرمال و یا هیدروکسید سدیم 1دهم نرمال انجام شد.  جهت تعیین غلظت رنگ در نمونه­ها دستگاه اسپکتروفوتومتر UV-VIS مدل UV-1800 ساخت شرکت SHIMADZU در طول موج 518 نانومتر مورد استفاده قرارگرفت. در همه آزمایش­ها pH با استفاده از دستگاه pH متر مدل Hanna 211 اندازه­گیری شد. جهت تعیین خصوصیات جاذب از نظر ریخت­شناسی، اندازه و توزیع ذرات از میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM: Transmission Electron Microscopy) مدل LEO912-AB و جهت شناسایی و تعیین ترکیب شیمیایی نانوذرات از دستگاه پراش اشعه ایکس (XRD: X-Ray Diffraction) مدل X-Pert Philips استفاده شد.

سنتز نانو ذرات پراکسید کلسیم طبق روش ذیل انجام شد (20): 3 گرم کلرید کلسیم در 3 میلی­لیتر آب مقطر حل شد.15 میلی­لیتر محلول آمونیاک (1 مولار) و 120 میلی­لیتر پلی اتیلن گلیکول 200 به محلول در حال اختلاط، اضافه شد. سپس 15 میلی­لیتر آب اکسیژنه 30% (سه قطره در دقیقه) به مخلوط اضافه گردید. مراحل آماده­سازی جاذب در دمای اتاق در یک ظرف شیشه­ای 250 میلی­لیتری که به­طور مداوم و باسرعت ثابت درحال اختلاط بود، انجام شد. بعد از 2 ساعت اختلاط یک محلول شفاف و بی­رنگ متمایل به زرد به­دست آمد. محلول NaOH تا به­دست آمدن pH 13به محلول اضافه شد که   نتیجه­ی آن تولید سوسپانسیونی سفید رنگ بود. پس از ته نشینی، رسوب سفید رنگ به­وسیله­ی کاغذ صافی، جدا  و بعد از آن سه بار با محلول NaOH و دو مرحله با آب مقطر شسته شد تا pH برابر 4/8 برای آب خروجی به­دست آمد. این رسوب به مدت 2 ساعت در آون 80 درجه سانتی­گراد، خشک و بعد از خشک شدن در هاون چینی خرد شد.

در این مطالعه تکنیک سنتز بر اساس ترسیب پراکسید نامحلول با اضافه کردن پراکسید هیدروژن طبق واکنش 1 است :

(1)        CaO2 (hydrate) + 2HCl    CaCl2 + H2O2

اضافه کردن آمونیاک و در نتیجه آن خنثی­سازی اسید کلریدریک واکنش را به سمت تولید رسوب پراکسید هدایت می­کند (واکنش 2):

(2)        2NH4Cl           2HCl + 2NH3

محلول استوک از رنگ مورد نظر با غلظت 1000 میلی­گرم بر لیتر تهیه شد. غلظت­های 5، 10، 25، 50، 75 و 100 میلی گرم بر لیتر از محلول استوک جهت ترسیم منحنی استاندارد ساخته شد. برای تعیین غلظت­های مجهول رنگ از این منحنی استفاده گردید. کلیه آزمایش­ها در دمای محیط  و در بشر­های 200 میلی لیتری صورت گرفت. حجم نمونه 100 میلی­لیتر و  غلظت رنگ آن 100 میلی­گرم بر لیتر  بود. فاکتورهای موثر بر جذب شامل pH ( 3، 5، 7، 8، 9، 11 و 13 )، زمان تماس ( 5، 10، 20، 30، 40، 50، 60، 70، 80 و 90 دقیقه)، غلظت اولیه­ی رنگ (10، 50، 100، 150، 200، 250 و 300 میلی­گرم بر لیتر) و میزان جاذب (5 صدم و 2، 3، 4، 5 و 6 دهم گرم) بررسی شدند. در طول زمان واکنش محتویات ظرف به­وسیله­ی یک همزن مغناطیسی با سرعت حدود 200 دور در دقیقه، هم زده  و پس از اتمام زمان واکنش به مدت 10 دقیقه با سرعت 3000 دور در دقیقه سانتریفیوژ شد. سپس غلظت رنگ باقیمانده با استفاده از دستگاه اسپکتروفوتومتر در طول موج 518 نانومتر اندازه­گیری شد. به­منظور حصول اطمینان از صحت نتایج، کلیه آزمایش­ها به­صورت سه بار تکرار، انجام و از میانگین مقادیر اندازه­گیری شده استفاده گردید.

به­منظور تعیین میزان تاثیر پارامترهای مختلف بر بازده­ی حذف رنگ راکتیو قرمز 198 توسط نانو ذرات سنتز شده، کارایی فرآیند در هر مرحله از آزمایش از رابطه­ی 3 به­دست آمد.

(3)        × 100   Removal rate %=

که در آن C0  و Ct به­ترتیب نشان­دهنده­ی غلظت اولیه­ی رنگ و غلظت رنگ در زمان t بر حسب میلی­گرم بر لیتر     می­باشد. به­منظور مطالعه­ی ایزوترم­های جذب، مدل­های ایزوترم لانگمویر و فروندلیچ مورد بررسی قرارگرفت. شرایط بهینه­ی به­دست آمده، روی نمونه­ی واقعی کارخانه­ی نساجی یزدباف نیز، انجام و بازده­ی حذف محاسبه گردید. خصوصیات فیزیکی و شیمیایی نمونه­ی فاضلاب کارخانه­ی یزدباف به شرح ذیل می باشد: اکسیژن مورد نیاز شیمیایی (COD) ، 1600 میلی گرم بر لیتر، کدورت 640 واحد ان تی یو، pH 11، کل جامدات معلق (TSS) 2200 میلی گرم بر لیتر، غلظت رنگ در طول موج 518 نانومتر 22 میلی گرم بر لیتر و هدایت الکتریکی (EC) 4840 میکروزیمنس بر سانتی متر.

