کد مقاله : QAFJ-2301-1053 (R1) بازدید : 208 صفحه: 37 - 54

نوع مقاله: پژوهشی

سنتز سبز فیلتر نانوکامپوزیتی استات سلولز/ اکسید روی با عصاره گیاهی و کاربرد آن در حذف آلودگی منابع آبی

محورهای موضوعی : فصلنامه کیفیت و ماندگاری تولیدات کشاورزی و مواد غذایی

سهراب حاج محمدی ¹ , دادخدا غضنفری ² , عنایت الله شیخ حسینی ³ , ناهید رستاخیز ⁴ , حمیده اسدالله زاده ⁵

1 - دانشجوی دکتری ، گروه شیمی،,واحد کرمان، دانشگاه آزاد اسلامی، کرمان، ایران
2 - دانشیار، گروه شیمی، دانشگاه آزاد اسلامی کرمان، کرمان، ایران
3 - استادیار ،گروه شیمی، دانشگاه آزاد اسلامی کرمان، کرمان، ایران
4 - استادیار ،گروه شیمی، دانشگاه آزاد اسلامی کرمان، کرمان، ایران
5 - استادیار ،گروه شیمی، دانشگاه آزاد اسلامی کرمان، کرمان، ایران

تاریخ دریافت : 1401/10/19 تاریخ پذیرش : 1401/12/01 تاریخ انتشار : 1402/03/01

کلید واژه: استات سلولز, سنتز سبز, دافنه ماکروناتا, اکسید روی, نانو فیلتر,

چکیده مقاله :

منابع آبی جزو سرمایه های طبیعی هر کشوری به شمار می‌ایند. ‌لذا حفظ این منابع طبیعی از جمله چالش های مهم همه کشورها به شمار می‌اید. استفاده بیش از حد از مواد شیمیایی و صنعتی و ورود آنها به منابع آبی ، مشکلات فراوانی را برای این منابع به وجود آورده است. لذا ارائه روش‌های نوین در حذف آلاینده های آبی از اهمیت زیادی برخوردار است. روش سنتز سبز نانوذرات به علت دارا بودن ویژگی‌هایی مانند ایمنی بیشتر ،سازگاری با محیط زیست، سـاده و کم هزینه بودن مورد توجه زیاد واقع شده است. در این کار پژوهشی سنتز سبز نانوذرات اکسید روی با استفاده از گیاه دافنه ماکروناتا انجام شد و در تهیه نانو فیلتر استات سلولز/ اکسید روی مورد استفاده قرارگرفت. تصویر میکروسکوپ الکترونی از نانو فیلتر نشان می‌دهد میانگین اندازه قطر نانوالیاف در حدود 40 نانو متر و میانگین اندازه نانوذرات حدود 47 نانو متر می‌باشد. همچنین تاثیر این فیلتر در حذف رنگ متیل اورانژ از منابع آبی در شرایط مختلف غلظت رنگ، میزان جاذب و pH مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد فیلتر نانوکامپوزیتی استات سلولز/ اکسید روی قادر به حذف حدود 90 درصد رنگ متیل اورانژ در شرایط بهینه می‌باشد. همچنین نتایج بررسی اثر ضد میکروبی این ساختار بر روی 4 نمونه باکتری بیماری زا شامل باسیلوس سرئوس و استافیلوکوس اپیدرمیس ، سالمونلا و اسینتو باکتر انجام شد. نتایج نشان داد بیشترین قطر هاله عدم رشد مربوط به باکتری های بیماری زای باسیلوس سرئوس و استافیلوکوس اپیدرمیس و حدود 22 میلی متر می‌باشد.

چکیده انگلیسی:

Water resources are among the natural capitals of every country, therefore, the preservation of these natural resources is one of the important challenges of all countries. Excessive use of chemical and industrial materials has created many problems for these sources. Therefore, providing new methods to remove water pollutants is very important. The method of green synthesis of nanoparticles has attracted a lot of attention due to its features such as greater safety, compatibility with the environment, simplicity, and low cost. In this research work, the green synthesis of zinc oxide nanoparticles was carried out using the Daphne macronata plant and it was used in the preparation of a cellulose acetate/zinc oxide filter. The electron microscope image of the nano filter shows that the average diameter of nanofibers is about 40 nanometers and the average size of nanoparticles is about 47 nanometers. Also, the effect of this filter in removing methyl orange dye from water sources was investigated in different conditions of dye concentration, amount of adsorbent, and pH. The results showed that the cellulose acetate/zinc oxide nanocomposite filter is able to remove about 90% of methyl orange color in optimal conditions. Also, the results of investigating the antimicrobial effect of this structure on 4 samples of pathogenic bacteria, including Bacillus cereus and Staphylococcus epidermis, Salmonella, and Acinetobacter were carried out. The results showed that the largest diameter of the halo of non-growth is related to the pathogenic bacteria Bacillus cereus and Staphylococcus epidermis and is about 22 mm

منابع و مأخذ:

1-Lin L, Yang H, Xu X. Effects of Water Po-llution on Human Health and Disease Hetero-geneity: A Review. Frontiers in Environmen-tal Science. 2022;10:1-8.

2-Maheshwari K, Agrawal M, Gupta AB. Dye Pollution in Water and Wastewater. In: Muthu SS, Khadir A, editors. Novel Materials for Dye-containing Wastewater Treatment. Singapore: Springer Singapore. 2021;1-25.

3-Farhan Hanafi M, Sapawe N. A review on the water problem associate with organic po-llutants derived from phenol, methyl orange, and remazol brilliant blue dyes. Materials Today: Proceedings. 2020;31:A41-A50.

4-rahimi F, momeni M, arab chamjangali M. Degradation rate of Methyl Orange organic dye by high voltage spark plasma. Journal of Environmental Science and Technology. 2022; 45-57

5-Ghosh GC, Chakraborty TK, Zaman S, Nahar MN, Kabir AHME. Removal of Meth-yl Orange Dye from Aqueous Solution by a Low-Cost Activated Carbon Prepared from Mahagoni (Swietenia mahagoni) Bark. Pollu-tion. 2020;6(1):171-184.

6-Kumar R, Kumar M, Luthra G. Fundame-ntal approaches and applications of nanotech-nology: A mini review. Materials Today: Pro-ceedings. 2023;2:172-181.

7-Koç P, Gülmez A. Analysis of relationships between nanotechnology applications, mine-ral saving and ecological footprint: Evidence from panel fourier cointegration and causality tests. Resources Policy. 2021;74:102373-102382.

8-Pirarath R, Bhagwat UO, Palani S, Aljafari B, Sambandam A. Nanostructured zinc ortho-titanates for photocatalytic removal of dye pollutants. Materials Science and Engine-ering: B. 2023;287:116107-116114.

9-Nasr RA, Ali EA. Polyethersulfone/gelatin nano-membranes for the Rhodamine B dye removal and textile industry effluents treatm-ent under cost effective condition. Journal of Environmental Chemical Engineering. 2022; 10(2):107250-107261.

10-Anusiya G, Jaiganesh R. A review on fab-rication methods of nanofibers and a special focus on application of cellulose nanofibers. Carbohydrate Polymer Technologies and Ap-plications. 2022;4:1-14.

11-Shangguan W, Li S, Cao L, Wei M, Wang Z, Xu H. Electrospinning and nanofibers: Bu-ilding drug delivery systems and potential in pesticide delivery. Materials Today Commu-nications. 2022;33: 345-399.

12-Satilmis B. Electrospinning Polymers of Intrinsic Microporosity (PIMs) ultrafine fibe-rs; preparations, applications and future pers-pectives. Current Opinion in Chemical Engi-neering. 2022;36: 793-812.

