مجله علمی دانشگاه علوم پزشکی رفسنجان

مقاله پژوهشی
مجله دانشگاه علوم پزشکی رفسنجان
دوره 20، تیر 1400، 404-387
 
بررسی کارآیی نانو ذره اکسید روی سنتز شده در حذف نفت از پساب ساختگی: یک مطالعه آزمایشگاهی
 
 
 
نگین جاوید^[1]، محمدهادی ابوالحسنی^[2]
 
دریافت مقاله: 4/11/99   ارسال مقاله به نویسنده جهت اصلاح: 20/11/99  دریافت اصلاحیه از نویسنده: 21/01/1400   پذیرش مقاله: 22/02/1400
 
 
 
 
چکیده
زمینه و هدف: آلوده شدن آب به ترکیبات نفتی موجب گسترش فناوری­های جدید برای حذف آلودگی­های نفتی گردیده است. هدف از انجام این پژوهش تعیین کارآیی نانو اکسید روی در جذب نفت از محیط آبی بود.
مواد و روش­ها: در این پژوهش آزمایشگاهی که در تابستان سال 1398 انجام گرفت، از نانواکسید روی به عنوان جاذب برای حذف آلودگی نفتی از پساب استفاده شد. خصوصیات جاذب با استفاده از آنالیز  XRD،FTIR  FESEM  و ICP-OES تعیین شد. آزمایشات جذب به صورت ناپیوسته با استفاده از محلول­های آزمایشگاهی حاوی نفت انجام گرفت و شرایط بهینه جذب با تغییر فاکتورهای مؤثر بر جذب مانند pH، غلظت نفت، زمان تماس و مقدار جاذب در سطوح مختلف، مورد بررسی قرار گرفت. جهت پردازش داده­ها از طرح بلوکی کاملاً تصادفی استفاده شد.
یافته­ها: میزان جذب بعد از 20 دقیقه و به مقدار 1/74 درصد و به صورت ثابت درآمد. بیش‌ترین میزان جذب در 7=pH به­میزان 25/87 درصد و کمترین مقدار آن در 9=pH به­میزان 9/66 درصد حاصل شد. میزان جذب نانو ذره با اختلاف معنی‌داری نسبت به سایرین در 5/1 گرم در لیتر بیش‌ترین (9/79 درصد) بود. در نهایت میزان جذب نفت در غلظت 100 میلی­گرم/لیتر به میزان 5/83 درصد با اختلاف معنی­داری بیش‌تر از دیگر غلظت­ها دیده شد. جذب نفت توسط نانوذره اکسید روی با مدل Freundlich مطابقت داشت (99/0=R²).
نتیجه­گیری: جاذب نانواکسید روی کارآیی بالایی در جذب نفت از پساب دارد و می­تواند در رفع آلودگی نفتی مورد استفاده قرار گیرد.
واژه­های کلیدی: آلودگی نفتی، ایزوترم جذب، نانو اکسید روی، فاکتورهای مؤثر بر جذب
 