تجزیه و تحلیل داده­ها با استفاده از نرم­افزار SPSS  نسخه 21، EXCEL 2007 و تعیین سطح معناداری با استفاده از تست پیرسون انجام شد.

 

یافته­ها

خصوصیات نانو ذرات سنتز شده: جهت تعیین ریخت­شناسی، اندازه و توزیع نانو ذرات پراکسید کلسیم سنتزشده از میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) استفاده شد (شکل 1). با توجه به شکل 1 نانو ذرات سنتز شده دارای اشکال کروی یکنواخت با اندازه­ی متوسط 25-15 نانومتر می باشد. این ذرات نانو کریستالی با تراکم کم و توزیع اندازه­ای متوسط مشاهده می­شوند. نمودار 2 نیز الگوی XRD جاذب سنتز شده را نشان می­دهد. طیف XRD جاذب سنتز شده مطابق با XRD پراکسید کلسیم استاندارد (ICDD Card=03-0865) می باشد.

تاثیر pH محلول: جهت تعیین اثر pH به­عنوان یک فاکتور مهم روی حذف رنگ RR198 با استفاده از نانو ذرات CaO2، 100 میلی لیتر محلول رنگی با غلظت اولیه 100 میلی­گرم بر لیتر در pH های 3، 5، 7، 8، 9، 11 و 13 به مدت 60 دقیقه در تماس با 4دهم گرم جاذب قرارگرفت. نتایج نشان­داد با افزایشpH  از 3 به 13 بازده­ی حذف از 88/95 درصد  به 51/61 درصد کاهش یافت. با توجه به این­که با افزایش pH از 3 به 7 بازده­ی حذف کاهش چندانی نداشت (از 88/95 درصد به 91/94 درصد)،   pHمعادل 7 به­عنوانpH  بهینه در آزمایش­های بعدی در نظرگرفته شد. تحلیل آماری نشان داد در فرآیند جذب، pH با بازده­ی حذف دارای رابطه­ی معناداری می­

جدول 1: مشخصات رنگ راکتیو قرمز 198

ساختار شیمیایی

 

نوع رنگ

منوآزو

فرمول شیمیایی

C27H18C1N7Na4O15S5

وزن مولکولی ((g/mol

5/967

طول موج حداکثر جذب(nm)

518

نام تجاری

Remazol Red 133

C.I.number

18221

 

 

شکل 1: تصویر TEM از نانوذرات پراکسید کلسیم سنتز شده

 

 

باشد (PV=0.010).

تاثیر زمان تماس: حذف رنگ راکتیو قرمز 198 با استفاده از پراکسید کلسیم در زمان­های تماس 5، 10، 20، 30، 40، 50، 60، 70، 80 و 90 دقیقه، در pH برابر 7، برای غلظت اولیه 100میلی­گرم بر لیتر رنگ و 4دهم گرم پراکسید کلسیم بررسی شد. براساس نتایج و با افزایش زمان تماس، ظرفیت جذب و بازده­ی حذف افزایش یافت و بعد از رسیدن به زمان تعادل (50 دقیقه) تقریبا ثابت

 

نمودار 2: الگوی XRD نانوذرات پراکسید کلسیم سنتز شده

 

جدول2: پارامترهای ایزوترم لانگمویر و فروندلیچ برای جذب رنگ راکتیو قرمز 198 توسط نانو جاذب پراکسید کلسیم

مدل ایزوترم

پارامتر

 

R2( ضریب همبستگی )

b (ثابت تعادل جذب)

qm (حداکثر ظرفیت جذب در زمان تعادل)

لانگمویر

953/0

145/0

285/588

 

R2 ( ضریب همبستگی)

KF(ثابت مدل فروندلیچ)

n (ثابت مدل فروندلیچ)

فروندلیچ

918/0

424/104

405/2

 

جدول3: پارامترهای سنتیک شبه درجه اول و شبه درجه دوم برای جذب رنگ راکتیو قرمز 198 روی نانو جاذب پراکسید کلسیم

سنتیک جذب

پارامتر

 

K1

qe

R2

سنتیک شبه درجه اول

023/0

892/97

914/0

 

K2

qe

R2

سنتیک شبه درجه دوم

001/0

250

999/0

 

 

 

شد. بررسی آماری نشان داد رابطه­ی بین زمان تماس (تا زمان تماس تعادلی) با بازده­ی حذف و رابطه­ی بین زمان تماس (تا زمان تماس تعادلی) با ظرفیت جذب رابطه­ی معناداری  می­باشد (PV=0.001).

تاثیر دوز جاذب: با افزایش جرم پراکسید کلسیم از 5 صدم گرم به 6 دهم گرم در 100 میلی­لیتر محلول رنگی با غلظت 100 میلی­گرم بر لیتر در زمان تماس تعادلی (50 دقیقه) و در pH معادل 7 بازده­ی حذف از 99/30 درصد به 58/99 درصد افزایش یافت. بازده­ی حذف در دوز جاذب 4، 5 و 6 دهم گرم به­ترتیب برابر 74/96، 24/98 و 58/99 درصد حاصل شد. با توجه به اختلاف بین بازده­ی حذف در دوزهای مختلف جاذب، دوز 4دهم گرم در 100 میلی لیتر به­عنوان دوز بهینه قابل قبول می باشد، اما ظرفیت جذب با افزایش دوز جاذب روندی کاهشی داشت. با توجه به آنالیز آماری صورت گرفته رابطه­ی بین دوز جاذب و ظرفیت جذب (PV=0.001) و دوز جاذب و بازده­ی حذف (PV=0.001)  رابطه­ی معناداری می باشد.

