بررسي تخريب نيتروبنزن در محلول هاي آبي با استفاده از نانوكامپوزيت آهن صفر ظرفيتي/پلي آنيلين

Nitrobenzene Degradation from Aqueous Solutions Using Zerovalent Iron Nanoparticles / Polyaniline Composite

سابقه و هدف: نيتروبنزن (NB) به عنوان ماده اصلي سوخت‌هاي مصنوعي، پاك‌كننده‌ها، لاستيك، مواد منفجره بوده و در ابعاد وسيع به محيط زيست و آب‌هاي زيرزميني تخليه مي‌شود. اين تركيب به عنوان يك آلاينده آلي مقاوم، با سميت بالا و داراي ساختار شيميايي پايدار تلقي شده و در غلظت هاي پايين توانايي ايجاد مخاطرات جدي براي سلامت انسان ها و اكوسيستم را داراست. بنابراين هدف از مطالعه حاضر، سنتز نانوفيبر‌كامپوزيت پلي‌آنيلين/ آهن صفر‌ظرفيتي (CNFs) و بررسي توانايي آن در تخريب نيتروبنزن از محيط آبي مي‌باشد. مواد و روش‌ها: مشخصات CNFs با استفاده از ميكروسكوپ الكتروني روبشي، ميكروسكوپ الكتروني انتقالي، پراش اشعه ايكس و مغناطيس‌‌سنج لرزشي تعيين شد. تاثير پارامترهاي بهره‌‌برداري مانند pH، غلظت اوليه نيتروبنزن و دوز نانو‌كامپوزيت بر تخريب نيتروبنزن توسط روش سطح‌ پاسخ مورد تجزيه و ‌تحليل قرار ‌گرفت. براي بررسي اثر متقابل بين متغيرها از مدل Box-Behnken استفاده شد و آناليز واريانس به عنوان روش آماري آناليز پاسخ ‌ها در ‌نظر گرفته شد. يافته‌ها: نتايج آناليز واريانس نشان داد كه رابطه معني‌داري بين مدل و داده‌هاي آزمايش وجود دارد. هم چنين مشاهدات بيانگر اين موضوع است كه توزيع باقيمانده‌ها داراي شكلي نرمال بوده و فاكتورهاي pH، غلظت NB، دوز نانو‌كامپوزيت و اثر ‌متقابل غلظت NB و دوز نانو‌كامپوزيت در حذف NB اثري معنادار داشته اند. راندمان حذف بيش از 98 درصد در شرايط بهينه (pH=2، غلظت NB =mg/l40 و دوز CNFs =g/l 88/0) در زمان 45 دقيقه حاصل شد. آستانه تشخيص (LOD) و آستانه تعيين مقدار (LOQ) به ترتيب 5/1 و 5 ميلي گرم در ليتر محاسبه گرديد. استنتاج: بر اساس نتايج حاصل مي‌توان اذعان داشت CNFs كارايي قابل قبولي در تخريب NB دارد. بررسي‌هاي سينتيكي نيز نشان داد كه فرايند تخريب NB توسط نانو‌كامپوزيت از مدل سينتيكي درجه يك پيروي مي‌كند. از طرفي، جداسازي اين نانوكامپوزيت به دليل خاصيت مغناطيسي، امري ساده بوده كه مي‌تواند كاربرد آن را بهبود دهد.

Background and purpose: Nitrobenzene (NB) as the main material of synthetic fuels, cleaners, rubber and explosives is discharged into the environment and groundwater in large-scale. This compound is considered as a persistent organic pollutant with high toxicity and stable chemical structure which can cause serious risks for human health and ecosystem even in low concentrations. Therefore, the aim of present study was to synthesize polyaniline/zero-valent iron composite nano-fiber (CNFs) and its ability in degradation of nitrobenzene from aqueous solution. Materials and methods: Characterization of CNFs was determined using scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, X-ray diffraction and vibrating sample magnetometer. The effect of operational parameters such as pH, NB concentration and nanocomposite dosage on nitrobenzene degradation were analyzed by response surface methodology. Box Behnken model was used to investigate the interaction among variables. Analysis of variance was considered as statistical method for responses analyzes. Results: ANOVA test showed a significant relationship between statistical model and test data. The observations also revealed that the distribution of residuals were normal and parameters i.e. pH, NB concentration, nanocamposite dosage and interaction of nano-composite and NB concentration had significant effect on removal of NB. The degradation efficiency was over 98% in optimized conditions (pH=2, NB concentration= 40 mg/l, and nanocomposite dosage= 0.88 g/l) that was achieved in 45 minutes. Limit of Detection (LOD) and Limit of Quantification (LOQ) were calculated as 1.5 and 5 mg/l, respectively. Conclusion: According to the results, polyaniline nanofiber composite/zero-valent iron has a good efficiency in NB degradation. NB kinetic studies showed that the NB degradation process by nanocomposite followed the one order kinetic model. In addition, the nano-composite separation is simple due to its magnetism properties that it can improve its application.