مقایسه عملکرد نانولوله‌های کربنی چند جداره و کربن فعال حاصل از پوست نارگیل در حذف نفتالین از محیط‌های آبی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد مهندسی محیط‌زیست، دانشکده منابع طبیعی و محیط‌زیست،دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات، تهران، ایران

2 استاد، گروه مهندسی محیط‌زیست، دانشکده منابع طبیعی و محیط‌زیست، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات، تهران، ایران

چکیده

یکی از ترکیبات خطرناک برای انسان و محیط‌زیست هیدروکربن‌های آروماتیک چند حلقه‌ای PAHs است که نفتالین، مقدم‌ترین هیدروکربن آروماتیک با دو حلقه بنزنی است. این ترکیبات سرطان‌زا و سمّی هستند و باعث کم‌خونی و آسیب به شبکیه چشم نیز می‌شوند و برای گیاهان و آبزیان نیز سمّی هستند. این ترکیبات خطرناک به‌عنوان سه آلاینده‌ای به‌شماره می‌روند که حذف آنها از سوی سازمان بهداشت جهانی در اولویت قرار گرفته است، در عین حال این ترکیبات توسط روش‌های بیولوژیکی به سختی حذف می‌شوند. این پژوهش در شرایط آزمایشگاهی ناپیوسته انجام شده که در آن تأثیر پارامترهایی مانند زمان ماند 15، 30، 45، 60، 90 و 120 دقیقه، غلظت نانولوله کربنی چند دیواره و کربن فعال حاصل از پوست نارگیل 1/0، 25/0، 5/0، 75/0، 1 و 2 گرم در لیتر، غلظت محلول نفتالین 1، 5، 10، 15، 20، 50 و 100 میلی‌گرم در لیتر و pH معادل 3، 4، 5، 6، 7 و 8 در غلظت 10 میلی‌گرم در لیتر محلول نفتالین در حذف نفتالین بررسی شد. داده‌های تجربی تعادل جذب با مدل‌های مختلف ایزوترم جذب لانگمیر و فروندلیچ ارزیابی و همراه با سینتیک جذب از طریق مقایسه ضریب تبیین R2  بررسی شد و به وسیله نرم‌افزار Excel تحلیل شد. حداکثر جذب سطحی نفتالین بر روی هر دو جاذب، نانولوله‌های کربنی و کربن فعال حاصل از پوست نارگیل در غلظت اولیه 10 میلی‌گرم در لیتر نفتالین و مقدار دوز جاذب برابر 75/0 گرم در لیتر در pH برابر 7 و زمان مناسب برای دستیابی به حداکثر جذب نفتالین و حالت تعادل90 دقیقه است. مکانیسم جذب در هر دو جاذب ایزوترم جذب لانگمیر سازگار بوده و ضریب تبیین آنها به‌ترتیب در نانولوله کربنی برابر با 9589/0R²= و در کربن فعال حاصل از پوست نارگیل 9319/0R²= بود و هر دو جاذب از سنتیک جذب درجه دوم تبعیت می‌کنند. نانولوله‌های کربنی چند جداره و کربن فعال حاصل از پوست نارگیل به‌دلیل اندازه کوچک، سطح مقطع زیاد در نتیجه واکنش‌پذیری بسیار زیاد، به‌عنوان جاذب برای حذف نفتالین از آب کارایی زیادی دارد و نانولوله کربنی چند جداره جذب بیشترین نسبت به کربن فعال حاصل از پوست نارگیل دارد، بنابراین به‌دلیل مقرون به‌صرفه‌بودن و در دسترس بودن آن به‌عنوان جاذب بهتری مورد توجه قرار گرفته است.
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Performance Comparison of Double-Walled Carbon Nanotubes and Active ‎Carbon Derived from Coconut Shells for ‎Naphthalene Adsorption in the Aquatic Solution

نویسندگان [English]

  • Afarin Ekbatani 1
  • Amirhesam Hasani 2
  • Amir hossein Javid 2
1 MSc Graduate Student, Faculty of Natural Resources and Environment, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
2 Prof., Faculty of Natural Resources and Environment, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
چکیده [English]