تاثیر غلظت اولیه رنگ: در این مرحله 100 میلی­لیتر از محلول رنگی با غلظت­های 10، 50، 100، 150، 250،200 و 300 میلی­گرم بر لیتر در  pHبرابر 7 به مدت 50 دقیقه در تماس با 4 دهم گرم جاذب قرارگرفت. با افزایش غلظت اولیه­ی رنگ از 10 میلی­گرم بر لیتر به 300 میلی­گرم بر لیتر، بازده­ی حذف از  99 درصد  به 87/77 درصد کاهش یافت. ازنظر آماری بین بازده­ی حذف و غلظت رنگ رابطه­ی معناداری وجود دارد (PV=0.000). از طرف دیگر با افزایش غلظت اولیه­ی رنگ از 10 میلی­گرم بر لیتر به 300 میلی­گرم بر لیتر ظرفیت جذب جاذب از 75/24 میلی گرم بر گرم به 062/584 میلی­گرم بر گرم افزایش داشت. ظرفیت جذب با غلظت اولیه­ی رنگ از نظر آماری رابطه­ی معناداری دارد (PV=0.000).

مطالعه­ی مدل­های ایزوترم جذب: در این مطالعه، مدل­های ایزوترم جذب لانگمویر و فروندلیچ مورد بررسی قرار گرفتند. رابطه­ی 4 مدل ایزوترم فروندلیچ را نشان می­دهد:

(4)  =

که در آن qeمقدار رنگ جذب شده به ازای واحد جرم جاذب mg/g))، Ce غلظت تعادلی رنگ در محلول (mg/l)، Kf و n ثابت­های فروندلیچ هستند که ازطریق رسم نمودار log qe  در مقابل log Ce به­دست می­آید.

رابطه­ی 5 معادله لانگمویر را نشان می­دهد: (5)                                       


که در آن qe مقدار رنگ جذب شده به ازای واحد جرم جاذب (mg/g)،  Ceغلظت تعادلی رنگ در محلول (mg/l)، qm حداکثر مقدار ماده­ی جذب شونده روی جاذب در زمان تعادل (حداکثر ظرفیت جذب) (mg/g) و b ثابت لانگمویر است که از طریق رسم نمودار Ce/qe در مقابل Ce به­دست می­آید.

با توجه به نتایج بدست آمده حذف رنگ راکتیو قرمز 198 توسط نانو جاذب پراکسید کلسیم از ایزوترم جذب مدل لانگمویر با ضریب همبستگی( ضریب تعیین)  R2=0.953(همبستگی بین غلظت تعادلی رنگ در محلول و نسبت بین غلظت تعادلی و حداکثر ظرفیت جذب تعادلی) نسبت به ایزوترم جذب مدل فروندلیچ با ضریب همبستگی (ضریب تعیین) R2=0.918 (همبستگی بین غلظت تعادلی رنگ در محلول و ظرفیت جذب جاذب ) پیروی می­کند. پارامترهای حاصل از مدل­های ایزوترم جذب در جدول 2 آورده شده است.

مطالعه­ی سنتیک جذب سطحی: برای ارزیابی سنتیک جذب رنگ راکتیو قرمز 198، داده­های حاصل با معادله­های شبه درجه­ی اول و دوم مطابقت داده شد (روابط 6 و 7 ) (21).

معادله­ی شبه در­یجه اول:
       (6)                         

   معادله­ی شبه درجه­ی دوم:                                                       (7)

که در آن qe ظرفیت جذب جاذب در زمان تعادل (mg/g)، qt ظرفیت جذب جاذب در زمان t (mg/g) و k1، k2 مقادیر ثابت هستند. براساس نتایج، حذف رنگ مورد نظر از سنتیک شبه درجه­ی دوم با ضریب همبستگی (ضریب تعیین) R2=0.999 پیروی می­کند. نتایج حاصل از بررسی سنتیک شبه درجه­ی اول و دوم در جدول 3 ذکر شده است.

بازده­ی حذف رنگ راکتیو قرمز 198 در نمونه واقعی: بازده­ی حذف رنگ راکتیو قرمز 198 از فاضلاب کارخانه­ی یزدباف در شرایط بهینه ( pH معادل 7، مقدار 4 دهم گرم پراکسید کلسیم در 100 میلی لیتر و زمان 50 دقیقه ) 18/76 درصد گزارش شد.

 

بحث

تاثیر pH: از آنجا که pH محلول بر بار سطحی جاذب، درجه­ی یونیزاسیون آلاینده­های مختلف، جداسازی گروه­های کاربردی بر روی سایت­های فعال جاذب تاثیرگذار است، لذا نقش مهمی در فرآیند جذب ایفا می­کند (22). نتایج نشان داد که جاذب مورد بررسی در محدوده­یpH  اسیدی بالاترین بازده را دارد. به طوری­که با افزایش pH از 3 به 7 بازده­ی حذف کاهش چندانی نداشت (از 88/95 درصد به 91/94 درصد)، اما با افزایش بیشتر pH به 13 بازده به 51/61 درصد کاهش یافت. رنگ مورد بررسی به­دلیل وجود گروه­های سولفیت در فرم آنیونی است (17). با توجه به نتایج می­توان نتیجه­گیری کرد که پراکسید کلسیم از جمله جاذب­هایی است که pHzpc (zero point charge) آن کمی بیشتر از 7 می باشد و در این صورت در pH < pHzpc (pH<7) دارای بار سطحی مثبت بوده و با توجه به ماهیّت آنیونی رنگ راکتیو قرمز 198، هم  نیروی جاذبه­ی الکترواستاتیک بین جاذب و آلاینده و هم بازده حذف افزایش می­یابد و برعکس در pH > pHzpc (PH>7) دارای بار سطحی منفی بوده و با افزایش نیروی دافعه الکترواستاتیک بین جاذب و آلاینده بازده­ی حذف کاهش می­یابد. نتایج به­دست آمده با نتایج زارعی و همکاران در سال 2012 در ایران با موضوع آماده سازی ترکیب کربن فعال ـ  پلی آنیلین جهت حذف راکتیو قرمز 198 (pH=3  )، دواتّا و همکاران در سال 2009 در هند با هدف جذب رنگ راکتیو قرمز روی سطح TiO2 (pH=3 )، فرجی و همکاران در سال 2010 در ایران با موضوع استفاده از نانوذرات مغناطیسی پوشیده شده با ستیل تری متیل آمونیوم بروماید جهت حذف رنگ­های راکتیو (pH=3)، بذرافشان و همکاران در سال 2012 در ایران با هدف حذف رنگ راکتیو قرمز 198 با استفاده از خاکستر زائدات پسته (pH=2)، قانعیان و همکاران در سال 2010 در ایران با موضوع جذب رنگ راکتیو قرمز 198 با استفاده از نانو ذرات دی اکسید تیتانیم (pH=4) مطابقت دارد (16, 17, 23-25).