13-Hazarika KK, Konwar A, Borah A, Saikia A, Barman P, Hazarika S. Cellulose nanofiber mediated natural dye based biodegradable bag with freshness indicator for packaging of meat and fish. Carbohydrate Polymers. 2023; 300: 241-250.

14-Khairnar BA, Dabhane HA, Dashpute RS, Girase MS, Nalawade PM, Gaikwad VB. Stu-dy of biogenic fabrication of zinc oxide nano-particles and their applications: A review. Inorganic Chemistry Communications. 2022; 5: 46-52.

15-Nair GM, Sajini T, Mathew B. Advanced green approaches for metal and metal oxide nanoparticles synthesis and their environm-ental applications. Talanta Open. 2022;5: 80-92.

16-Chugh R, Kaur G. A mini review on green synthesis of nanoparticles by utilization of Musa-balbisiana waste peel extract. Materials Today: Proceedings. 2022; 14-22.

17-Naikoo GA, Mustaqeem M, Hassan IU, Awan T, Arshad F, Salim H, et al. Bioinspired and green synthesis of nanoparticles from plant extracts with antiviral and antimicrobial properties: A critical review. Journal of Saudi Chemical Society. 2021;25:101304-101315.

18-Singla S, Jana A, Thakur R, Kumari C, Goyal S, Pradhan J. Green synthesis of silver nanoparticles using Oxalis griffithii extract and assessing their antimicrobial activity. OpenNano. 2022;7:20-31.

19-Khan A-u, Ali F, Khan D, Gilani A-H. Gut modulatory effects of Daphne oleoides are mediated through cholinergic and Ca⁺⁺ anta-gonist mechanisms. Pharmaceutical Biology. 2011;49(8):821-835.

20-Sadiq H, Sher F, Sehar S, Lima EC, Zhang S, Iqbal HMN, et al. Green synthesis of ZnO nanoparticles from Syzygium Cumini leaves extract with robust photocatalysis applica-tions. Journal of Molecular Liquids. 2021; 335: 567-578.

21-Majumder S, Sharif A, Hoque ME. Cha-pter 9-Electrospun Cellulose Acetate Nanofi-ber: Characterization and Applications. In: Al-Oqla FM, Sapuan SM, editors. Advanced Processing, Properties, and Applications of Starch and Other Bio-Based Polymers: Elsev-ier. 2020;2:139-155.

22-Lee H, Nishino M, Sohn D, Lee JS, Kim IS. Control of the morphology of cellulose acetate nanofibers via electrospinning. Cell-ulose. 2018;25(5):2829-2837.

23-Bhattacharjee MK. Better visualization and photodocumentation of zone of inhibition by staining cells and background agar differe-ntly. The Journal of Antibiotics. 2015;68(10): 657-669.

24-Belanger CR, Hancock REW. Testing ph-ysiologically relevant conditions in minimal inhibitory concentration assays. Nature Prot-ocols. 2021;16(8):3761-3774.

25-Minimum Bactericidal Concentration Te-sting. Clinical Microbiology Procedures Han-dbook. 2016; 1:5-14.

26-Ding W, Zhang Y, Lu H, Wan W, Shen Y. Automatic 3D reconstruction of SEM images based on Nano-robotic manipulation and epi-polar plane images. Ultramicroscopy. 2019; 200:149-157.

27-Kader S, Al-Mamun MR, Suhan MBK, Shuchi SB, Islam MS. Enhanced photodeg-radation of methyl orange dye under UV irradiation using MoO₃ and Ag doped TiO₂ photocatalysts. Environmental Technology & Innovation. 2022;27:102476-102481.

28-Da Dalt S, Alves AK ,Bergmann CP. Photocatalytic degradation of methyl orange dye in water solutions in the presence of MWCNT/TiO₂ composites. Materials Resea-rch Bulletin. 2013;48(5):1845-1850.

29-Akisawa A, Tamogami A, Takeda N, Na-kayama M, Natsui T. Effect of Adsorbent on the Performance of Double Effect Adsorption Refrigeration Cycle with Adsorption Heat Recovery. International Journal of Refrigera-tion. 2022;141: 21-30.

30-Doulati Ardejani F, Badii K, Limaee NY, Shafaei SZ, Mirhabibi AR. Adsorption of Di-rect Red 80 dye from aqueous solution onto almond shells: Effect of pH, initial concen-tration and shell type. Journal of Hazardous Materials. 2008;151(2):730-747.

31-Azizi A, Moniri E, Hassani AH, Ahmad Panahi H. Reusability, optimization, and ads-orption studies of modified graphene oxide in the removal of Direct Red 81 using response surface methodology. Advances in Environ-mental Technology. 2020;6(4):175-185.

32-Tsai F-C, Ma N, Chiang T-C, Tsai L, Shi J-J, Xia Y, et al. Adsorptive removal of me-thyl orange from aqueous solution with cross-linking chitosan microspheres. Journal of Water Process Engineering. 2014;1: 2-7.

33-Ahmed S, Ahmad M, Swami BL, Ikram S. A review on plants extract mediated synthesis of silver nanoparticles for antimicrobial appl-ications: A green expertise. Journal of Advan-ced Research. 2016;7(1):17-28.

34-Ying S, Guan Z, Ofoegbu PC, Clubb P, Rico C, He F, et al. Green synthesis of nan-oparticles: Current developments and limita-tions. Environmental Technology & Innova-tion. 2022;26:102336-102350.

35-Dastagir G, Ahmad I, Uza NU. Microm-orphological evaluation of Daphne mucron-ata Royle and Myrtus communis L. using scanning electron microscopic techni-ques. Microsc Res Tech. 2022;85(3):1120-1134.

36-Matinise N, Fuku XG, Kaviyarasu K, Ma-yedwa N, Maaza M. ZnO nanoparticles via Moringa oleifera green synthesis: Physical properties & mechanism of formation. Appli-ed Surface Science. 2017;406:339-347.

37-Akama Y, Tong A, Ito M, Tanaka S. The study of the partitioning mechanism of meth-yl orange in an aqueous two-phase system. Talanta. 1999;48(5):1133-1147.

38-Vojnović B, Cetina M, Franjković P, Sutl-ović A. Influence of Initial pH Value on the Adsorption of Reactive Black 5 Dye on Pow-dered Activated Carbon: Kinetics, Mechani-sms, and Thermodynamics. Molecules. 2022; 27(4):1349-1360.

_||_

متن کامل:

دوره دوم/ شماره چهارم/ بهار 1402/ مقاله پژوهشی/صفحات 54-37 $C:\Users\AFRANG\Downloads\_\لوگو فارسی.jpg$ https://www.qafj.iauk.ac.ir

سنتز سبز فیلتر نانو‌کامپوزیتی استات سلولز / اکسید روی با عصاره گیاهی و کاربرد آن در حذف آلودگی منابع آبی

سهراب حاج‌محمدی1، دادخدا غضنفری*2، عنایت‌الله شیخ‌حسینی2، ناهید رستاخیز3، حمیده اسدالله‌زاده3

