بررسی اثر میدان الکتریکی روی نانوذره های نقره پایدارشده با سیترات و پلی وینیل‌پیرولیدون

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

گروه نانو فناوری، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه تربیت مدرس، صندوق پستی 311-14115 تهران، ایران

چکیده

بررسی اثر میدان الکتریکی بر روی نانوذره ­ها، می ­تواند در تصفیه الکتروشیمیایی پساب­ های صنعتی و شهری آلوده ­شده به نانوذره ­های دارای اهمیت باشد. زیرا حضور بیش از مقدار مجاز نانوذره ­ها در محیط زیست می ­تواند برای موجودهای زنده و بشر خطرناک باشد. رفتار نانوذره­ های نقره در میدان الکتریکی اعمال­شده، بیش ­تر به عامل پایدارکننده­ آن­ ها بستگی دارد. این پژوهش، رفتار نانوذره­ های نقره و پایدارکننده ­های آن­ ها را در میدان الکتریکی بررسی می­ کند؛ که از آن به­نام فرایند الکتروکواگولاسیون (EC) یاد می­ شود. نقره نیترات و هیدرازین هیدرات به ­ترتیببه ­عنوان منبع یون­ های نقره و عامل احیاگر به کار گرفته شدند. در آزمایش ­های جداگانه، سدیم سیترات و پلی ­وینیل ­پیرولیدون (PVP) به­ عنوان پایدارکننده­ های نانوذره­ های نقره مورد استفاده قرار گرفتند. با اعمال جریان الکتریکی با ولتاژهای گوناگون، پایداری ذره ­ها بررسی شد. بازده فرایند الکتروکواگولاسیون برای محلول­ های کلوئیدی نانوذره ­های نقره پژوهش شد. در مورد سدیم سیترات، پس از اعمال 90 دقیقه میدان الکتریکی در ولتاژهای گوناگون، پیک جذب نانوذره ­های نقره ناپدید شد؛ که به موجب آن 91/99 درصد نانوذره­های نقره از محیط محلول کلوئیدی حذف شدند. در مورد نانوذره ­های پایدار شده با PVP، پس از گذشت مدت زمان 10 دقیقه از آغاز فرایند EC در ولتاژهای گوناگون، پیک جذب نانوذره ­های نقره از بین رفت و میزان بازده حذف نانوذره ­های نقره به 98/99 درصد رسید.بر مبنای این نتیجه­ ها، نانوذره­ های نقره سنتزشده به ­وسیله سدیم سیترات، به نسبت پایدار می­باشند؛ درحالی­ که نانوذره­ های تهیه­ شده توسط پایدارکننده PVP، برای تشکیل لجن مناسب بوده و در میدان الکتریکی، به آسانی آگلومره می­ شوند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Kobya M., Ulu F., Gebologlu U., Demirbas E., Oncel M.S., Treatment of Potable Water Containing Low Concentration of Arsenic with Electrocoagulation: Different Connection Modes and Fe–Al Electrodes, Separation and Purification Technology, 77 (3): 283-293 (2011).
[3] Fadali O., Ebrahiem E., El-Gamil A., Altaher H., Investigation of the Electrocoagulation Treatment Technique for the Separation of Oil from Wastewater, Journal of Environmental Science and Technology, 9 (1): 62 (2016).
[4] Elabbas S., Ouazzani N., Mandi L., Berrekhis F., Perdicakis M., Pontvianne S., Pons M., Lapicque F., Leclerc J., Treatment of Highly Concentrated Tannery Wastewater Using Electrocoagulation: Influence of the Quality of Aluminium used for the Electrode, Journal of Hazardous Materials, 319: 69-77 (2016).
[6] de Carvalho H.P., Huang J., Zhao M., Liu G., Dong L., Liu X., Improvement of Methylene Blue Removal by electrocoagulation/banana Peel Adsorption Coupling in a Batch System, Alexandria Engineering Journal, 54 (3): 777-786 (2015).
[7] García-García A., Martínez-Miranda V., Martínez-Cienfuegos I.G., Almazán-Sánchez P.T., Castañeda-Juárez M., Linares-Hernández I., Industrial Wastewater Treatment by Electrocoagulation–Electrooxidation Processes Powered by Solar Cells, Fuel, 149: 46-54 (2015).
[8] Elnenay A.M.H., Nassef E., Malash G.F., Magid M.H.A., Treatment of Drilling Fluids Wastewater by Electrocoagulation, Egyptian Journal of Petroleum, 26(1): 203-208 (2016).
[9] Millar G.J., Lin J., Arshad A., Couperthwaite S.J., Evaluation of Electrocoagulation for the Pre-Treatment of Coal Seam Water, Journal of Water Process Engineering, 4: 166-178 (2014).