تاثیر زمان تماس: با افزایش زمان تماس از 5 به 90 دقیقه بازده­ی حذف از 54/71 درصد به 51/96 درصد و ظرفیت جذب از 85/178 به 275/241 میلی­گرم بر گرم افزایش یافت و بعد از رسیدن به زمان تعادل (50 دقیقه) تقریبا ثابت ماند. بازده حذف برای زمان­های 10، 20، 30، 40، 50، 60، 70 و80 دقیقه به ترتیب برابر 36/79، 25/81، 73/86، 17/92، 05/95، 86/95، 94/95 و 2/96 درصد و ظرفیت جذب به ترتیب معادل 4/198، 125/203، 825/216، 425/230، 625/237، 65/239، 85/239 و 5/240 میلی گرم بر گرم حاصل شد. در ابتدا و در مراحل اولیه­ی جذب شمار زیادی از سایت­های سطحی برای انجام جذب در دسترس بوده و بدین دلیل  بیش از 85 درصد بازده­ی حذف طی 30 دقیقه اول حاصل شد. نتایج مطالعات قانعیان و همکارانش در سال­های 2010، 2011 و 2012 در ایران با موضوع حذف رنگ راکتیو قرمز 198 به­ترتیب با استفاده از نانو ذرات دی اکسید تیتانیم، پودر استخوان ماهی مرکب و پودر هسته انار و مطالعه­ی بذرافشان و همکارانش در سال 2012 در ایران با هدف حذف رنگ مورد نظر به­وسیله­ی خاکستر حاصل از زایدات پسته و مطالعه­ی ززولی و همکارانش در سال 2013 در ایران با موضوع بررسی میزان جذب رنگ راکتیو قرمز 198 با استفاده از گل قرمز فعال شده، تاییدکننده­ی نتایج مطالعه­ی حاضر می باشد (22-24, 26, 27).

تاثیر جرم جاذب: بررسی اثر جرم جاذب و تعیین جرم بهینه­ی جاذب مورد استفاده در فرآیندهای جذب یکی از مهمترین مسایلی است که باید مورد توجه قرارگیرد. در این مطالعه با افزایش میزان جاذب از 5 صدم گرم به  6 دهم گرم، بازده­ی حذف از 99/30 به 58/99 درصد افزایش و ظرفیت جذب از 84/619 به 97/165میلی­گرم بر گرم کاهش یافت. در دوزهای جاذب 2، 3، 4 و 5 دهم گرم بازده حذف به ترتیب 522/65، 048/87، 742/96 و 236/98 درصد و ظرفیت جذب به ترتیب 61/327، 16/290، 855/241 و 472/196 میلی گرم بر گرم بدست آمد. در واقع با افزایش میزان جاذب به­دلیل افزایش نسبت جاذب به رنگ و به­عبارتی افزایش سطح و محل­های  جذب، درصد حذف رنگ افزایش می­یابد. اما از طرفی دیگر، ظرفیّت جذب به­دلیل این­که کل نقاط فعال سطح جاذب به­طور کامل مورد استفاده قرارنمی­گیرد، کاهش می یابد. روند مشابهی درخصوص این موضوع در مطالعات قانعیان و همکارانش در سال­های 2010 و 2011 در ایران با موضوع بررسی کارایی نانوذرات دی اکسید تیتانیم و پودر استخوان ماهی مرکب در حذف رنگ راکتیو قرمز 198، بذرافشان و همکارانش در سال 2012 در ایران با هدف رنگ­زدایی راکتیو قرمز 198 به­وسیله­ی خاکستر حاصل از زایدات پسته، ززولی و همکارانش در سال 2013 در ایران در زمینه­ی جذب راکتیو قرمز 198 از محلول­های آبی با استفاده از گل قرمز فعال شده و اصیلیان و همکارانش در سال 2010 در ایران با موضوع استفاده از لجن حاصل از فرآیند انعقاد تصفیه خانه­ی آب در جذب راکتیو قرمز 198 گزارش شده است (22-24, 27, 28).