1- دانشجوی دکتری، گروه شیمی، واحد کرمان، دانشگاه آزاد اسلامی، کرمان، ایران

2- دانشیار، گروه شیمی، واحد کرمان، دانشگاه آزاد اسلامی، کرمان، ایران

3- استادیار ، گروه شیمی، واحد کرمان، دانشگاه آزاد اسلامی، کرمان، ایران

* نویسنده مسئول: ghazanfari@iauk.ac.ir

دریافت مقاله: 19/10/1401، پذیرش مقاله: 1/12/1401

چکیده

منابع آبی جزو سرمایههای طبیعی هر کشوری به شمار می‌آیند. ‌لذا حفظ این منابع طبیعی از جمله چالش‌های مهم همه کشورها به شمار میآید. استفاده بیش از حد از مواد شیمیایی و صنعتی و ورود آنها به منابع آبی، مشکلات فراوانی را برای این منابع به وجود آورده است. لذا ارائه روش‌های نوین در حذف آلاینده‌های آبی از اهمیت زیادی برخوردار است. روش سنتز سبز نانوذرات به علت دارا بودن ويژگي‌هايي مانند ایمنی بیشتر، سازگاري با محيط زيست، سـاده و کم هزینه بودن مورد توجه زیاد واقع شده است. در این کار پژوهشی سنتز سبز نانوذرات اکسید روی با استفاده از گیاه دافنه ماکروناتا انجام شد و در تهیه نانوفیلتر استات سلولز / اکسید روی مورد استفاده قرارگرفت. تصویر میکروسکوپ الکترونی از نانوفیلتر نشان می‌دهد میانگین اندازه قطر نانوالیاف در حدود 40 نانومتر و میانگین اندازه نانوذرات حدود 47 نانومتر می‌باشد. همچنین تاثیر این فیلتر در حذف رنگ متیلاورانژ از منابع آبی در شرایط مختلف غلظت رنگ، میزان جاذب و pH مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد فیلتر نانوکامپوزیتی استات سلولز / اکسید روی قادر به حذف حدود 90 درصد رنگ متیلاورانژ در شرایط بهینه می‌باشد. همچنین نتایج بررسی اثر ضد میکروبی این ساختار بر روی 4 نمونه باکتری بیماریزا شامل باسیلوس سرئوس و استافیلوکوس اپیدرمیس، سالمونلا و اسینتوباکتر انجام شد. نتایج نشان داد بیشترین قطر هاله عدم رشد مربوط به باکتریهای بیماریزای باسیلوس سرئوس و استافیلوکوس اپیدرمیس و حدود 22 میلی‌متر می‌‌‌باشد.

واژههای کلیدی: استات سلولز، اکسید روی، سنتز سبز، دافنه ماکروناتا، نانوفیلتر

مقدمه

آلودگی آب موضوع مهمی است که در سالهای اخیر مورد توجه کارشناسان محیط زیست در سرتاسر دنیا قرار گرفته است. بیشتر آلودگی آبهای سطحی ناشی از ورود فاضلابهای صنعتی است که حاوی انواع مواد شیمیایی، رنگ و افزودنیهای صنعتی می‌باشند (1).

رنگها از متداولترین آلایندههای موجود در پساب خروجی از صنایعی همچون نساجی و رنگرزی می‌باشند که نمونههای مختلفی از آنها به وفور در صنایع مختلف استفاده می‌شود. لذا ارائه راهکارهایی جهت حذف این ترکیبات ضروری به نظر می‌رسد (2). متیلاورانژ یکی از مهمترین شناساگرهای اسید- بازی است که برای تعیین pH اسیدی و بازی در محیطهای آزمایشگاهی و صنعتی و نیز در بخش طیفسنجی جهت تعیین فرمولاسیون مواد استفاده می‌شود. به دلیل استفاده فراوان این ترکیب در فرایندهای صنعتی، غلظت زیاد این ماده در فاضلابهای کارخانه‌ها و ورود آن به آبهای سطحی مشکلاتی را برای محیط زیست ایجاد کرده است (3).

با توجه به مقاوم بودن این ترکیبات به تجزیه شدن در طبیعت و نیز سمیت زیاد آن، امروزه فرآيندهاي مختلفي براي تصفيه رنگ‌ها در محلولهاي آبي استفاده می‌شود که شامل جذب، انعقاد شيميايي و فرايندهاي غشايي می‌باشد (4، 5). با اين حال اکثر روشهاي ذكر شده منجر به حذف کامل آلایندههای رنگی به ویژه در مقادیر کم نمی‌شوند. همچنین برخی سیستمهای تصفیه آب پرهزينه بوده و نیاز به نصب تجهیزات ویژه‌ای دارند. لذا نیاز به ارائه روش‌های جدید در حذف آلاینده‌ها ضروری به نظر می‌رسد.

نانوفناوری، به عنوان یک رویکرد جدید علمی، توانمندی تولید انواع مواد، ابزارها و سامانههای جدیدی است که با کنترل کردن ابعاد مولکول‌ها و اتم‌ها، منجر به ایجاد خواص جدیدی در مواد می‌گردد (6). این فناوری جدید کاربرد‌های بسیاری در حوزه‌های مختلف از جمله مهندسی مواد، محیط زیست و پزشکی دارد (7). کاربردهای گسترده این فناوری و پیامد‌های صنعتی واجتماعی آن، این تکنولوژی را به یک موضوع فرارشته‌ای تبدیل کرده‌است. محدوده نانوساختاری این فناوری شامل طیف وسیعی از نانوذرات، نانوالیاف و نانوپوشش‌ها می‌باشد. فناوری تولید نانوفیلتر از فناوری‌های پرکاربرد در حوزه نانو است که کاربرد گسترده‌ای از صنایع غذایی و دارویی تا صنعت آب و فاضلاب و همچنین صنایع نفت و گاز دارد. یکی از کاربردهای نانوفیلترها در تصفیه آب برای تصفیه آب‌های آلوده و فاضلابهای صنعتی است. در تهیه نانوفیلترها از ساختارهای نانومتری متفاوتی مانند نانوذرات و نانوالیاف استفاده می‌شود (8، 9). نانوالیاف ساختارهایی یک بعدی هستند که تنها یک بعد، خارج از محدوده نانو دارند. این ترکیبات به دلیل داشتن ویژگی‌های منحصر بفردی همچون متخلخل بودن، مساحت سطح بالا، خواص مکانیکی و شیمیایی مطلوب و پایداری گرمایی زیاد در طراحی و ساخت انواع فیلترهای زیستی و پزشکی مورد استفاده قرار می‌گیرند (10). متداولترین روش برای تولید نانوالیاف، فرآیند الکتروریسی می‌باشد. این روش، یک روش موثر و سازگار با محیط زیست است که قابل کنترل بوده و با استفاده از پلیمرهای مختلف و با اهداف کاربردی مورد استفاده قرار می‌گیرد (11، 12).

یکی از پلیمرهای پرکاربرد در تهیه نانوالیاف پلیمرهای زیستی از جمله مشتقات سلولز هستند. در سال‌های اخیر، با توجه به مصرف بیرویه سوخت‌های فسیلی، پلیمرهای زیستی از جمله سلولز به عنوان یک ماده جایگزین سبز برای مشتقات نفتی مطرح شده‌اند. در این راستا استرهای سلولز یکی از بزرگترین و پرمصرفترین مشتقات سلولزی هستند که با تغییر شبکه پیوندهای هیدروژنی ذاتی سلولز و ایجاد جانشینیهای جدید در زنجیره حاصل می‌شود و برای اهداف خاص مورد استفاده قرار می‌گیرند. جایگزینیهایی که به صورت گروههای استیل در استات سلولز ایجاد شده‌اند، از تشکیل کامل پیوندهای هیدروژنی جلوگیری می‌کنند و برهمکنش‌های جدیدی در زنجیره سلولزی ایجاد می‌کنند. استرهای سلولزی از نظر واکنشپذیری متفاوت از سلولز عمل کرده و می‌توان از آنها در کاربردهای مختلفی مانند صنایع داروسازی، غشاهای جداسازی، پوششها و رنگها، فیلترهای کروماتوگرافی گازی و غیره استفاده کرد (13).