مقدمه
با آگاهی از این حقیقت که آب تنها و مهم­ترین ماده حیاتی است، متأسفانه در کنار کاهش تدریجی حجم ذخایر آب قابل استفاده، آلودگی­های مختلف نیز پیوسته به مشکلات اضافه می­شوند ]1[. آلودگی آب یکی از مشکلات و چالش­های مهم دنیا و ایران است. یکی از علل اصلی بیماری­ها و مرگ و میر در جهان آلودگی آب است. هیدروکربن‌های آلی، آلاینده­های محیط زیستی گسترده­ای هستند، که به­دلیل سرطان­زا و جهش­زا بودن، نگرانی­های زیادی را به­وجود می­آورند. با وجود اینکه بخش قابل ملاحظه­ای از هیدروکربن­های وارد شده به محیط آبی از راه تبخیر حذف می­شوند، اما اکثر آن­ها در آب توزیع می­شوند و به­دلیل خاصیت چربی دوستی در رسوب تجمع می­یابند و از راه زنجیره غذایی منتقل می­شوند و نهایتاً به انسان می­رسند ]2[. قرارگیری در معرض این آلاینده­ها می­تواند منجر به مرگ موجودات زنده آبی شده و آثار مضری را موجب شود ]3[. با توجه به این­که ریزش و نشت نفت به آب در اکثر مواقع اجتناب ناپذیر است و هم­چنین نظر به عوارض نامطلوب آب آلوده به مشتقات نفتی بر روی انسان و محیط زیست، تاکنون روش‌های متعددی به منظور تصفیه آب‌ها و جداسازی این دو ماده مهم از یک‌دیگر پیشنهاد شده است ]4[.
 ترکیبات هیدروکربنی ممکن است به یکی از طرق زیر وارد محیط زیست شوند: تصادفات، انتشار از صنایع، محصولات جانبی حاصل از تجارت و یا استفاده­های شخصی ورود مستقیم به آب در اثر نشت و یا ریزش ]5[. اثرات مخرب زیست­محیطی ناشی از ترکیبات نفتی سبب گردیده است تا ترکیبات نفتی به­عنوان یکی از اولویت­های حذف آلاینده­ها در محیط زیست مطرح گردند. از این رو دستیابی به تکنیک­های مؤثر در حذف این ترکیبات از آب یکی از مهم­ترین مسایل زیست­محیطی می­باشد. در این راستا تاکنون مطالعات فراوانی انجام شده است و روش­های مختلفی برای حذف این آلاینده­ها به­کار برده شده است. در این بین جذب سطحی به­وسیله انواع جاذب­ها به­دلیل ظرفیت جذب بالا بیش از سایر روش­ها مورد توجه قرار دارد ]1[.­
تبدیل مواد به مقیاس نانو، ویژگی­های فیزیکی، شیمیایی، زیستی و فعالیت­های کاتالیزوری آن­ها را تغییر می­دهد و سبب افزایش فعالیت­های شیمیایی و نفوذپذیری این ذرات به غشای سلولی می­شود. نانو فناوری هم به­دلیل گسترش و پیشرفت‌های چشم­گیر آن و هم به­دلیل عدم ایجاد خطرات زیست­محیطی و سابقه­ی بسیار خوبی که در حوزه­ی حذف فلزات سنگین دارد و توانایی خارق­العاده­ای که در اثر تبدیل مقیاس مواد به مقیاس نانو از خود نشان داده ­است، یکی از علومی به­حساب می آید که در حوزه­ی فناوری سبز جای می‌گیرد ]6[.
 در بین نانوذرات، نانو ذره اکسید روی به­دلیل ارزانی، فراوانی، غیر سمی بودن، واکنش سریع، توانایی و بازده بالا در تجزیه آلاینده­ها و حذف فلزات سنگین از آب­های آلوده بیشتر مورد توجه بوده­ است. بهبود خواص فیزیکی و شیمیایی جاذب­ها همواره مورد توجه بوده­است تا با بکارگیری تکنیک‌های نوین مانند اصلاح سطحی خواص ویژه­ای را در جاذب ایجاد نموده و ویژگی­های آن‌ها را برای جذب ماده­ای خاص بهبود بخشید ] 7-6 [.
 تحقیقات فراوانی در زمینه استفاده از نانوجاذب­ها به­عنوان یکی از تکنولوژی­های مطرح و کارآمد در حذف آلاینده­ها انجام گرفته ­است. از بین نانوجاذب­­های مختلف، خصوصیاتی مانند غیر سمی بودن و مقرون به­صرفه بودن پروسه سنتز نانو جاذب اکسید روی سبب گردیده تا این نانوجاذب به یکی از پرکاربردترین نانوجاذب­ها در زمینه حذف آلاینده­ها و تصفیه فاضلاب­ها تبدیل گردد ]8[.
در همین راستا مطالعات زیادی ور گرفته است که از جمله آن‌ها می‌توان به مطالعه‌ای که توسط Bina و همکاران به منظور  بررسی کارآیی نانو لوله­های تک دیواره، چند دیواره و هیبرید کربنی در خذف بنزن و تولوئن از محلول­های آبی صورت گرفت ]9[ و مطالعه ای که توسط Salehi و همکاران برای بررسی حذف زایلن از آب به وسیله نانو اکسید روی به عنوان جاذب نفت انجام گرفت ]10[، اشاره نمود.
