قابلیت نانوجاذب آلی با پایه کمپوست (Compost/Fe3O4NPs)در پاک سازی خاک های آلوده

محورهای موضوعی : محیط زیست

لاله قفقازی ¹ , لعبت تقوی ² , بهنام راسخ ³ , هادی فراهانی ⁴ , امیرحسام حسنی ⁵

1 - دانشجوی دکتری رشته علوم و مهندسی محیط زیست، دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران.
2 - دانشیار گروه علوم محیط زیست و جنگل، دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران.
3 - دانشیار پژوهشکده محیط زیست و بیوتکنولوژی، پژوهشگاه صنعت نفت(RIPI)، تهران، ایران.
4 - دانشیار پژوهشگاه صنعت نفت(RIPI)، تهران، ایران.
5 - استاد گروه مهندسی محیط زیست، دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران.

تاریخ دریافت : 1402/06/15 تاریخ پذیرش : 1402/08/10 تاریخ انتشار : 1402/06/01

کلید واژه: روش سطح پاسخ, سلامت خاک, پسماند آلی, حفاظت محیط زیست, دی‌(2-‌ اتیل‌هگزیل)‌‌ فتالات,

چکیده مقاله :

فتالات ها از مهمترین آلاینده‌های نوظهور مطرح در چالش سلامت انسان، ایمنی ‌غذایی و حفظ محیط ‌زیست هستند. در این میان، آلودگی خاک های کشاورزی با ترکیب شیمیایی مختل‌کننده غدد درون‌ریز دی(2-اتیل‌هگزیل)‌‌ فتالات در سطح جهانی تایید شده است. در این پژوهش قابلیت جذب کمپوست غنی شده با نانوذرهFe3O4، در حذف DEHP شناسایی گردید. تاثیر پارامترهای دوز جاذب در بازه (5-2) گرم بر لیتر، pH(11-3) و غلظت آلاینده DEHP در بازه (10-5) میلی‌گرم بر لیتر بر درصد کارایی جذب با روش سطح پاسخ در نرم‌افزار دیزاین اکسپرت (11.0.3.0) بهینه‌سازی شد. نتایج آزمایش های تعادلی سینتیک، فرآیند دو مرحله‌ای را با احتساب 6 ساعت زمان تعادلی، برای جذب اگزوترمیک DEHP در دمای 25 درجه سانتی گراد نشان داد. ضمن آنکه فرآیند جذب با مدل سینتیک خطی و غیرخطی شبه درجه دوم کاذب (0/9932=R2) و شکل خطی ایزوترم فروندلیچ (0/9906=R2) به بهترین وجه برازش داده شد. در طراحی مرکب مرکزی، مدل معنی دار درجه دوم در پیش‌بینی برهم کنش متغیرها به‌خوبی برازش یافت (Adjusted R2=0/9753 ،P-value<0/0001). شرایط بهینه کارایی جذب 74/173 درصد در شرایط دوز نانوجاذب 4/157 گرم بر لیتر، pH معادل 5/85، غلظت DEHP معادل 4/88 میلی‌گرم بر لیتر و با مطلوبیت 0/987 حاصل شد. مقایسه طیف های جذبی FTIR، مشارکت فعال باندهای O-H گروه های عاملی فنل، الکل، کربوکسیل و آمین نوع اول (N-H) جاذب را در جذب DEHP از طریق برهم کنش با اکسیژن گروه استرفتالات (C = O) تایید کرد. بنابراین کاربرد جاذب Compost/Fe3O4 NPs با پایه پسماندهای آلی به واسطه کارایی موثر و قابل قبول می‌تواند به عنوان روشی کم‌هزینه و دوست دار محیط‌زیست در حذف آلاینده مقاوم DEHP از بوم سازگان‌های حساس و نیز با هدف بهبود کارآیی زیست‌پالایی در خاک های کشاورزی اصلاحی با کمپوست پیشنهاد گردد.

چکیده انگلیسی:

One of the most important emerging pollutants in human health, food safety, and environmental protection challenges is phthalate esters. Among these, the contamination of agricultural soils with the endocrine-disrupting chemical Di (2-ethylhexyl) phthalate (DEHP) has been confirmed globally. In this research, the DEHP-absorption potential of compost enriched with Fe3O4 NPs was identified. The effects of the sorbent dose in the range of 2–5 g.L-1, 3–11 pH, and DEHP concentration at 5–10 mg.L-1 on absorption efficiency (%) were optimized via response surface methodology in design expert software. The kinetic equilibrium experiment results showed a two-step process, requiring 6 hours of equilibrium time for the exothermic adsorption process at 25ºC. The adsorption process of DEHP fitted best to the pseudo-second-order kinetic (R2 = 0.9932) and the linear form of the Freundlich isotherm models. In the central composite design, the significant quadratic model was validated and used to predict the interaction of variables (P-value <0.0001, adjusted R2 = 0.9753). The optimum conditions of absorption efficiency (74.173%) were obtained at a sorbent dosage of 4.157 g.L-1, pH 5.85, and a DEHP concentration of 4.88 mg.L-1 with a desirability of 0.987. The comparison of FTIR absorption spectra confirmed the active participation of O-H bands (functional groups of phenol, alcohol, and carboxyl) and primary amine (N-H) in the DEHP absorption through interaction with the oxygen atom of the phthalate ester group (C=O). As a result of its successful and acceptable efficiency, using compost/Fe3O4 NP absorbent based on organic wastes is a low-cost and eco-friendly technique for DEHP removal from sensitive ecosystems and also to improve the efficiency of bioremediation in agricultural soils amended by compost.