نانوذرات نیز از دیگر ساختارهای نانومتری هستند که در فرایند فیلتراسیون و حذف انواع آلاینده‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. نانوذرات اکسید روی یکی از پرکاربردترین نانوذرات هستند که به دلیل خواص ضد میکروبی و فوتوکاتالیستی مناسب و منحصربفرد، کاربردهای زیادی در تولید انواع فیلترهای ضد میکروبی دارند (14). نانوذرات در صنایع به روشهای فیزیکی و شیمیایی مختلف تولید می‌شوند. با این وجود آلودگی‌های محیط‌زیستی مانند آلودگی‌های شیمیایی می‌تواند در اثر انجام انواع فرآیندهای شیمیایی و فیزیکی که برای تولید نانوذرات استفاده می‌شود، ایجاد شود. از این رو، پژوهشگران تلاش‌های بسیاری برای سنتز انواع نانومواد توسط فرآیندهای سازگار با محیط ‌زیست با استفاده از میکروارگانیسمهای مختلف و عصاره‌های گیاهی متنوع انجام داده‌اند (15، 16). سنتز نانو‌ذرات با استفاده از عصاره‌های گیاهی مختلف روشی ساده، موثر و کم‌هزینه در تولید انواع نانوذرات است. هرچند گیاهان مختلفی برای سنتز انواع نانوذرات به کار گرفته شده‌اند. با این وجود به دلیل جذابیت و کاربرد نانوذرات تلاش برای یافتن روشهای سنتز سبز نانوذرات با نمونههای گیاهی جدید توسط محققین ادامه دارد (17، 18). گیاه دافنه یکی از گیاهان بومی ایران به ویژه در نواحی مرکزی و شرقی است که دارای تنوع گونههای زیاد بوده و کاربردهای دارویی و زیستی فراوانی دارد. گونه‌هاي مختلف این تیره از زمانهاي گذشته براي درمان انواع بیماريهاي پوستی، ناراحتی روماتیسمی و درد مفاصل و همچنین برخی سرطانها مورد استفاده قرار می‌گرفتند (19).

با توجه به اينکه گزارش‌هاي کمي در مورد کاربرد اين گياه در سنتز نانوذرات منتشر شده است در این کار پژوهشی سنتز سبز نانوذرات اکسید روی با استفاده از عصاره این گیاه مورد بررسی قرار گرفت. همچنین نانوفیلتر سلولزی حاوی این نانوذرات تهیه شد و جهت حذف آلاینده‌های شیمیایی و میکروبی از آب مورد استفاده قرار گرفت.

مواد و روشها

مواد

مواد شيميايي مورد نياز شامل پليمر استات سلولز با وزن مولکولي 30000، حلال متانول و اسید استیک با درجه خلوص 95 درصد، نیترات ‌روی و حلال دي‌متيل‌سولفوکسيد با درجه خلوص 98 درصد، محيط کشت مولر هينتون آگار از شرکت مرک آلمان، اسيد سولفوريک 95 درصد و پودر کلريد ‌باريم بدون آب جهت ساخت استاندارد مک‌فارلند از شرکت مرک آلمان تهيه شد و بدون خالص‌سازي بيشتر مورد استفاده قرار گرفت. ميکروارگانيسمهاي استفاده شده جهت انجام تست ضدميکروبي، شامل دو نمونه باکتري‌هاي گرم مثبت Bacillus cereus (PTCC 1665) و Staphylococcus epidermidis (PTCC 1435) و دو نمونه باکتري گرم منفيSalmonella enterica (PTCC 1709) وAcinetobacter baumannii) (PTCC 1855 بودند که از بانک ميکروبي مرکز پژوهشهاي علمي و صنعتي ايران تهيه شدند.

تهيه عصاره گياهي

گونه دافنه ماکروناتا جمع‌آوري شده از مناطق کوهستاني اطراف شهرستان بافت، توسط متخصصين گياه‌شناس دانشگاه شهيد باهنر کرمان شناسايي و مورد تأييد قرار گرفت. سپس برگهاي تازه گياه با آب مقطر به خوبي شسته شده و به مدت يک هفته در دماي اتاق بـه دور از نور مستقيم خورشيد خشك شدند. برگهای خشک شده، توسط آسياب برقي به صورت پودر درآمده و عصاره‌گيري از آنها، به وسيله حلال متانول 80% با همزدن مخلوط در دمای اتاق به مدت 24 ساعت انجام شد. محلول به دست آمده توسط کاغذ صافي واتمن 42، صاف شد و به مدت 30 دقيقه به وسيله دستگاه سانتريفيوژ با سرعت 10000 دور در دقيقه سانتريفيوژ شد. در نهايت، عصاره به دست آمده در شیشههای استريل و براي استفاده‌هاي بعدي در يخچال با دماي تقريبي 4- درجه سانتيگراد نگهداري شد.

سنتز سبز نانوذرات اکسید روی با استفاده از عصاره گیاه دافنه ماکروناتا

به منظور سنتز نانوذرات اکسید روی، از عصاره برگ گیاه دافنه ماکروناتا استفاده شد. در این تحقیق ابتدا 100 میلیلیتر از محلول نیترات روی 0.5 مولار در ظرف وارد شد. سپس 20 میلیلیتر از عصاره گیاهی دافنه ماکروناتا به دست آمده به محیط اضافه شد و سپس بر روي همزن مغناطیسی قرار گرفت. نمونه به مدت 24 ساعت در دمای محیط به آرامی هم‌زده شد. تشکیل سوسپانسون سفید رنگ در محیط نشان‌دهنده تشکیل هیدروکسید روی در محیط است. بعد از ته‌نشین شدن رسوبات هیدروکسید روی، نمونه دردستگاه سانتریفیوژ قرار داده شد تا رسوبات کاملا جدا شوند. رسوب به دست آمده به مدت دو ساعت در کوره با دمای 350 درجه قرار داده شد تا ترکیب هیدروکسید روی به نانوذرات اکسید روی تبدیل شود (20).

توليد لايه نانوالياف کامپوزیتی استات سلولز / اکسید روی به روش الكتروريسي

برای تهیه نانوالیاف پلیمری ابتدا محلول پليمري استات سلولز با درصد وزني / وزني 12 درصد از پليمر استات سلولز بر اساس مطالعات قبلي تهيه شد (21). در مرحله بعد، مقدار 0.2 گرم از نانوذرات اکسید روی، به 10 ميليليتر از محلول پليمري افزوده شد و مخلوط حاصل، به مدت 30 دقیقه در دستگاه التراسونیک قرار داده شد تا محلول كاملاً يكنواختي حاصل گردد.

جهت تهيه نانوالياف از دستگاه الكتروريسي شركت نانوآزما، ساخت كشور ايران استفاده شد. اين دستگاه مجهز به سامانه تامين كننده ولتاژ بالا، به ميزان 30 کيلوولت و پمپ الكتروريسي با سرنگ 5 سيسي، سوزن مدل اسپاينال ٢٢ و يک جمع‌كننده مي‌باشد. در اين تحقيق، محلول پليمري داخل يک سرنگ ريخته شد و فاصله سوزن تا جمع‌کننده 8 سانتيمتر، ولتاژ دستگاه 20 کيلوولت، نرخ تزريق 3 ميليليتر بر ساعت و سرعت چرخش جمع‌کننده 100 دور بر دقيقه تنظيم شد. بعد از يک ساعت کار دستگاه، لايه نازکي از نانوالياف پليمري حاوي نانوذرات اکسید روی بر روي جمع‌کننده تشکيل شد. مورفولوژي و قطر نـانواليـاف حاصـل از فرايند الكتروريسي با اسـتفاده از ميكروسـكوپ الكترونـي روبشـي مورد بررسي قرارگرفت (22).

بررسي خواص ضدميکروبي

فعاليتهاي ضدميکروبي نمونه نانوالیاف حاوی نانوذرات اکسید روی شامل تعيين حداقل غلظت بازدارندگي، تعيين حداقل غلظت کشندگي و تعيين قطر هاله عدم رشد بررسي شد. به منظور تعيين حداقل غلظت بازدارندگي و حداقل غلظت کشندگي از روش انتشار چاهک استفاده شد.