لذا هدف از انجام این تحقیق تعیین کارایی نانو ذره اکسید روی تحت تأثیر عوامل اصلی pH، مقدار جاذب، مقدار آلودگی نفتی و زمان در حذف آلودگی نفتی از آب می‌باشد.
مواد و روش­ها
در این مطالعه آزمایشگاهی که در بهار سال 1398 در آزمایشگاه اداره کل حفاظت محیط زیست استان اصفهان انجام شد، به بررسی کارایی جاذب در جذب آلاینده نفتی از سطح آب، با استفاده از ذرات نانو اکسید روی سنتز شده به عنوان جاذب و نفت خام به عنوان جذب شونده پرداخته شد. جهت سنتز نانو جاذب از روش ته­نشینی به عنوان یکی از مقرون به صرفه­ترین روش­ها استفاده شد زیرا ثابت شده است که روش ته نشینی برای سنتز انواع مختلف نانوذرات مثل نانو ذره اکسید روی بسیار مؤثر است ]11[. بنابراین برای تهیه نانو ذرات اکسید روی، عملیات به روش ته نشینی صورت گرفت. در این روش 85/14 گرم از پودر Zn(NO₃)₂ ، در 500 میلی‌لیتر آب مقطر حل شد. برای رسیدن به 7=pH  محلول 1/0 مولار NH₃ قطره قطره به محلول اضافه شد و در دمای اتاق هم زده شد. بعد از 2 ساعت هم خوردن، دوغاب در 7=pH فیلتر شد. نهایتاً رسوب 2 ساعت در 110 درجه سانتی‌گراد خشک شد ]10[. تمامی مواد آزمایشگاهی مورد استفاده ساخت شرکت مرک کشور آلمان بودند.
ویژگی­های ساختاری نانو ذرات اکسید روی با استفاده از پراش اشعه ایکس و پرتو سنجی فروسرخ با تبدیل فوریه 4 در محدوده400-4000 نانومتر تعیین شد ]12[. جهت تعیین ترکیب شیمیایی نمونه مورد آزمایش از آنالیز اسپکتروسکپی نشری پلاسمای جفت شده القایی استفاده شد. برای تعیین ساختار جاذب­ها، از دستگاه پراش اشعه ایکسXRD (X-Ray powder Diffraction )، مدل PW1800 ساخت کارخانه PHILIPS کشور هلند استفاده گردید ]13[.
برای شناسایی مولکول‌ها و گروه‌های عاملی از دستگاه طیف سنجی مادون (Fourier-Transform InfraRed spectroscopy)، مدل Spectrum RX1 محصول شرکت Perkin Elmer کشور آمریکا استفاده شد ]14[. اندازه‌گیری عناصر موجود در پودر نانو ذره توسط آنالیز اسپکتروسکپی نشری پلاسمای جفت شده القایی ICP-OES  (Inductivity Coupled Plasma- OpticalEmission Spectrometry)با استفاده از دستگاه Agilent مدل 5100 ساخت کشور آمریکا انجام گرفت ]15[. تصویر برداری جهت ریخت­شناسی و اندازه حفرات نانوذرات جاذب با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی FESEM (Field Emission Scanning Electron Microscope) مدل MIRA3 محصول شرکت TESCAN  کشور جمهوری چک  صورت گرفت ]10[.
یکی دیگر از فاکتورهای مؤثر در ساختار جاذب، تعیین نقطه بار صفرpH_zpc جاذب است. برای این منظور تغییرات pH جاذب در محلول­هایی با pH برابر 2، 4، 6، 8، 10، 12 بررسی شد. برای هر آزمایش مقدار 5/0 گرم از جاذب به محلول­های 100 میلی‌لیتری سدیم کلرید 01/0 مولار با pHهای اولیه ذکر شده افزوده شد. جهت تنظیم pH از محلول­های 1/0 نرمال HCl و NaOH استفاده گردید. نمونه‌ها داخل شیکر (مدل SK-300 محصول شرکت JEIO TECH کشور کره) با دور 150 قرار داده شد و بعد از گذشت 24 ساعت pH ثانویه آن­ها اندازه گیری شد ]16[.
در این مطالعه تجربی از پساب ساختگی استفاده شد. جهت تهیه پساب ساختگی، 100میلی­لیتر نفت به حجم یک لیتر (با آب مقطر) رسیده شد. سپس به منظور مخلوط شدن آب و نفت، به مدت 30 دقیقه توسط دستگاه شیکر تکان داده شد ]13[.
نهایتاً عملکرد جاذب در جذب آب و نفت به طور جداگانه مورد آزمایش قرار گرفت و تأثیر فاکتورهای مختلف زمان تماس، pH اولیه، غلظت آلاینده نفتی در پساب و مقدار جاذب بر روی میزان جذب توسط جاذب نانو اکسید روی، مطالعه شد.
از جمله فاکتورهای مورد بررسی بر روی جذب ترکیب نفتی، pH، مقدار جاذب، زمان تماس و مقدار غلظت آلاینده بود که اثر آن‌هادر مقادیر مختلف برای pH (3، 5، 7 و 9)، برای مقدار جاذب نانواکسید روی (5/0، 1، 5/1 و 2 گرم بر لیتر)، برای زمان تماس (بازه‌های زمانی3، 10، 20 و 60 دقیقه) و برای مقادیر آلاینده نفت (حجم‌های 60، 100، 140 و 180 میلی‌لیتر) در نظر گرفته شد ]13[.