تاثیر غلظت اولیه­ی رنگ: غلظت اولیه­ی رنگ، فراهم­کننده­ی نیروی محرکه­ی قابل ملاحظه جهت غلبه بر کل مقاومت حاصل از انتقال جرم رنگ بین فازهای جامد و مایع است و این یکی از عواملی است که میزان جذب را تحت تاثیر قرار  می­دهد (23). در این مطالعه با افزایش غلظت رنگ از 10 به 300 میلی گرم بر لیتر بازده­ی حذف با یک روند کاهشی به ترتیب 99، 26/99، 04/94، 09/89، 38/82، 52/80 و 87/77 درصد و ظرفیت جذب رنگ با یک روند افزایشی به ترتیب 75/24، 08/124، 10/235، 10/334، 90/411، 23/503 و062/584 میلی­گرم بر گرم محاسبه شد. با افزایش غلظت اولیه­ی رنگ در یک جرم جاذب ثابت میزان سطح فعال در دسترس برای جذب ثابت مانده، اما تعداد مول­های آلاینده موجود در محیط واکنش، افزایش و در نتیجه بازده­ی حذف کاهش می یابد. از طرفی دیگر با افزایش غلظت اولیه­ی رنگ نیروی انتقال جرم افزایش یافته و این پدیده بر نیروی مقاومت کننده در برابر جذب غلبه کرده و باعث ایجاد نیروی رانش قابل توجهی جهت انتقال آلاینده از فاز مایع به سطح مشترک جاذب ـ مایع می­شود و این امر موجب خود افزایش ظرفیت جذب می­گردد. در این راستا نتایج مشابهی توسط قانعیان و همکارانش در سال­های 2010، 2011 و 2012 در ایران که به بررسی حذف رنگ راکتیو قرمز 198 به­ترتیب با استفاده از نانو ذرات دی اکسید تیتانیم، پودر استخوان ماهی مرکب و پودر هسته­ی انار پرداختند و اصیلیان و همکارانش در سال 2010 در ایران که حذف رنگ راکتیو قرمز 198 را از طریق جذب روی لجن حاصل از فرآیند انعقاد تصفیه­خانه­ی آب مورد مطالعه قراردادند، گزارش شده است (24, 26-28).

ایزوترم جذب: معادله­ی ایزوترم­ها می­تواند توصیف­کننده­ی چگونگی وقوع واکنش بین جذب­شونده با ماده­ی جاذب باشد. به­عبارتی دیگر معادله­ی ایزوترم نشان­دهنده­ی ارتباط بین غلظت رنگ در محلول و مقدار رنگ جذب شده بر سطح جاذب، در شرایطی که هر دو فاز در حال تعادل با یکدیگر قراردارند، می­باشد (23). در این مطالعه، مدل­های ایزوترم جذب لانگمویر و فروندلیچ مورد بررسی قرارگرفتند. نتایج حاصل از جذب راکتیو قرمز 198 بر روی جاذب پراکسید کلسیم با مدل لانگمویر با ضریب همبستگی  R2=0.953نتایج بهتری را نسبت به مدل فروندلیچ نشان داد. مدل ایزوترم لانگمویر برای جذب سطحی تک لایه بر روی سطحی حاوی تعداد محدودی از سایت­های جذب یکسان و مشابه صحیح می باشد (23).

با توجه به نتایج گزارش شده توسط اصیلیان و همکارانش در سال 2010 در ایران در زمینه­ی حذف رنگ راکتیو قرمز 198 با استفاده از لجن حاصل از انعقاد تصفیه­خانه­ی آب، دوتّا و همکارانش در سال 2009 در هند با موضوع حذف رنگ راکتیو قرمز 198 با استفاده از TiO2، فرجی و همکارانش در سال 2010 در ایران با هدف حذف رنگ راکتیو قرمز 198 با استفاده از نانو ذرات مغناطیسی پوشیده شده با ستیل تری متیل آمونیوم بروماید و موسوی و همکارش در سال 2009 در ایران با هدف استفاده از نانو ذرات MgO در حذف رنگ راکتیو قرمز 198، حذف رنگ مورد نظر از مدل ایزوترم لانگمویر پیروی می­کند. (6, 16, 17, 28).

سنتیک جذب: به منظور بررسی مکانیسم جذب راکتیو قرمز 198 روی جاذب پراکسید کلسیم نتایج حاصل­شده با معادلات شبه درجه­ی اول و دوم بررسی شدند. براساس نتایج جذب رنگ مورد نظر روی جاذب پراکسید کلسیم از معادله­ی شبه درجه­ی دوم با ضریب همبستگی R2=0.999 پیروی می­کند. این نتیجه با یافته­های سایر محققان ازجمله موسوی و همکارش در سال 2009 در ایران با هدف حذف رنگ راکتیو بلو 19 و راکتیو قرمز 198 با استفاده از نانو ذرات MgO، فرجی و همکارانش در سال 2010 در ایران با موضوع بررسی نانو ذرات مغناطیسی پوشیده با ستیل تری متیل آمونیوم بروماید به­عنوان جاذبی کارآمد در حذف رنگ­های راکتیو از فاضلاب صنایع نساجی و ساقی و همکارانش در سال 2012 در ایران با هدف بررسی کارایی لجن فعال خشک شده در حذف رنگ راکتیو نارنجی 3R  مطابقت دارد (6, 17, 29).

بازده در نمونه­ی واقعی: به­دلیل وجود مداخله­کننده­های موجود، بازده­ی حذف در فاضلاب واقعی (18/76 درصد) کمتر از نمونه­ی سنتتیک (58/99 درصد) می­باشد.

بر اساس نتایجحاصل­شدهو با توجه به بازده­ی به­دست آمده برای جاذب مورد بررسی و سنتز آسان این جاذب می توان از آن جهت تصفیه­ی فاضلاب­های رنگی استفاده نمود. همچنین می­توان کاربرد آن را در حذف سایر مواد آلی موجود در  محیط­های آبی پیشنهاد نمود.

 

تشکر و قدردانی

این مقاله حاصل پایان­نامه­ی مقطع کارشناسی ارشد رشته­ی مهندسی بهداشت محیط می باشد که به شماره طرح 93381 زیر نظر مرکز تحقیقات مهندسی بهداشت محیط دانشگاه علوم پزشکی کرمان و با حمایت معاونت تحقیقات و فناوری این دانشگاه انجام یافته است. بدین­وسیله نویسندگان از مساعدت­های آنان که هموارکننده­ی انجام این پژوهش بوده­اند، سپاسگزاری می­کنند.

