توصيفگر ها :
مونت موريلونيت , نانوذرات آهن صفرظرفيتي , اتيلن گلايكول , تتراسايكلين , فوتوكاتاليست , سينتيك جذب , واجذبي
چكيده فارسي :
معضل اساسي آنتي‌بيوتيك‌ها، توانايي افزايش مقاومت ضدميكروبي است كه پس از دفع شدن در محيط زيست سبب به وجود آمدن بيماري هاي مقاوم به آنتي‌بيوتيك‌هاي فعلي مي شوند. يكي از پركاربرد ترين آنتي‌بيوتيك‌ها، تتراسايكلين مي باشد كه. يكي از پركاربرد ترين راه هاي حذف آن از محيط آبي استفاده از جاذب هاست. مونت موريلونيت از دسته رس هايي است كه به عنوان يك جاذب طبيعي ارزان و در دسترس براي جذب تتراسايكلين كاربرد دارد. نانوذرات آهن صفرظرفيتي(nZVI) به دليل داشتن ساختار و ويژگي هاي منحصر به فرد به عنوان يك جاذب و كاتاليزور در فرايند تخريب فوتوكاتاليستي مورد استفاده قرار گرفته است. با اين حال، استفاده از آن با مشكلاتي چون كاهش واكنش پذيري، طول عمر كوتاه، اكسيداسيون، تشكيل رسوب، محدوديت جذب آلاينده هاي آلي، تجمع يافتن ذرات و در نتيجه كاهش سطح ويژه، كاهش جذب و تحرك و درنتيجه كاهش بازده است. براي غلبه بر اين مشكلات، مي توان از مواد طبيعي يا سنتز شده مانند كاني هاي رسي به ويژه مونت موريلونيت به عنوان بستري براي nZVI استفاده كرد كه پراكندگي، پايداري و واكنش‌پذيري بهتر و همچنين ظرفيت حذف عالي آلاينده‌ها را نشان ميدهد. همچنين براي جلوگيري از تجمع و اكسيداسيون مي توان از ماده پوشش دهنده اتيلن گلايكل استفاده كرد. علاوه بر اين، وجود اتيلن گلايكل به ميزان قابل توجهي واجذبي را كاهش ميدهد. در اين پژوهش، مونت موريلونيت خالص سازي شده و به منظور فعال سازي آن از روش سديمي كردن توسط سديم نيترات استفاده شد. سپس، از روش كاهش فاز مايع براي سنتز جاذب هاي EG-nZVI-Mt و nZVI-Mt استفاده شد. به منظوركاهش مقاومت باكتريايي، ظرفيت جذب و مكانيزم جذب تتراسايكلين توسط EG-nZVI-Mt (g/L 2/0) و ساير جاذب ها (Mt، Na-Mt، EG-Mt و nZVI-Mt) با محلول غلظت هاي مختلف تتراسايكلين (ppm 50، 100، 200، 400، 700 و 1000) در pH برابر با 5/6 بررسي شد. مدل‌سازي سينتيكي جذب نشان داد كه فرآيندهاي جذب مي‌توانند به خوبي با معادله شبه مرتبه دوم و مدل انتشار بين ذره اي برازش شود. نتايج جذب نشان داد كه افزورن nZVI باعث افزايش ميزان جذب به ميزان بيش از 2 برابر شد. براي همه جاذب¬ ها، جذب در ابتدا با سرعت بسيار بالاتر رخ داد و بعد از گذشت زمان مشخص به حداكثر ظرفيت خود رسيد. طيف سنجي فلورسانس پرتوايكس (XRF)، پراش پرتو اشعه ايكس (XRD)، ميكروسكوپ الكتروني عبوري (TEM)، ميكروسكوپ الكتروني روبشي با طيف سنجي پراش انرژي پرتو ايكس (FESEM/EDX)، طيف‌سنجي مادون قرمز تبديل فوريه (FT-IR) و طيف سنجي پلاسماي جفت شده القايي (ICP) براي بررسي تركيب و ساختار جاذب هاي ساخته شده استفاده شد. حداكثر ظرفيت جذب تتراسايكلين در EG-nZVI-Mt (mg/g 152) به طور قابل‌توجهي بيشتر از Mt (mg/g 75) در همان شرايط ( 48 ساعت، غلظت تتراسايكلين ppm400) بود. همچنين، با افزايش غلظت تتراسايكلين، حداكثر مقدار جذب نمونه EG-nZVI-Mt از حدود mg/g 20 به بيش از mg/g 300 افزايش يافت. با اين حال، درصد جذب از %88 در غلظت ppm 50 به %50 در غلظت ppm 1000 كاهش داشت. همچنين، استفاده از nZVI به عنوان يك كاتاليزور منجر به افزايش سرعت و افزايش تخريب فوتوكاتاليستي تتراسايكلين شد و به ترتيب به ميزان 93.6% و 95% تتراسايكلين جذب‌شده در نمونه‌هاي nZVI-Mt و EG-nZVI-Mt تخريب يافت. در نتيجه، مي توان كامپپوزيت EG-nZVI-Mtرا به عنوان يك جاذب موثر و كاربردي براي جذب و تخريب تتراسايكلين در نظر گرفت.
چكيده انگليسي :
Antibiotics pose a major challenge due to the development of antimicrobial resistance, leading to diseases resistant to current treatments when released into the environment. Tetracycline, a commonly used antibiotic, can be effectively removed from water using a cheap, available and natural absorbents like montmorillonite clay. Zero-valent iron nanoparticles (nZVI) have been utilized for their unique properties in photocatalytic degradation processes, but face limitations such as reduced reactivity, short lifespan, oxidation, and particle accumulation and as a result reduced efficiency. To address these issues, incorporating nZVI onto clay minerals like montmorillonite can enhance dispersion, stability, and pollutant removal efficiency. In addition, coating nZVI with ethylene glycol can further prevent aggregation and oxidation, albeit at the cost of reduced absorption capacity. In this research, montmorillonite underwent purification using the sodium nitrate method. Subsequently, the liquid phase reduction method was employed to synthesize EG-nZVI-Mt and nZVI-Mt adsorbents. The research aimed to investigate the impact of EG-nZVI-Mt (0.2 g/L) and other adsorbents (Mt, Na-Mt, EG-Mt, and nZVI-Mt) on the absorption capacity and mechanism of tetracycline, with solutions containing varying concentrations of tetracycline (50, 100, 200, 400, 700, and 1000 ppm) at a pH of 6.5 to mitigate bacterial resistance. The adsorption kinetics were well described by the pseudo-second-order equation and the interparticle diffusion model. Results indicated that the addition of nZVI significantly enhanced the absorption rate by more than twofold. XRF, XRD, TEM, FESEM/EDX, FT-IR, and ICP spectroscopy were utilized to analyze the composition and structure of the developed adsorbents. The tetracycline absorption capacity of EG-nZVI-Mt (152 mg/g) surpassed that of Mt (75 mg/g) within 48 hours at a tetracycline concentration of 400 ppm. Furthermore, the absorption capacity of EG-nZVI-Mt increased from approximately 20 mg/g to over 300 mg/g with rising tetracycline concentrations. However, the absorption percentage decreased from 88% at 50 ppm to 50% at 1000 ppm. The incorporation of nZVI as a catalyst resulted in enhanced speed and photocatalytic degradation of tetracycline, with 93.6% and 95% degradation observed in nZVI-Mt and EG-nZVI-Mt samples, respectively. Consequently, the EG-nZVI-Mt composite emerges as a promising adsorbent for efficient tetracycline absorption and photodegradation.