در این مرحله از آزمایش، pH به عنوان متغیر و سایر پارامترها ثابت در نظر گرفته شد. محلول­هایی با غلظت معین و با pHهای مختلف 3، 5، 7 و 9 تهیه شد. عمل تنظیم pH با دستگاه pH متر و با افزودن اسید کلریدریک و هیدروکسید سدیم 1/0 نرمال به محلول بر روی همزن مغناطیسی انجام شد. مقادیر پارامترهای ثابت در اندازه گیری متغیر pH (مقدار 5/0 گرم جاذب نانو اکسید روی، زمان 20 دقیقه و پساب ساختگی 100 میلی‌لیتر نفت به حجم 1 لیتر رسیده شد) بود که در دور 180rpm محلول ساختگی به وسیله شیکر مخلوط شد ]17[.
برای رسیدن به زمان تعادل فاکتور متغییر زمان و سایر فاکتورها ثابت می‌باشد. برای بررسی اثر زمان تعادل، محلول‌های ساختگی با دو تکرار در زمان­های مختلف 3، 10، 20 و 60 دقیقه بر روی شیکر با دور 180rpm مخلوط گردیدند. در اندازه گیری متغیر زمان تماس (pH برابر با 5، مقدار جاذب 5/0 گرم و پساب ساختگی 100 میلی‌لیتر نفت به حجم 1 لیتر) بود ]16[.
برای بررسی تأثیر مقدار جاذب بر میزان جذب نفت، محلول­هایی با غلظت، pH و زمان ثابت و در مقادیر جاذب نانواکسید روی (5/0، 1، 5/1 و 2 گرم بر لیتر و دمای ثابت 25 درجه سانتی‌گراد بر روی شیکر قرار داده تا محلول یکنواختی به دست آید. انجام آزمایشات با دو تکرار صورت گرفت ]17[. مثادیر ثابت برای اندازه‌گیری پارامتر مقدار جاذب ( pHبرابر با 5، زمان 20 دقیقه و پساب ساختگی 100 میلی‌لیتر نفت به حجم 1 لیتر) بود ]14[.
در نهایت برای مقادیر آلاینده نفت ( حجم­های 60، 100، 140 و 180 میلی‌لیتر نفت به حجم 1 لیتر) در نظر گرفته شد و مقادیر ثابت در اندازه­گیری این پارامتر (pH برابر با 5، مقدار 5/0 گرم جاذب و زمان تماس 20 دقیقه) در نظر گرفته شد ]14[.
میزان روغن جذب شده از روش وزنی بر اساس رابطه (1) به دست آمد ]18[.
رابطه (1)   
a= درصد جذب
x= وزن کل نمونه خشک شده جاذب و نفت (گرم)
y= وزن جاذب اولیه (گرم)
z= میزان اولیه نفت
در این تحقیق به­منظور بررسی معادلات هم‌دمای جذب مقادیر مختلف جاذب نانواکسید روی 5/0، 1، 5/1 و 2 گرم بر لیتر به حجم معین محلول حاوی نفت در غلظت ثابت در دمای محیط اضافه شده و سپس هم‌دماهای جذب تعین شد. به منظور تعیین ایزوترم‌های جذب نیز از شکل خطی مدل‌های ایزوترمی Langmuir و Freundlich استفاده گردید.
شکل خطی مدل Langmuir با استفاده از رابطه (2) بیان می‌گردد:
رابطه (2)  
با ترسیم C_e/ q_e (بر روی محور Y) نسبت به غلظت در نقطه تعادل یعنی C_e (بر روی محور X)، خط راستی حاصل خواهد شد که دارای شیب  و عرض از مبدا   می‌باشد. شکل خطی رابطه فروندلیخ نیز با استفاده از رابطه (3) بیان می‌گردد:
رابطه (3)   ) log q_e = log K_f + 1/n (log C_e
با رسم نمودار Logq_e (بر روی محور Y) نسبت به مقادیر LogC_e (بر روی محور X) خطی راستی حاصل خواهد شد که دارای شیب  و عرض از مبدا log K_f  می باشد  ]19[.
داده­های به دست آمده توسط نرم‌افزارهای Excel 2016، SAS 9.4 مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. برای رسم نمودارهای تأثیر pH، مقدار جاذب، غلظت و زمان تماس بر جذب نفت از محلول ساختگی از نرم‌افزارهای Excel2016 و جهت پردازش داده­های حاصل در قالب طرح بلوک کاملا تصادفی در نرم‌افزار SAS9.4 استفاده شد. سپس هم دمای جذب و سینتیک جذب نفت از محلول ساختگی توسط مدل‌های Langmuir و Freundlich و شبه مرتبه اول و دوم مورد بررسی قرار گرفت. سطح معنی‌داری در آزمون‌ها 05/0 بود.
نتایج
تحقیق حاضر با هدف تعیین جذب نفت با استفاده از نانو ذره اکسید روی سنتز شده از محلول آبی صورت گرفت. نتایج به صورت زیر ارائه شد.
برای تعیین ویژگی­های جاذب مورد آزمایش از دستگاه پراش اشعه ایکس استفاده شد (شکل 1). مشاهده شد که این جاذب به صورت غیر متبلور می‌باشد