 

References

  1. Iram M, Guo C, Guan Y, Ishfaq A, Liu H. Adsorption and magnetic removal of neutral red dye from aqueous solution using Fe< sub> 3 O< sub> 4 hollow nanospheres. Journal of hazardous materials. 2010;181(1):1039-50.
  2. Nidheesh PV, Gandhimathi R, Ramesh ST. Degradation of dyes from aqueous solution by Fenton processes: a review. Environmental Science and Pollution Research. 2013;20(4):2099-132.
  3. Leili M, Ramavandi B. The efficiency evaluation of activated carbon prepared from date stones for removal of methylene blue dye from aqueous solutions. Journal of Sabzevar University of Medical Sciences. 2014;21(3):502-13. (Persian)
  4. Dawood S, Sen TK, Phan C. Synthesis and Characterisation of Novel-Activated Carbon from Waste Biomass Pine Cone and Its Application in the Removal of Congo Red Dye from Aqueous Solution by Adsorption. Water, Air, & Soil Pollution. 2014;225(1):1-16.
  5. Xu D, Gu C, Chen X. Adsorption and removal of acid red 3R from aqueous solution using flocculent humic acid isolated from lignite. Procedia Environmental Sciences. 2013;18:127-34.
  6. Moussavi G, Mahmoudi M. Removal of azo and anthraquinone reactive dyes from industrial wastewaters using MgO nanoparticles. Journal of hazardous materials. 2009;168(2):806-12.
  7. Chagas NV, Quinaia SP, Anaissi FJ, Santos JM, Felsner ML, Justi KC. Clay and charcoal composites: characterisation and application of factorial design analysis for dye adsorption. Chemical Papers. 2014;68(4):553-63.
  8. Dos Santos AB, Cervantes FJ, Van Lier JB. Review paper on current technologies for decolourisation of textile wastewaters: perspectives for anaerobic biotechnology. Bioresource Technology. 2007;98(12):2369-85.
  9. Ghaneian MT, Ehrampoush MH, Ghanizadeh G, Momtaz M. Study of Eggshell Performance as a Natural Sorbent for the Removal of Reactive Red 198 Dye from Aqueous Solution. Journal of Tolue Behdasht. 2011;10(1):70-81.(Persian)
  10. Tan KA, Morad N, Teng TT, Norli I, Panneerselvam P. Removal of cationic dye by magnetic nanoparticle (Fe3O4) impregnated onto activated maize cob powder and kinetic study of dye waste adsorption. APCBEE Procedia. 2012;1:83-9.
  11. Badruddoza A, Hazel GSS, Hidajat K, Uddin M. Synthesis of carboxymethyl-β-cyclodextrin conjugated magnetic nano-adsorbent for removal of methylene blue. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2010;367(1):85-95.
  12. Bellir K, Bouziane IS, Boutamine Z, Lehocine MB, Meniai A. Sorption study of a basic dye “Gentian violet” from aqueous solutions using activated bentonite. Energy Procedia. 2012;18:924-33.
  13. Chowdhury S, Chakraborty S, Saha PD. Response surface optimization of a dynamic dye adsorption process: a case study of crystal violet adsorption onto NaOH-modified rice husk. Environmental Science and Pollution Research. 2013;20(3):1698-705.
  14. Belessi V, Romanos G, Boukos N, Lambropoulou D, Trapalis C. Removal of Reactive Red 195 from aqueous solutions by adsorption on the surface of TiO< sub> 2 nanoparticles. Journal of hazardous materials. 2009;170(2):836-44.
  15. Wu C-H. Effects of sonication on decolorization of CI Reactive Red 198 in UV/ZnO system. Journal of hazardous materials. 2008;153(3):1254-61.
  16. Dutta S, Parsons SA, Bhattacharjee C, Jarvis P, Datta S, Bandyopadhyay S. Kinetic study of adsorption and photo-decolorization of Reactive Red 198 on TiO< sub> 2 surface. Chemical Engineering Journal. 2009;155(3):674-9.
  17. Faraji M, Yamini Y, Tahmasebi E, Saleh A, Nourmohammadian F. Cetyltrimethylammonium bromide-coated magnetite nanoparticles as highly efficient adsorbent for rapid removal of reactive dyes from the textile companies’ wastewaters. Journal of the Iranian Chemical Society. 2010;7(2):S130-S44.
  18. Esmaeili A, Kalantari M. Bioremoval of an azo textile dye, Reactive Red 198, by Aspergillus flavus. World Journal of Microbiology and Biotechnology. 2012;28(3):1125-31.
  19. Debrassi A, Baccarin T, Demarchi CA, Nedelko N, Ślawska-Waniewska A, Dłużewski P, et al. Adsorption of Remazol Red 198 onto magnetic N-lauryl chitosan particles: equilibrium, kinetics, reuse and factorial design. Environmental Science and Pollution Research. 2012;19(5):1594-604.
  20. Olyaie E, Banejad H, Afkhami A, Rahmani A, Khodaveisi J. Development of a cost-effective technique to remove the arsenic contamination from aqueous solutions by calcium peroxide nanoparticles. Separation and Purification Technology. 2012;95:10-5.
  21. Akar T, Arslan S, Akar ST. Utilization of< i> Thamnidium elegans fungal culture in environmental cleanup: A reactive dye biosorption study. Ecological Engineering. 2013;58:363-70.
  22. Zazouli MA, Balarak D, Mahdavi Y, Ebrahimi M. Adsorption rate of 198 reactive red dye from aqueous solutions by using activated red mud. Iranian journal of health sciences. 2013;1(1):36-43.
  23. Bazrafshan E, Mostafapour FK, Barikbin B. Decolorization of Reactive Red 198 by means of pistachio-nut shell ash. journal of Birjand University of Medical Science. 2012;19(3):266-76.(Persian)
  24. Ghaneian MT, Ehrampoush MH, Rahimi S, Ghanizadeh G, Askarshahi M. Adsorption of Reactive Red 198 Dye on TiO2 Nano-particle from Synthetic Wastewater. Journal of Tolue Behdasht. 2010;3(4):59-70. (Persian)
  25. Zareyee D, Tayebi H, Javadi SH. Preparation of polyaniline/activated carbon composite for removal of reactive red 198 from aqueous solution. Iranian Journal of Organic Chemistry. 2012;4(1):799-802. (Persian)
  26. Ghaneian MT, Dehvari M, Taghavi M, Amrollahi M, Jamshidi B. Application of Pomegranate Seed Powder in the removal of Reactive Red 198 dye from aqueous solutions. journal of Health Science of Jondi Shapour. 2012;4(3):45-55. (Persian)
  27. Ghaneian MT, Ehrampoush MH, Dehvari M, Jamshidi B, Amrollahi M. A Survey of the Efficacy of Cuttle Fish Bone Powder in the Removal of Reactive Red 198 dye from Aqueous Solution. Journal of Tolue Behdasht. 2011;10(3,4):127-38. (Persian)
  28. Asilian H, Mousavi G, Mahmoodi M. Adsorption of Reactive Red 198 Azo Dye fromAqueous Solution onto theWaste Coagulation Sludge of theWater Treatment Plants. Journal of Health and Science. 2010;3(1):93-102. (Persian)
  29. Saghi MH, Allahabadi A, Rahmanisani A, Vazeiri T, Hekmatshoar R. Removal of Reactive Orange 3 dye from aqueous solution by biosorption technology. Journal of Sabzevar University of Medical Sciences. 2012;19(2):127-35. (Persian)