بررسی فعالیت ضدمیکروبی نانوالیاف

به منظورتعيين قطر هاله عدم رشد، ابتدا با سوآپ چند نمونه سويه باکتريايي براساس غلظت نیم مکفارلند بر روي پليت‌هاي حاوي محيط کشت جامد مولر- هينتون آگار کشت داده و در وسط آنها یک ديسک خالی قرار داده شد. سپس مقدار 20 ميکروليتر از محلول حاوی نمونه نانوالیاف و نانوذرات که داراي اثرات ضدباکتريايي مناسب برعليه سويه باکتري مورد نظر بودند بر روي ديسک بلانک تزريق و به مدت 24 ساعت در دماي 37 درجه سانتيگراد قرار داده شد. در نهايت، پليت‌ها برداشته شده و قطر هاله ايجاد شده به وسیله نمونه بعد از سه تکرار، توسط کوليس اندازه‌گيري شد (23).

تعيين حداقل غلظت بازدارندگي¹

ابتدا در ظرف محيط کشت حاوی مايع مولر- هينتون، نمونه سويه‌های از باکتريهای گرم مثبت و گرم منفي با غلظت نيم مکفارلند تهيه شد. سپس نمونههایی از نانوالیاف حاوی نانوذرات در حلال ديمتيل سولفوکسيد² با غلظتهای متفاوت تهيه شد و از هر غلظت، مقدار 20 ميکروليتر در چاهک‌هاي يک رديف از پليت کشت سلول 96 خانهای ریخته شد. سپس مقدار 170 ميکروليتر محيط کشت مايع مولر- هينتون و 10 ميکروليتر از نمونه سويه‌هاي باکتريايي مختلف به هر چاهک اضافه و به مدت 24 ساعت درون انکوباتور شيکردار با دماي 37 درجه سانتيگراد قرار داده شد. در نهايت، کمترين غلظتي که کدورتی داخل چاهک مشاهده نشد به عنوان حداقل غلظت بازدارندگي (MIC) گزارش گرديد. در آخرین چاهک هر رديف، فقط حلال دي‌متيل سولفوکسيد و سويه باکتري به عنوان کنترل منفي، ريخته شد. همچنین این آزمون براي داروی جنتامايسين به عنوان شاهد انجام شد (24).

تعيين حداقل غلظت کشندگي³

براي تعيين حداقل غلظت کشندگي، نمونه موجود در چاهک دارای حداقل غلظت بازدارندگي به همراه سه الي چهار غلظت بالاتر از آن با استفاده از سوآپ بر روي پليتهای جداگانه حاوي محيط کشت جامد مولر- هينتون آگار کشت داده شد و به مدت 24 ساعت در دماي 37 درجه سانتيگراد قرار داده شد. پس از زمان مذکور، هر پليت بررسي شده و کمترین غلظتي که باکتري رشد نکرده بود به عنوان حداقل غلظت کشندگي گزارش شد (25).

مشخصه‌يابي نانوالياف کامپوزیتی استات سلولز / اکسید روی

به منظور مشاهده ساختار نانوالياف حاوی نانوذرات تهيه شده و بررسی ابعاد نانوالیاف، از ميكروسكوپ الكتروني روبشي مدلMira 3-TESCAN، ساخت کشور استرالیا استفاده شد. همچنين قطر نانوالياف و نانوذرات با استفاده از روش پردازش تصوير و نرمافزارImage-J 1.46r ، توليد كشور آمريكا محاسبه شد (26). همچنین به منظور بررسی گروههای عاملی موجود در نانوالیاف از دستگاه طیفسنج مادون قرمز FTIR SPECTROSCOPY ساخت کمپانی JASCO کشور ژاپن استفاده شد. این دستگاه دارای قابلیت اندازهگیری عدد موجی در محدودهی 350 تا 7800 سانتی‌متر میباشد.

مطالعات جذبي جهت بررسی کارایی نانوالياف کامپوزیتی استات سلولز / اکسید روی

جهت انجام مطالعات جذبی نانوالیاف کامپوزیتی جهت حذف رنگ متیلاورانژ، ابتدا طول موج بیشترین جذب مربوط به رنگ متیلاورانژ مشخص شد. بدینمنظور محلولی با غلظت ppm 200 از رنگ متیلاورانژ تهیه شد و جذب آن توسط دستگاه طیف‌سنج ماورا بنفش / مرئی قرائت شد (27). سپس مطالعات جذبی جهت بررسی کارایی نانوالیاف کامپوزیتی با استفاده از مقدار مشخصی از نانوکامپوزیت تهیه شده که در تماس با محلول رنگ متیلاورانژ قرار داشت، انجام شد. برای بدست آوردن پارامترهای بهینه جذب ترکیب رنگ متیلاورانژ، از قبیل pH، مقدار جاذب و مقذار رنگ، هر بار یکی از این عوامل مؤثر در جذب تغییر داده ‌شد و با ثابت نگه داشتن بقیه فاکتورها، مقدار بهینه تعیین شد. جهت محاسبه درصد جذب از رابطه زیر استفاده شد:

درصد جذب =(C0−Ct/C0) × 100

در اين رابطه،C0 وCt به ترتيب غلظت اوليه و نهايي رنگ متیلاورانژ را بعد از مدت زمان معینt نشان می‌دهد (28).

برای مطالعه اثر pH بر میزان جذب رنگ متیلاورانژ توسط نانوکامپوزیت، محلولهایی از رنگ متیلاورانژ با غلظت ppm 100درpH های مختلف (3، 5، 7، 9 و 11) تهیه شد. به منظور تنظیم pH از محلولهای رقیق سدیم هیدروکسید و کلریدریک اسید استفاده شد. به 50 میلیلیتر از هر یک از این محلولهاg 2 جاذب اضافه و به مدت دو ساعت توسط همزن در دمای محیط همزده شد. جذب محلول جهت تعيين غلظت رنگ متیلاورانژ هر 15 دقیقه یکبار با دستگاه اسپكتروفوتومتر در طول موج بيشينه حدود 506 نانومتر مطالعه شد.

به منظور بهینهسازی مقدار جاذب، ابتدا 100 میلیلیتر از محلول رنگ متیلاورانژ با غلظتppm 100 در 5 بشر ریخته شد و مقادیر مختلف از جاذب (به ترتیب 5/0 تا 5/2 گرم) به محلول اضافه شد و به مدت یک ساعت بر روي همزن مغناطيسي هم زده شد. سپس جاذب واكنش توسط سانتریفیوژ جداشد و جذب محلول باقیمانده جهت تعيين غلظت رنگ متیلاورانژ با دستگاه اسپكتروفوتومتر در طول موج بيشينه حدود 506 نانومتر مطالعه شد (29).

به منظور بررسی تاثیر غلظت اولیه رنگ متیلاورانژ بر میزان جذب توسط جاذب، محلولهایی با غلظت های ppm 5 تاppm 100 نسبت به رنگ متیلاورانژ در 7pH= تهیه شد. به mL100 از این محلولها به طور جداگانه مقدار 1 گرم از هریک از جاذب نانوکامپوزیتی اضافه و به مدت 120 دقیقه بوسیله همزن مکانیکی همزده شد. سپس جاذبها از محلول جدا و محلول صاف شده برای تعیین مقدار رنگ متیلاورانژ باقیمانده مورد اندازهگیری قرار گرفت (30).

در این تحقیق به منظور بررسی کارایی نانوالیاف کامپوزیتی، امکان بازیابی و استفاده مجدد آن پس از 6 نوبت آزمایش بررسی شد. بدینمنظور جهت واجذب رنگ جذب شده بر روی نانوکامپوزیت پس از هر نوبت استفاده، نمونه جاذب در محلول سود 0.01 مولار به مدت 2 ساعت در دمای محیط قرار داده شد. سپس جاذب جداسازی شد و پس از شستشو با استن و آب مقطر و خشک کردن مجددا جهت حذف رنگ متیلاورانژ مورد استفاده قرار گرفت (31).