_ظ
شکل 1- نمودار حاصل از پراش پرتو ایکس به نانو ذره اکسید روی
 

                               الف                                                                                                              ب
شکل 2- تصاویر FESEM تهیه شده از نانو ذره اکسید روی
(الف) نانو ذره اکسید روی قبل از جذب نفت  (ب) نانو ذره اکسید روی  بعد از جذب نفت
 

 
 

 
 
 
 
 
 
شکل 3- نمودار حاصل از آنالیز FTIR گرفته شده از نانو ذره اکسید روی
 

 
جدول 1- آنالیز اسپکترومتری نشری پلاسمای جفت شده القایی (ICP-OES)نانو ذره اکسید روی ppm
 

Pb

Cu

Cr

As

Al

Ag

B

Ba

Bi

Ca

Cd

Fe

Mg

9/7

15/0>

6/0

0/1>

79

8/1>

3/1

3/0

0/1>

434

1/0>

5/10

116

 

Sb

Ni

Na

Mo

Mn

Li

K

Hg

Sr

Ga

Tl

Co

0/1>

5/0>

71

3/0>

3/0

15/0>

12

2/1>

5/0

8/1>

1/2

2/0>

 

نمودار 1-  نمودار تغییرات pH  بعد از گذشت مدت زمان 24 ساعت نسبت به مقدار اولیه pH
 

 
جدول 2-  مقایسه میانگین درصد جذب نانو ذره اکسید روی سنتز شده در pH­های مختلف

pH	3	5	7	9
درصد	c 34/1 ± 95/66	b21/0 ± 15/75	a35/0 ± 25/87	c27/1 ± 90/66

حروف نشان دهنده اختلاف معنی دار در سطح 05/0α=  است.
 

 
جدول 3- مقایسه میانگین در صد جذب نانو ذره اکسید روی سنتز شده در مقدارهای مختلف جاذب(g/L)

مقدار جاذب(گرم در لیتر)	5/0	1	5/1	2
درصد	c63/0 ± 45/60	a28/0 ± 4/79	ab98/0 ± 9/79	b70/0 ± 50/66

 
 
 
 
حروف نشان دهنده اختلاف معنی دار در سطح 05/0α=  است
 

 
جدول 4-  مقایسه میانگین درصد جذب نانو ذره اکسید روی سنتز شده در زمان های مختلف(دقیقه)

زمان(دقیقه)	3	10	20	60
درصد	c70/0 ± 50/51	b56/0 ± 40/60	a 14/0 ± 10/74	a 14/0 ± 10/75

 
حروف نشان دهنده اختلاف معنی‌دار در سطح 05/0α=  است.
 