 

 

 

 

Original Article

A survey of the Efficacy of Calcium Peroxide Nanoparticles in the Removal of Reactive Red 198 from Textile Wastewater

Mohammad Malakootian

Professor, Environmental Health Engineering Research Center, Department of Environmental Health, School of Public Health, Kerman University of Medical Sciences, Kerman, Iran

 

Ali Asadipour

Associate Professor, Department of Medicinal Chemistry, Pharmaceutical Research Center, School of Pharmacy, Kerman University of Medical Sciences, Kerman, Iran

 

Somayeh Mohammadi Senjedkooh

Msc student in Environmental Health Engineering, Department of Environmental Health, School of Public Health, Kerman University of Medical Sciences, Kerman, Iran

 

Received:23/09/2015, Revised:14/11/2015, Accepted:30/01/2016


Abstract

Background & Objectives: Textile industry is one of the largest industries producing dying wastewater. Discharge of this wastewater to acceptor waters endangers aquaticslife through reducing light transmission, reducing dissolve oxygen, and increasing COD. This study investigated the efficiency of calcium peroxide nanoparticles in removal of Reactive Red 198 from synthetic wastewater and wastewater of YAZDBAF textile factory.

Materials & Methods: This experimental study was performed in spring and summer of 2014 in Environmental Health Engineering Research Center of Kerman University of Medical Science. Characteristic of synthesized nanoparticles was determined by TEM and XRD. Adsorption experiments in batch system were performed on synthetic sample and real wastewater. The effect of solution pH (3-13), initial concentration of dye (10-300 mg/L), contact time (5-90 min) and adsorbent dosage (0.05-0.6 g) was investigated and adsorption isotherms were determined. Data was analyzed by SPSS version 21, Excel 2007 softwares and Pearson correlation coefficient.

Results: Synthesized adsorbent particles had uniformly spherical shape with approximately diameter of 15-25 nm. The optimum pH for removal of reactive red 198 was 3-7. The equilibrium contact time was 50 minutes and optimum dosage of adsorbent was 0.4 g/100 mL. In these optimum conditions, removal efficiency in synthetic and real sample was 99.58 and 76.18 percent, respectively.

Conclusion: Based on the results, calcium peroxide is an efficient adsorbent in removing reactive red 198 and, with attention to simplicity of synthesis, it can be used as an applied in treating textile wastewaters.

Keywords: Adsorption, Calcium peroxide, YAZDBAF factory

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Corresponding author:

Ali Asadipour,

Department of Medicinal Chemistry, Pharmaceutical Research Center, School of Pharmacy, Kerman University of Medical Sciences, Kerman, Iran