[10] Kobya M., Demirbas E., Evaluations of Operating Parameters on Treatment of can Manufacturing Wastewater by Electrocoagulation, Journal of Water Process Engineering, 8:64-74 (2015).
[11] Nguyen D.D., Ngo H.H., Guo W., Nguyen T.T., Chang S.W., Jang A., Yoon Y.S., Can Electrocoagulation Process be an Appropriate Technology for Phosphorus Removal from Municipal Wastewater?, Science of the Total Environment, 563: 549-556 (2016).
[12] El-Taweel Y.A., Nassef E.M., Elkheriany I., Sayed D., Removal of Cr (VI) Ions from Waste Water by Electrocoagulation Using Iron Electrode, Egyptian Journal of Petroleum, 24 (2): 183-192 (2015).
[13] Mahmad M.K.N., Rozainy M.M.R., Abustan I., Baharun N., Electrocoagulation Process by Using Aluminium and Stainless Steel Electrodes to Treat Total Chromium, Colour and Turbidity, Procedia Chemistry, 19: 681-686 (2016).
[14] Yazdanbakhsh A.R., Massoudinegad M.R., Eliasi S., Mohammadi A.S., The Influence of Operational Parameters on Reduce of Azithromyin COD from Wastewater Using the Peroxi-Electrocoagulation Process, Journal of Water Process Engineering, 6: 51-57 (2015).
[15] Manikandan P., Palanisamy P., Baskar R., Sakthisharmila P., Sivakumar P., A Comparative Study on the Competitiveness of Photo-Assisted Chemical Oxidation (PACO) with Electrocoagulation (EC) for the Effective Decolorization of Reactive Blue Dye, Iranian Journal of Chemistry and Chemical Engineering (IJCCE), 36 (1): 71-85 (2017).
[16] Fajardo A.S., Rodrigues R.F., Martins R.C., Castro L.M., Quinta-Ferreira R.M., Phenolic Wastewaters Treatment by Electrocoagulation Process Using Zn Anode, Chemical Engineering Journal, 275: 331-341 (2015).
[17] Naje A.S., Chelliapan S., Zakaria Z., Abbas S.A., Electrocoagulation Using a Rotated Anode: A Novel Reactor Design for Textile Wastewater Treatment, Journal of Environmental Management, 176: 34-44 (2016).
[18] Zhi S.-l., Zhang K.-q., Hardness Removal by a Novel Electrochemical Method, Desalination, 381: 8-14 (2016).
[19] Kuokkanen V., Kuokkanen T., Rämö J., Lassi U., Roininen J., Removal of Phosphate from Wastewaters for Further Utilization Using Electrocoagulation with Hybrid Electrodes–Techno-Economic Studies, Journal of Water Process Engineering, 8:e50-e57 (2015).
[20] Den W., Huang C., Electrocoagulation for Removal of Silica Nano-Particles from Chemical–Mechanical-Planarization Wastewater, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 254 (1): 81-89 (2005).
[21] Hou L., Xia J.,. Li K, Chen J., Wu X.,. Li X, Removal of ZnO Nanoparticles in Simulated Wastewater Treatment Processes and Its Effects on COD and NH4+-N Reduction, Water Science and Technology, 67 (2): 254-260 (2012).
[22] Sun Q., Li Y., Tang T., Yuan Z., Yu C.-P., Removal of Silver Nanoparticles by Coagulation Processes, Journal of Hazardous Materials, 261: 414-420 (2013).
[23] Matias M.S., Melegari S.P., Vicentini D.S., Matias W.G., Ricordel C., Hauchard D., Synthetic Wastewaters Treatment by Electrocoagulation to Remove Silver Nanoparticles Produced by Different Routes, Journal of Environmental Management 159: 147-157 (2015).
[24] Yehya T., Chafi M., Balla W., Vial C., Essadki A., Gourich B., Experimental Analysis and Modeling of Denitrification Using Electrocoagulation Process, Separation and Purification Technology, 132: 644-654 (2014).
[25] Al-Shannag M., Al-Qodah Z., Bani-Melhem K., Qtaishat M.R., Alkasrawi M., Heavy Metal Ions Removal from Metal Plating Wastewater Using Electrocoagulation: Kinetic Study and Process Performance, Chemical Engineering Journal, 260: 749-756 (2015).
[26] Kobya M., Demirbas E., Ulu F., Evaluation of Operating Parameters with Respect to Charge Loading on the Removal Efficiency of Arsenic from Potable Water by Electrocoagulation, Journal of Environmental Chemical Engineering, 4 (2):1484-1494 (2016).