One of the hazardous compounds for humans and the environment is polycyclic aromatic hydrocarbons, which are the naphthalene of the precursor of two-ring aromatic hydrocarbons. These compounds are carcinogenic and toxic, they cause anemia and damage to the retina and are also toxic to plants and aquatic animals, these compounds have been identified as priority pollutants by the World Health Organization, yet these compounds are difficult to remove by biological methods. This study was performed in batch in vitro where the effect of parameters such as retention time 15, 30, 45, 60, 90 and 120 minutes, concentration of multi-walled carbon nanotubes and activated carbon from coconut skin 0.1, 0.25, 0.5, 0.75, 1 and 2 g/L), solution concentration 1, 5, 10, 15, 20, 50 and 100 mg/L and pH 3, 4, 5, 6, 7 and 8 the concentration of 10 mg/L naphthalene solution in naphthalene removal was investigated. Experimental data of adsorption equilibrium with different Langmuir and Freundlich adsorption isotherm models are evaluated and analyzed with adsorption kinetics by comparing R2 coefficient of analysis and analyzed by excel software. Maximum naphthalene adsorption on both carbon nanotubes and activated carbon nanotube adsorbent at initial concentration of 10 mg/L naphthalene and adsorbent dose equal to 0.75 g/L at pH=7 is an appropriate time to achieve maximum naphthalene adsorption;the balance mode is 90 minutes. The adsorption mechanism is consistent in both adsorbents of Langmuir adsorption isotherm and their coefficient of determination in carbon nanotubes is (R²=0.9589) and in coconut shell activated carbon (R²=0.9319). and both adsorbents are from adsorption synthetics second-degree followers. Multiwalled carbon nanotubes and activated carbon from coconut skin due to their small size, high cross-sectional area as a result of high reactivity, as an adsorbent for removal of naphthalene from water. And the nanotube has a higher absorption than activated carbon from the coconut skin, so it is considered as a better adsorbent because of its affordability and availability.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Coconut Skin
  • Carbon Nanotube
  • Adsorption Isotherm
  • Naphthalene
  • Activated carbon
Abouli, M., Pour Khabbaz, H. & Yosefan, N. 2018. Effect of activated carbon adsorbent on removal of hydrocarbons in petroleum effluent. The 4th International Conference on Environmental Planning and Management. University of Tehran, Iran. (In Persian)
Bina, B., Pourzamani, H., Rashidi, A. & Amin, M. M. 2012. Ethylbenzene removal by carbon nanotubes from aqueous solution. Journal of Environmental and Public Health, 817187. (In Persian)
Chen, G. C., Shan, X. Q., Wang, Y. S., Wen, B., Pei, Z. G., Xie, Y. N., et al. 2009. Adsorption of 2,4,6-trichlorophenol by multi-walled carbon nanotubes as affected by Cu(II). Water Research, 43(9), 2409-2418.
Ehrampoush, M., H. Pourzamani, H. R. & Pezashki Najafabadi, M. 2012. Benzene removal from aqueous solution by surface modified carbon nanotubes using calcium hypochlorite. Journal of Health System Research, 8(6), 1058-1067. (In Persian)
Fazlollahi, S., Hassani, A. H., Borghei & Pourzamani, H. 2016. Investigation of isotherm and kinetics of naphthalene adsorption from aqueous solutions by multiwall carbon nanotubes. Journal of Ilam University of Medical Sciences, 24, 162-173. (In Persian)
Gotovac, S., Hattori, Y., Noguchi, D., Miyamoto, J., Kanamaru, M., Utsumi, S., et al. 2006. Phenanthrene adsorption from solution on single wall carbon nanotubes. The Journal of Physical Chemistry B,110, 16219-16224.
Hassani, A. H., Fazlollahi, S., Borghei, M. & Pourzamani, H. 2017. Evaluation of the efficiency of multi-walled carbon nanotubes for removal of petroleum hydrocarbons from aqueous solution (naphthalene case study). Journal of Environmental Science and Technology, 19, 129-141. (In Persian)