نتایج و بحث

نتایج مشخصه‌یابی نانوالياف کامپوزیتی استات سلولز / اکسید روی

بررسی مورفولوژی و ویژگی سطح نانوالیاف تهیه شده با استفاده از تصاویر میکروسکوپ الکترونیSEM با بزرگنمایی 100 هزار برابر انجام شد. تصاویرSEM نشان می‌دهد میانگین اندازه قطر نانوالیاف در این ساختار حدود 40 نانومتر می‌باشد. همچنین وجود ذرات نانومتری اکسید روی با میانگین اندازه 47 نانومتر در تصویر دیده می‌شود (شکل 1).

[1] Minimum inhibitory concentration ) MIC)

[2] Dimethyl sulfoxide(DMSO)

[3] Minimum Bactericidal Concentration (MBC)

شکل 1- تصویر میکروسکوپ الکترونی نانوالیاف حاوی نانوذرات اکسید روی

همچنین به منظور تاييد گروههای عاملی در نمونه نانوالياف، از طيفسنج مادون قرمز¹ (FTIR) با دقت cm-14 و در محدوده ‌cm-14000-400 استفاده شد. وجود پیک قوی در ناحیه ‌cm-11214 و 1735 وجود پیوندهای C-O وC=O را نشان می‌دهد و حضور گروه استات سلولز را در نمونه نانوالیاف تایید می‌کند (شکل 2).

[1] Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR)

$H:\دکترا.دانشگاه آزاد\حاج محمدی. دکترا\مقاله دوم\Untitled.3344png.png$

شکل 2- طیف مادون قرمز نانوالیاف کامپوزیتی استات سلولز / اکسید روی

نتایج فعاليت ضدميکروبي نانوالياف کامپوزیتی استات سلولز / اکسید روی

نتایج فعاليت ضدميکروبي نانوالياف کامپوزیتی استات سلولز حاوی نانوذرات اکسید روی نشان داد قطر هاله عدم رشد ایجاد شده توسط این ساختار روی چند نمونه باکتریهای گرم مثبت و گرم منفی بین 11 تا 22 میلیمتر می‌باشد (جدول 1). در این تحقیق بیشترین قطر هاله عدم رشد نانوالياف کامپوزیتی بر روی باکتریهای گرم مثبت استافیلوکوس اپیدرمیس و باسیلوس سرئوس با قطر هاله 22 میلیمتر مشاهده شد. کمترین قطر هاله ضد میکروبی در باکتری گرم منفی اسینتو باکتر با قطر هاله 11 میلیمتر مشاهده شد (شکل 3).

نتایج مطالعات جذبی فیلتر نانوکامپوزیتی در حذف رنگ متیلاورانژ

جذب محلول حاوی رنگ متیلاورانژ نشان داد بیشترین جذب در طول موج حدود 506 نانومتر مشاهده می‌شود که با اطلاعات مندرج در مقالات مشابهت دارد (شکل 4) (32).

شکل 3- تصویر هاله ضد میکروبی ایجاد شده توسط نانوالياف کامپوزیتی استات سلولز / اکسید روی بر روی سویه‌های میکروبی مختلف: الف) باسیلوس سرئوس ب) استافیلوکوس اپیدرمیس ج) سالمونلا د) اسینتو باکتر

$H:\دکترا.دانشگاه آزاد\حاج محمدی. دکترا\مقاله دوم\4445555.png$

شکل 4- طیف ماورابنفش ترکیب متیلاورانژ

جدول 1 - نتایج تست ضد میکروبی نانوالياف کامپوزیتی استات سلولز / اکسید روی

ردیف	سويه ميکروبی	شاخص بررسی شده	نانوالياف کامپوزیتی استات سلولز / اکسید روی	جنتاميسين
1	Bacillus cereus (PTCC 1665)	قطر هاله عدم رشد (mm)	22.25±0.9	24
		حداقل غلظت بازدارندگي (mg/mL)	32	1
		حداقل غلظت کشندگي (mg/mL)	64	4
2	Staphylococcus epidermidis (PTCC 1435)	قطر هاله عدم رشد (mm)	22.14±1.2	25
		حداقل غلظت بازدارندگي (mg/mL)	512	2
		حداقل غلظت کشندگي (mg/mL)	1024	4
3	Salmonella enterica (PTCC 1709)	قطر هاله عدم رشد (mm)	13±0.8	20
		حداقل غلظت بازدارندگي (mg/mL)	512	4
		حداقل غلظت کشندگي (mg/mL)	1024	8
4	Acinetobacter baumannii (PTCC 1855)	قطر هاله عدم رشد (mm)	11±0.9	19
		حداقل غلظت بازدارندگي (mg/mL)	2048	32
		حداقل غلظت کشندگي (mg/mL)	4096	64
		حداقل غلظت کشندگي (mg/mL)	1024	128

شکلA 5 اثر میزان جاذب را در حذف رنگ متیلاورانژ از محیط آبی نشان می‌دهد. همانطور که در شکل دیده می‌شود با افزایش مقدار جاذب از 0.5 گرم به 2.5 گرم میزان جذب رنگ متیلاورانژ افزایش پیدا کرد. با افزایش میزان جاذب از 2 گرم به 2.5 گرم تغییر محسوسی در میزان جذب مشاهده نمی‌شود. به همین دلیل میزان 2 گرم جاذب به عنوان مقدار بهینه جاذب انتخاب شد (شکل A5).

شکل B5 تغییرات pH را در جذب رنگ متیلاورانژ نشان می‌دهد. همانطور که مشاهده می‌شود بیشترین ظرفیت جاذب برای جذب رنگ متیلاورانژ درpH خنثی و در محدوده 6 تا 8 اتفاق می‌افتد و درpH های پایین و بالا توانایی جاذب برای حذف آلاینده کاهش می‌یابد. لذا با توجه به نتایج آزمایش 7 pH = به عنوانpH بهینه انتخاب شد (شکل B5).

شکل C5 اثر میزان رنگ را در فرایند جذب از محیط آبی نشان می‌دهد. همانطور که در شکل دیده می‌شود با افزایش مقدار رنگ از 5 میلیگرم بر لیتر به 100 میلی‌گرم بر لیتر میزان جذب رنگ متیلاورانژ کاهش پیدا کرد. با افزایش میزان جاذب از 5 میلیگرم بر لیتر به 10 میلیگرم بر لیتر تغییر محسوسی در میزان جذب مشاهده نمی‌شود. به همین دلیل میزان 10 میلیگرم بر لیتر به عنوان کمترین مقدار رنگ جذب شده انتخاب شد (شکل C5).

بررسی امکان استفاده مجدد از نانوکامپوزیت

با توجه به نمودار شکل 6 ظرفیت جذب رنگ توسط جاذب پس از سه بار استفاده از آن بالای 90 درصد و بعد از 6 بار استفاده حدود 80 درصد است.