[27] Prajapati A.K., Chaudhari P.K., Pal D., Chandrakar A., Choudhary R., Electrocoagulation Treatment of Rice Grain Based Distillery Effluent Using Copper Electrode, Journal of Water Process Engineering, 11: 1-7 (2016).
[28] Gatsios E., Hahladakis J.N., Gidarakos E., Optimization of Electrocoagulation (EC) Process for the Purification of a Real Industrial Wastewater from Toxic Metals, Journal of Environmental Management, 154: 117-127 (2015).
[29] Lacasa E., Cañizares P., Sáez C., Fernández F.J., Rodrigo M.A., Removal of Nitrates from Groundwater by Electrocoagulation, Chemical Engineering Journal, 171 (3): 1012-1017 (2011).
[30] Kuokkanen V., Kuokkanen T., Rämö J., Lassi U., Electrocoagulation Treatment of Peat Bog Drainage Water Containing Humic Substances, Water Research, 79: 79-87 (2015).
[31] Yang B., Han Y., Yu G., Zhuo Q., Deng S., Wu J., Zhang P., Efficient Removal of Perfluoroalkyl Acids (PFAAs) from Aqueous Solution by Electrocoagulation Using Iron Electrode, Chemical Engineering Journal, 303: 384-390 (2016).
[33] Liu Y.-H., Lin C.-Y., Huang J.-H., Yen S.-C., Particle Removal Performance and its Kinetic Behavior During Oxide-CMP Wastewater Treatment by Electrocoagulation, Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers, 60:520-524 (2016).
[34] Govindan K., Raja M., Maheshwari S.U., Noel M., Oren Y., Comparison and Understanding of Fluoride Removal Mechanism in Ca2+, Mg2+ and Al3+ Ion Assisted Electrocoagulation Process Using Fe and Al Electrodes, Journal of Environmental Chemical Engineering, 3(3):1784-1793 (2015).
[35] Hou L., Li K., Ding Y., Li Y., Chen J., Wu X., Li X., Removal of Silver Nanoparticles in Simulated Wastewater Treatment Processes and its Impact on COD and NH4 Reduction, Chemosphere, 87 (3):248-252 (2012).
[36] Kaegi R., Voegelin A., Sinnet B., Zuleeg S., Hagendorfer H., Burkhardt M., Siegrist H., Behavior of Metallic Silver Nanoparticles in a Pilot Wastewater Treatment Plant, Environmental Science & Technology, 45 (9):3902-3908 (2011).
[37] Kamali M., Ghorashi S.A.A., Asadollahi M.A., Controllable Synthesis of Silver Nanoparticles Using Citrate as Complexing Agent: Characterization of Nanopartciles and Effect of pH on Size and Crystallinity, Iranian Journal of Chemistry and Chemical Engineering (IJCCE), 31 (4):21-28 (2012).
[38] Ghader S., Manteghian M., Kokabi M., Mamoory R.S., Induction Time of Reaction Crystallization of Silver Nanoparticles, Chemical Engineering & Technology, 30 (8):1129-1133 (2007).
[39] Ibarra-Hurtado J., Virgen-Ortiz A., Apolinar-Iribe A., Luna-Velasco A., Control and Stabilization of Silver Nanoparticles Size Using Polyvinylpyrrolidone at Room Temperature, Digest Journal of Nanomaterials & Biostructures (DJNB), 9 (2): 493-501 (2014).
[40] Paramelle D., Sadovoy A., Gorelik S., Free P., Hobley J., Fernig D.G., A Rapid Method to Estimate the Concentration of Citrate Capped Silver Nanoparticles from UV-Visible Light Spectra, Analyst, 139 (19):4855-4861 (2014).
[41] Akyol A., Can O.T., Bayramoglu M., Treatment of Hydroquinone by Photochemical Oxidation and Electrocoagulation Combined Process, Journal of Water Process Engineering, 8: 45-54 (2015).
[42] Yao Y., Wei Y., Chen S., Size Effect of the Surface Energy Density of Nanoparticles, Surface Science, 636:19-24 (2015).
[43] Aswathy P., Gandhimathi R., Ramesh S., Nidheesh P., Removal of Organics from Bilge Water by Batch Electrocoagulation Process, Separation and Purification Technology, 159:108-115 (2016).
[44] گلزاری، ابوعلی؛ عبدلی، محمد علی؛ خدادادی، عباسعلی؛ کرباسی، عبدالرضا؛ ایمانیان، سجاد، بررسی فرایندهای انعقاد الکتریکی و شیمیایی برای جداسازی میکروجلبک های آب شور، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (1)35 : 39 تا 52 (1395).