E-mail: aliasadipour@yahoo.com

  1. Iram M, Guo C, Guan Y, Ishfaq A, Liu H. Adsorption and magnetic removal of neutral red dye from aqueous solution using Fe< sub> 3 O< sub> 4 hollow nanospheres. Journal of hazardous materials. 2010;181(1):1039-50.
  2. Nidheesh PV, Gandhimathi R, Ramesh ST. Degradation of dyes from aqueous solution by Fenton processes: a review. Environmental Science and Pollution Research. 2013;20(4):2099-132.
  3. Leili M, Ramavandi B. The efficiency evaluation of activated carbon prepared from date stones for removal of methylene blue dye from aqueous solutions. Journal of Sabzevar University of Medical Sciences. 2014;21(3):502-13. (Persian)
  4. Dawood S, Sen TK, Phan C. Synthesis and Characterisation of Novel-Activated Carbon from Waste Biomass Pine Cone and Its Application in the Removal of Congo Red Dye from Aqueous Solution by Adsorption. Water, Air, & Soil Pollution. 2014;225(1):1-16.
  5. Xu D, Gu C, Chen X. Adsorption and removal of acid red 3R from aqueous solution using flocculent humic acid isolated from lignite. Procedia Environmental Sciences. 2013;18:127-34.
  6. Moussavi G, Mahmoudi M. Removal of azo and anthraquinone reactive dyes from industrial wastewaters using MgO nanoparticles. Journal of hazardous materials. 2009;168(2):806-12.
  7. Chagas NV, Quinaia SP, Anaissi FJ, Santos JM, Felsner ML, Justi KC. Clay and charcoal composites: characterisation and application of factorial design analysis for dye adsorption. Chemical Papers. 2014;68(4):553-63.
  8. Dos Santos AB, Cervantes FJ, Van Lier JB. Review paper on current technologies for decolourisation of textile wastewaters: perspectives for anaerobic biotechnology. Bioresource Technology. 2007;98(12):2369-85.
  9. Ghaneian MT, Ehrampoush MH, Ghanizadeh G, Momtaz M. Study of Eggshell Performance as a Natural Sorbent for the Removal of Reactive Red 198 Dye from Aqueous Solution. Journal of Tolue Behdasht. 2011;10(1):70-81.(Persian)
  10. Tan KA, Morad N, Teng TT, Norli I, Panneerselvam P. Removal of cationic dye by magnetic nanoparticle (Fe3O4) impregnated onto activated maize cob powder and kinetic study of dye waste adsorption. APCBEE Procedia. 2012;1:83-9.
  11. Badruddoza A, Hazel GSS, Hidajat K, Uddin M. Synthesis of carboxymethyl-β-cyclodextrin conjugated magnetic nano-adsorbent for removal of methylene blue. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2010;367(1):85-95.
  12. Bellir K, Bouziane IS, Boutamine Z, Lehocine MB, Meniai A. Sorption study of a basic dye “Gentian violet” from aqueous solutions using activated bentonite. Energy Procedia. 2012;18:924-33.
  13. Chowdhury S, Chakraborty S, Saha PD. Response surface optimization of a dynamic dye adsorption process: a case study of crystal violet adsorption onto NaOH-modified rice husk. Environmental Science and Pollution Research. 2013;20(3):1698-705.
  14. Belessi V, Romanos G, Boukos N, Lambropoulou D, Trapalis C. Removal of Reactive Red 195 from aqueous solutions by adsorption on the surface of TiO< sub> 2 nanoparticles. Journal of hazardous materials. 2009;170(2):836-44.
  15. Wu C-H. Effects of sonication on decolorization of CI Reactive Red 198 in UV/ZnO system. Journal of hazardous materials. 2008;153(3):1254-61.
  16. Dutta S, Parsons SA, Bhattacharjee C, Jarvis P, Datta S, Bandyopadhyay S. Kinetic study of adsorption and photo-decolorization of Reactive Red 198 on TiO< sub> 2 surface. Chemical Engineering Journal. 2009;155(3):674-9.
  17. Faraji M, Yamini Y, Tahmasebi E, Saleh A, Nourmohammadian F. Cetyltrimethylammonium bromide-coated magnetite nanoparticles as highly efficient adsorbent for rapid removal of reactive dyes from the textile companies’ wastewaters. Journal of the Iranian Chemical Society. 2010;7(2):S130-S44.
  18. Esmaeili A, Kalantari M. Bioremoval of an azo textile dye, Reactive Red 198, by Aspergillus flavus. World Journal of Microbiology and Biotechnology. 2012;28(3):1125-31.
  19. Debrassi A, Baccarin T, Demarchi CA, Nedelko N, Ślawska-Waniewska A, Dłużewski P, et al. Adsorption of Remazol Red 198 onto magnetic N-lauryl chitosan particles: equilibrium, kinetics, reuse and factorial design. Environmental Science and Pollution Research. 2012;19(5):1594-604.
  20. Olyaie E, Banejad H, Afkhami A, Rahmani A, Khodaveisi J. Development of a cost-effective technique to remove the arsenic contamination from aqueous solutions by calcium peroxide nanoparticles. Separation and Purification Technology. 2012;95:10-5.
  21. Akar T, Arslan S, Akar ST. Utilization of< i> Thamnidium elegans fungal culture in environmental cleanup: A reactive dye biosorption study. Ecological Engineering. 2013;58:363-70.
  22. Zazouli MA, Balarak D, Mahdavi Y, Ebrahimi M. Adsorption rate of 198 reactive red dye from aqueous solutions by using activated red mud. Iranian journal of health sciences. 2013;1(1):36-43.
  23. Bazrafshan E, Mostafapour FK, Barikbin B. Decolorization of Reactive Red 198 by means of pistachio-nut shell ash. journal of Birjand University of Medical Science. 2012;19(3):266-76.(Persian)
  24. Ghaneian MT, Ehrampoush MH, Rahimi S, Ghanizadeh G, Askarshahi M. Adsorption of Reactive Red 198 Dye on TiO2 Nano-particle from Synthetic Wastewater. Journal of Tolue Behdasht. 2010;3(4):59-70. (Persian)
  25. Zareyee D, Tayebi H, Javadi SH. Preparation of polyaniline/activated carbon composite for removal of reactive red 198 from aqueous solution. Iranian Journal of Organic Chemistry. 2012;4(1):799-802. (Persian)
  26. Ghaneian MT, Dehvari M, Taghavi M, Amrollahi M, Jamshidi B. Application of Pomegranate Seed Powder in the removal of Reactive Red 198 dye from aqueous solutions. journal of Health Science of Jondi Shapour. 2012;4(3):45-55. (Persian)
  27. Ghaneian MT, Ehrampoush MH, Dehvari M, Jamshidi B, Amrollahi M. A Survey of the Efficacy of Cuttle Fish Bone Powder in the Removal of Reactive Red 198 dye from Aqueous Solution. Journal of Tolue Behdasht. 2011;10(3,4):127-38. (Persian)
  28. Asilian H, Mousavi G, Mahmoodi M. Adsorption of Reactive Red 198 Azo Dye fromAqueous Solution onto theWaste Coagulation Sludge of theWater Treatment Plants. Journal of Health and Science. 2010;3(1):93-102. (Persian)
  29. Saghi MH, Allahabadi A, Rahmanisani A, Vazeiri T, Hekmatshoar R. Removal of Reactive Orange 3 dye from aqueous solution by biosorption technology. Journal of Sabzevar University of Medical Sciences. 2012;19(2):127-35. (Persian)