$H:\دکترا.دانشگاه آزاد\حاج محمدی. دکترا\مقاله دوم\Untitled22.png$

شکل 5- تغییر میزان جاذب، pH و میزان جذب شونده در حذف رنگ متیلاورانژ

شکل 6- بازیابی نانوکامپوزیت و استفاده مجدد از آن

حذف آلودگیهای میکروبی و شیمیایی از آبهای سطحی از اولویتهای زیست محیطی به شمار می‌اید. در این کار پژوهشی نانوفیلتر کامپوزیتی استاتسلولز حاوی نانوذرات اکسید روی تهیه شده به روش سبز با استفاده از عصاره گیاه دافنه ماکروناتا تهیه شد و به عنوان فیلتر جدید جهت حذف آلایندههای رنگی مورد استفاده قرار گرفت. سنتز سبز نانوذرات با استفاده از مواد مختلف زیستی یک رویکرد جدید و ایمن در تهیه این مواد محسوب می‌شود، زیرا هیچ ماده شیمیایی مضری را درگیر نمی‌کند و نیاز به ایجاد شرایط اسیدی یا بازی قوی در محیط ندارد (33). یکی از موارد کاربرد روش سنتز سبز استفاده از عصاره گیاهان است که با استفاده از ترکیبهای احیاکننده موجود در گیاه، سبب احیای نمکهای فلزی به یونهای فلزی می‌شوند. انواع عصاره‌های گیاهی حاوی مواد احیاکننده متفاوتی هستند که وقتی نمک‌های فلزی در معرض آن قرارمی‌گیرند، باعث احیای آن‌ها به یون‌های فلزی می‌شوند. هرچند گونههای گیاهی متنوعی در سنتز انواع نانوذرات مورد استفاده قرار گرفتهاند ولی نقش گیاهان بومی ایران از جمله مشتقات دافنه ماکروناتا در این فرایند بررسی نشده است (34).

گیاه دافنه ماکروناتا یکی از گیاهان بومی ایران به شمار می‌اید که حاوی ترکییات موثره فراوانی است. بتولین¹ یک تريترپن طبیعی موجود در گیاهان جنس دافنه است، که دارای چند گروههای هیدروکسیل و پیوند دوگانه کربنی است. این ترکیب خواص دارویی و ضد توموری خوبی در درمان بیماریهای مختلف نشان داده است (35) (شکل 7).

[1] Betulin

$H:\دکترا.دانشگاه آزاد\حاج محمدی. دکترا\مقاله دوم\betulin.PNG$

شکل 7- ساختار ترکیب بتولین

در سنتز سبز نانوذرات اکسید روی با عصاره گیاه دافنه ماکروناتا ترکیب بتولین به عنوان عامل ایجاد کمپلکس می‌تواند موثر واقع شود. بتولین می‌تواند ازطریق گروههای هیدروکسیل و با ایجاد برهمکنش با یونهای Zn موجود در محیط کمپلکسی از Zn ایجاد کند که در حضور آب به هیدروکسید روی تبدیل می‌شود. این ترکیب در اثر حرارت دادن و حذف آب به نانوذرات اکسید روی تبدیل می‌شود (36) (شکل 8).

$H:\دکترا.دانشگاه آزاد\حاج محمدی. دکترا\مقاله دوم\mechanism png.png$

شکل 8- مکانیسم تشکیل نانوذرات اکسید روی در حضور ترکیب بتولین موجود در عصاره گیاهی

تصوير میکروسکوپ الکترونی به دست آمده از نمونه جمع‌آوري شده بر روي فويل آلومينيومي، اليافی را نشان داد كه از نظر قطر ذرات و يكنواختي ابعاد و شبكه‌ای شدن ساختار قابل قبولی را نشان می‌دهند، به طوري كه میانگین قطر الياف در محدوده 40 نانومتر است (شکل 2).

همچنین تشکیل الیاف یکنواخت و بدون دانه نشان می‌دهد که وارد کردن نانوذرات در بافت پلیمری تغییر چندانی در بافت نانوالیاف ایجاد نمی‌کند. تشکیل الیاف یکنواخت و منظم و دارای تخلخل فراوان در این طرح به دلیل امکان عبور ذرات ریز آلاینده و کاربرد این پوشش را در فیلتراسیون افزایش می‌دهد.

وجود نانوذرات اکسید روی در این نانوکامپوزیت سبب بروز اثرات ضد میکروبی قابل توجه شده است. ميکروارگانيسم‌ها موجود در منابع آبی از عوامل مهم ايجاد بيماري در موجودات زنده هستند و خطرات ناشي از وجود آنها موجب شده است که محققين به فکر روش‌هاي موثرتر براي مقابله با آنها باشند. در اين پژوهش، فعاليت ضدميکروبي نمونه نانوالياف استاتسلولزی حاوي نانوذرات اکسید روی بر روي دو گونه باکتري گرم مثبت Bacillus cereus، و Staphylococcus epidermidis، دو گونه باکتري گرم منفي Salmonella enterica وAcinetobacter baumannii بررسي شد. نتايج نشان داد که نانوالياف استاتسلولزی حاوي نانوذرات، فعاليت ضد ميکروبي قابل توجهي بر روي باکتري‌هاي گرم مثبت و گرم منفي مورد آزمايش نشان مي‌دهند (جدول 1). به طوری که بيشترين قطر هاله عدم رشد در نانوالياف حاوي عصاره، بر روي باکتري گرم مثبت Staphylococcus epidermidisو Bacillus cereus با قطر هاله 22 ميليمتر مشاهده شد. کمترين قطر هاله ضد‌ميکروبي در باکتري گرم منفي Acinetobacter baumannii با قطر هاله 11 ميليمتر مشاهده شد. به منظور بررسی کارایی این نانوجاذب در حذف رنگ متیلاورانژ، نمونه‌هایی از نانوالیاف کامپوزیتی حاوی نانوذرات اکسید روی در تماس با رنگ متیلاورانژ قرارگرفت و اثرات مقدار جاذب، pH و غلظت رنگ بر جذب رنگ متیلاورانژ بررسی شد. با بررسی ظرفیت جذب جاذب میتوان به وضوح استنباط کرد که بارگذاري نانوذرات اکسید روی درون بافت نانوالیاف توانایی جذب رنگ متیلاورانژ را افزایش داده ‌است. این امر نشان می‌دهد که نانوکامپوزیت ساخته شده علاوه بر داشتن خواص نانوالیاف مانند تخلخل و سطح وسیعی از خلل و فرج و جذب بالا، به دلیل وجود نانوذرات اکسید روی داراي نسبت سطح به حجم زیادتر می‌تواند ظرفیت جذب را افزایش دهد. این حالت در ساختارهای دیگر نانوالیاف با تخلخل بالا نیز مشاهده شده است. همچنین نتایج نشان می‌دهد بیشترین میزان جذب در 7pH = انجام می‌شود. زیرا در محیط اسیدی امکان برهمکنش یونهای هیدرونیوم با اتمهای نیتروژن موجود در ساختار رنگ متیلاورانژ وجود دارد و این پدیده باعث درگیر شدن جفت الکترونهای آزاد ترکیب متیلاورانژ شده و امکان جذب آن را به وسیله نانوذرات کمتر می‌کند (37) (شکل 9).

شکل 9- تغییر ساختار متیلاورانژ در محیط اسیدی

همچنین در محیط قلیایی وpH بالا به دلیل غلظت بالای یونهایOH امکان هیدرولیز ترکیب متیلاورانژ در محیط بیشتر است و غلظت ترکیب متیلاورانژ در محیط کاهش می‌یابد (شکل 10). مشابه این نتایج در مقالات دیگر نیز با بررسی تغییراتpH به دست آمده است (38).

