بررسي برخي از عوامل مؤثر بر پايداري نانوذرات آهن صفر ظرفيتي در محيط‌هاي آبي

Investigation of Some Factors Affecting the Stability of Zero Valent Iron Nanoparticles in Aqueous Environments

با توجه به پتانسيل بالاي نانوذرات آهن صفر ظرفيتي (NZVI) در رفع آلاينده‌هاي مختلف از منابع آب سطحي و زيرزميني، بررسي عوامل كنترل كننده پايداري اين ذرات در محيط‌هاي آبي از اهميت زيادي برخوردار است. در اين پژوهش اثر پوشش سطحي نانوذره و ويژگي‌هاي محلول زمينه شامل غلظت نانوذره، قدرت يوني، نوع الكتروليت و مقدار ماده آلي محلول بر پايداري NZVI در محيط‌هاي آبي بررسي شد. چهار آزمايش فاكتوريل دو فاكتوري در قالب طرح كاملاً تصادفي و در سه تكرار براي بررسي اثر پوشش سطحي و هر يك از چهار ويژگي محلول زمينه بر پايداري سوسپانسيون NZNI انجام شد. براي اين منظور ابتدا NZVI بدون پوشش (BNZVI) و با پوشش سطحي كربوكسي متيل سلولز (CMC NZVI) سنتز و ويژگي‌هاي آن تعيين شد. سپس سوسپانسيون‌هايي در سطوح مختلف هر يك از ويژگي‌هاي مورد بررسي در آب مقطر تهيه شد و دو شاخص‌ قطر هيدروديناميكي و پتانسيل زتا در هر يك از سوسپانسيون‌ها اندازه‌گيري شد. نتايج بدست آمده نشان داد كه سوسپانسيون CMC NZVI در همه محلول‌هاي مورد بررسي داراي پايداري بيشتر از BNZVI بود. افزايش غلظت نانوذره، قدرت يوني و ظرفيت كاتيون محلول زمينه با افزايش قطر هيدروديناميكي و كاهش پتانسيل زتا باعث هماوري بيشتر NZNI و پايداري كمتر سوسپانسيون شد. در مقابل افزايش ميزان ماده آلي محلول منجر به پايداري بيشترسوسپانسيون NZNI شد. نتايج همچنين نشان داد كه اثر متقابل معني‌داري بين نوع نانوذره و ويژگي‌هاي محلول به دليل وجود پوشش CMC وجود دارد. به طوري‌كه تأثيرپذيري BNZVI از تغييرات شيمي محلول بيشتر از CMC NZVI است.

Considering high potential of zerovalent iron nanoparticles (NZVI) for contaminants remediation in surface and groundwater, it is important to investigate factors affecting their stability in aquatic environments. In this study, the effects of surface coating and background solution characteristics including nanoparticle concentration, ionic strength, electrolyte type and dissolved organic matter content on the stability of NZVI in aqueous suspensions were investigated. A number of four twoway factorial experiments based on completely randomized design with three replications were conducted to explore the effects of surface coating and each of four background solution characteristics on the stability of NZVI suspension. Initially, bare NZVI (BNZVI) and Carboxymethyl cellulose coated NZVI (CMCNZVI) were synthesized and characterized. Thereafter NZVI suspensions were prepared in distilled water at different levels of selected characteristics. The hydrodynamic diameter and zeta potential were then measured in each of prepared suspension. Results indicated CMCNZVI suspensions were more stable rather than BNZVI in all tested solutions. Increase in nanoparticle concentration, ionic strength and cation valence of background solution, increased hydrodynamic diameter and decreased zeta potential of NZVI which lead to more aggregation of NZNI and less stability of suspension. On the contrary, increase in dissolved organic matter content resulted in more stability of NZNI suspension. Results also showed that there are significant interactions between nanoparticle type and solution characteristics; as BNZVI is more sensitive to change in solution chemistry than CMCNZVI.