Jafapour, M. 2006. Evaluation of bioreactor and advance proceedings of seminar of environmental engineering. Tarbiat Modares University Journal, 6, 8-11. (In Persian)
Kandah, M. I. & Meunier, J. L. 2007. Removal of nickel ions from water by multi-walled carbon nanotubes. Journal of Hazardous Materials, 146, 283-288.
Karagozoglu, B., Tasdemir, M., Demirbas, E. & Kobya, M. 2007. The adsorption of basic dye (Astrazon Blue FGRL) from aqueous solutions onto sepiolite, fly ash and apricot shell activated carbon: kinetic and equilibrium studies. Journal of Hazardous Materials, 147, 297-306.
Karimi, B., Rajaei, M., Habibi, M., Esvand, M. & Abdollahy, M. 2013. Effect of UV/H2O2 advanced oxidation processes for the removal of naphthalene from the water. Journal of Arak University of Medical Sciences, 16(9), 50-64. (In Persian)
Khorsandi, H. 2001. The role of surface adsorption with activated carbon in the removal of environmental pollutants. Journal of Urmia University of Medical Sciences, 11(4), p298. (In Persian)
Li, Y., Zhao, Y., Hu, W., Ahmad, I., Zhu, Y., Peng, X., et al. 2007. Carbon nanotubes-the promising adsorbent in wastewater treatment. Journal of Physics: Conference Series, IOP Publishing, 61(1), p140.
Lu, C., Chiu, H. & Liu, C. 2006. Removal of zinc (II) from aqueous solution by purified carbon nanotubes: kinetics and equilibrium studies. Industrial and Engineering Chemistry Research, 45, 2850-2855.
Luna, F. M. T., Araújo, C. C., Veloso, C. B., Silva, I. J., Azevedo, D. C. & Cavalcante, C. L. 2011. Adsorption of naphthalene and pyrene from isooctane solutions on commercial activated carbons. Adsorption, 17,
937-947.
Madrakian, T., Afkhami, A., Ahmadi, M. & Bagheri, H. 2011. Removal of some cationic dyes from aqueous solutions using magnetic-modified multi-walled carbon nanotubes. Journal of Hazardous Materials, 196, 109-114.
Mahvi, A. H. 2011. Study of inorganic mercury removal by carbon nanotubes multi-walled and single-walled. Tehran University of Medical Science Journal, 16, 8-32
Murr, L., Garza, K., Soto, K., Carrasco, A., Powell, T., Ramirez, D., et al. 2005. Cytotoxicity assessment of some carbon nanotubes and related carbon nanoparticle aggregates and the implications for anthropogenic carbon nanotube aggregates in the environment. International Journal of Environmental Research and Public Health, 2, 31-42.
Owabor, C., Agarry, S. & Jato, D. 2012. Removal of naphthalene from aqueous system using unripe orange peel as adsorbent: effects of operating variables. Desalination and Water Treatment, 48, 315-319.
Rao, G. P., Lu, C. & Su, F. 2007. Sorption of divalent metal ions from aqueous solution by carbon nanotubes: a review. Separation and Purification Technology, 58, 224-231.
Saadatjou, N., Rasoulifard, M. & Heidari, A. 2009. Removal of Basic Red 46 using low-cost adsorbent of hardened paste of portland cement from contaminated water. Journal of Color Science and Technology, 2(4), 221-226. (In Persian)
Stafiej, A. & Pyrzynska, K. 2008. Solid phase extraction of metal ions using carbon nanotubes. Microchemical Journal, 89, 29-33.
Trojanowicz, M. 2006. Analytical applications of carbon nanotubes: a review. TrAC Trends in Analytical Chemistry, 25, 480-489.
Xu, D., Tan, X., Chen, C. & Wang, X. 2008. Removal of Pb (II) from aqueous solution by oxidized multiwalled carbon nanotubes. Journal of Hazardous Materials, 154, 407-416.
Yang, K., Wu, W., Jing, Q., Jiang, W. & Xing, B. 2010. Competitive adsorption of naphthalene with 2, 4-dichlorophenol and 4-chloroaniline on multiwalled carbon nanotubes. Environmental Science and Technology, 44, 3021-3027.