شکل 10- تغییر ساختار متیلاورانژ در محیط بازی

همچنین با افزایش مقدار جاذب میزان حذف ترکیب متیلاورانژ از محیط افزایش می‌یابد. افزایش درصد جذب در این حالت به دلیل افزایش سطح تماس جاذب و افزایش دسترسی مولکولهاي ماده جذب شونده به مکانهاي جذب روی سطح جاذب است. نتایج این آزمایش نشان داد در همه آزمایش‌ها با افزایش مدت زمان تماس، درصد جذب افزایش و مقدار ترکیب متیلاورانژ موجود در محیط کاهش می‌یابد. بیشترین میزان حذف ترکیب متیل اورانژ پس از گذشت 105 دقیقه به دست آمد. پس از گذشت این زمان درصد حذف آلاینده تغییر چندانی نمی‌کند که می‌توان آن را نتیجه ایجاد تعادل بین سطح جاذب و مولکولهای جاذب دانست. این حالت می‌تواند ناشی از پر شدن مکانهاي فعال روي سطح جاذب و ثابت شدن ظرفیت جذب جاذب باشد. یکی از ویژگی‌های جاذب خوب امکان بازیافت و احیای آن می‌باشد. نتایج آزمایشات بازیابی نانوکامپوزیت حاکی از راندمان جذب بالای 90 درصد بعد از سه بار استفاده و جذب حدود 80 درصد بعد از 6 بار استفاده است.

نتیجهگیری

نانوفیلترهای کامپوزیتی ساختارهای نانومتری جدیدی هستند که توانایی بالایی در حذف انواع آلایندههای زیست محیطی دارند. سنتز سبز نانوذرات به عنوان یک رویکرد دوستدار محیط زیست می‌تواند جایگزین روش‌های شیمیایی تولید نانو مواد شود. در این تحقیق سنتز سبز نانوذرات اکسید روی با استفاده از گیاه دافنه ماکروناتا انجام شد و در تهیه فیلتر نانوکامپوزیتی استات سلولز / اکسید روی مورد استفاده قرار گرفت. نتایج تحقیق نشان داد فیلتر نانوکامپوزیتی به دست آمده، کارایی خوبی در حذف آلایندههای رنگی از جمله متیلاورانژ در شرایط مختلف غلظت و pH دارد. همچنین نتایج بررسی اثر ضد میکروبی این ساختار نشاندهنده هاله عدم رشد حدود 22 میلیمتر برای باکتریهای بیماریزا مانند استافیلوکوس اپیدرمیس و با سیلوس سرئوس و در نتیجه کارایی خوب این فیلتر در کاهش رشد باکتریها می‌باشد. بنابراین این جاذب میتواند به عنوان یک جاذب موثر، ارزان قیمت و دوستدار محیط زیست جهت حذف ترکیب متیلاورانژ از منابع آبی استفاده شود.

References

1-Lin L, Yang H, Xu X. Effects of Water Po-llution on Human Health and Disease Hetero-geneity: A Review. Frontiers in Environmen-tal Science. 2022;10:1-8.

4-rahimi F, momeni M, arab chamjangali M. Degradation rate of Methyl Orange organic dye by high voltage spark plasma. Journal of Environmental Science and Technology. 2022; 45-57

6-Kumar R, Kumar M, Luthra G. Fundame-ntal approaches and applications of nanotech-nology: A mini review. Materials Today: Pro-ceedings. 2023;2:172-181.

10-Anusiya G, Jaiganesh R. A review on fab-rication methods of nanofibers and a special focus on application of cellulose nanofibers. Carbohydrate Polymer Technologies and Ap-plications. 2022;4:1-14.

15-Nair GM, Sajini T, Mathew B. Advanced green approaches for metal and metal oxide nanoparticles synthesis and their environm-ental applications. Talanta Open. 2022;5: 80-92.

16-Chugh R, Kaur G. A mini review on green synthesis of nanoparticles by utilization of Musa-balbisiana waste peel extract. Materials Today: Proceedings. 2022; 14-22.

19-Khan A-u, Ali F, Khan D, Gilani A-H. Gut modulatory effects of Daphne oleoides are mediated through cholinergic and Ca++ anta-gonist mechanisms. Pharmaceutical Biology. 2011;49(8):821-835.

22-Lee H, Nishino M, Sohn D, Lee JS, Kim IS. Control of the morphology of cellulose acetate nanofibers via electrospinning. Cell-ulose. 2018;25(5):2829-2837.

23-Bhattacharjee MK. Better visualization and photodocumentation of zone of inhibition by staining cells and background agar differe-ntly. The Journal of Antibiotics. 2015;68(10): 657-669.

24-Belanger CR, Hancock REW. Testing ph-ysiologically relevant conditions in minimal inhibitory concentration assays. Nature Prot-ocols. 2021;16(8):3761-3774.

25-Minimum Bactericidal Concentration Te-sting. Clinical Microbiology Procedures Han-dbook. 2016; 1:5-14.

26-Ding W, Zhang Y, Lu H, Wan W, Shen Y. Automatic 3D reconstruction of SEM images based on Nano-robotic manipulation and epi-polar plane images. Ultramicroscopy. 2019; 200:149-157.

27-Kader S, Al-Mamun MR, Suhan MBK, Shuchi SB, Islam MS. Enhanced photodeg-radation of methyl orange dye under UV irradiation using MoO3 and Ag doped TiO2 photocatalysts. Environmental Technology & Innovation. 2022;27:102476-102481.

28-Da Dalt S, Alves AK ,Bergmann CP. Photocatalytic degradation of methyl orange dye in water solutions in the presence of MWCNT/TiO2 composites. Materials Resea-rch Bulletin. 2013;48(5):1845-1850.

34-Ying S, Guan Z, Ofoegbu PC, Clubb P, Rico C, He F, et al. Green synthesis of nan-oparticles: Current developments and limita-tions. Environmental Technology & Innova-tion. 2022;26:102336-102350.

37-Akama Y, Tong A, Ito M, Tanaka S. The study of the partitioning mechanism of meth-yl orange in an aqueous two-phase system. Talanta. 1999;48(5):1133-1147.

Green Synthesis of Cellulose Acetate/Zinc Oxide Nanocomposite Filter with Plant Extract and its Application in Water Source Pollution Removal

Sohrab Hajmohammadi1, Dadkhoda Ghazanfari*2, Enayatollah Sheikhhosseini2, Nahid Rastakhiz3, Hamideh Asadollahzadeh3

1- PhD Student, Department of Chemistry, Kerman Branch, Islamic Azad University, Kerman, Iran

2- Associate Professor, Department of Chemistry, Kerman Branch, Islamic Azad University, Kerman, Iran

3- Assistant Professor, Department of Chemistry, Kerman Branch, Islamic Azad University, Kerman, Iran

* Corresponding author: ghazanfari@iauk.ac.ir

Received: 9/1/2023, Accepted: 20/2/2023

Abstract

Keywords: Cellulose acetate, Zinc oxide, Green synthesis, Daphne macronata, Nano filter

مقالات مرتبط

گزارش یک مورد مسمومیت با زینک فسفاید با علایم نادر
تاریخ چاپ : 1400/12/01
استخراج تریگونلین از پلاسما با استفاده از کامپوزیت مغناطیسی جدید از طریق به کار گیری طراحی آزمایش
تاریخ چاپ : 1401/09/01
بیوسنتز نانوذرات اکسید منیزیم توسط Enterococcus hirae از ماست سنتی رفسنجان، ایران
تاریخ چاپ : 1401/09/01
مطالعات ارزیابی منابع و قابلیت اراضی شیبدار محدوده مطالعاتی شهرستان سوادکوه
تاریخ چاپ : 1402/09/30
اثراتمسفر اصلاح شده ، اسانس میخک هندی( Syzygium Aromaticum L.) و پاکت‌های انعطاف‌پذیر بر خصوصیات میکروبی و حسی فلفل قرمز
تاریخ چاپ : 1400/12/01
بهینه‌سازی فیلم کیتوزان و تأثیر نسبت اختلاط در پوشش کیتوزان-پلی‌وینیل الکل بر فراسنجه‌های کیفیت داخلی تخم‌مرغ
تاریخ چاپ : 1401/12/01

اشتراک گذاری

آدرس مقاله

سنتز سبز فیلتر نانوکامپوزیتی استات سلولز/ اکسید روی با عصاره گیاهی و کاربرد آن در حذف آلودگی منابع آبی