جدول 5- مقایسه میانگین در صد جذب نانو ذره اکسید روی سنتز شده در غلظت های مختلف(میلی لیتر)
 

غلظت آلوده کننده (میلی‌لیتر)	60	100	140	180
درصد	b70/0 ± 50/74	a70/0 ± 50/83	c 98/0 ± 70/51	d70/0 ± 50/49

حروف نشان دهنده اختلاف معنی دار در سطح 05/0α=  است.
 

­­­
 
نمودار 2- هم دما­های جذبی Langmuir جذب جذب نفت به وسیله جاذب نانو ذره اکسید روی سنتز شده
 

نمودار 3- هم دما­های جذبی Freundlich جذب نفت به وسیله جاذب نانو ذره اکسید روی سنتز شده
 

پس از مقایسه ضرایب تبیین هم دماهای خطی در جذب سطحی، مدل فروندولیچ به خاطر R² بالاتر برای نفت انتخاب شد. جذب نفت به وسیله جاذب نانو ذره اکسید روی سنتز شده از مدل Freundlich به علت داشتن R² بالاتر (میزان99/0)، تبعیت می کند. ضریب K_f  نیز که معیاری از قدرت جذب می­باشد برابر 115/17 گرم بر لیتر بود.

 
جدول 7- ثابت‌های هم دماهای جذبی Langmuir، Freundlich برای جاذب نانو ذره اکسید روی سنتز شده
 

مقدار	ضریب	مدل
	Kf(L/mg)	115/17
Freundlich	1/n	26/0
Log qe= Log Kf+1/n Log Ce	R2	99/0
	KL(L/g)	048/1
Langmuir	/g) µg               b(	27/116
C/Xm= 1/Kb+ C/b	R2	75/0
	R1	029/0

 

بحث
بررسی تصاویر میکروسکوپی الکترونی­ روبشی نشر میدانی (FESEM) نشان داد که جاذب حالت متخلخل داشته که این امر سبب افزایش جذب در جاذب شد. در واقع، مهم‌ترین ویژگی یک جاذب خوب، ساختار متخلخل و در نتیجه سطح تماس بسیار بالای آن است که کمک فراوانی به عملکرد جاذب­ کرد. هم­چنین اندازه نانوذرات در حد 32-102 نانومتر تعیین شد.
به­منظور بررسی خواص ساختاری و شناسایی فازهای تشکیل شده از آنالیز XRD استفاده شد طبق استاندارد شـماره 1451=36JCPDS (Joint Committee on Powder Diffraction Standards) پیک­های کریستالی کاملاً مشخصی از نانوذرات ZnO در زوایای 2Ɵ=37-40-42-55-66-74-78  قابل مشاهده بود که بیانگر ساختار شش وجهی نانوذرات اسـت ]23[. بر اساس مطالعه Benhebal و همکاران، پیک­های تیز روی نمودار نشان­­ دهنده تبلور خوب نانوذراتZnO  بود ]24[. هم‌چنین نتایج حاصل از این آنالیز نشان دهنده غیر متبلور بودن جاذب بود.
براساس نتایج حاصل از تحقیق مشخص شد که بیشترین میزان جذب نانوذره اکسید روی سنتز شده در 7=pH می‌باشد. مطالعات انجام شده در این راستا نشان داد که با توجه به این که بار سطحی مولکول­های نفت و آلاینده­های نفتی در آب خنثی می­باشند (pH نقطه صفر الکتریکی (pH_ZPC) نانو ذره اکسید روی سنتز شده نیز برابر 6 می­باشد) در نتیجه بهترین pH برای جذب این مولکول­ها توسط نانوجاذب در 7=pH دیده شد ]25[. در مطالعه­ای که توسط Fazlolahi و همکاران بر روی حذف زایلن از آب به­وسیله نانو اکسید روی به­عنوان جاذب نفت صورت گرفت، به این نتیجه رسیدند که بیش‌ترین میزان حذف زایلن در 7=pH اتفاق افتاد ]25[. در مطالعه­ی دیگری که توسط Salehi و همکاران بر روی جذب هیدروکربن­های نفتی از آب توسط نانوذرات اکسید روی صورت گرفت، به این نتیجه رسیدند که بیشترین راندمان جذب در 6= pHصورت گرفت ]10[.
نتایج نشان داد بیشترین میزان جذب در زمان 20 دقیقه اتفاق افتاد. در میزان جذب نفت بین زمان­های 20 و 60 دقیقه اختلاف معنی­داری دیده نشد و هر دو این زمان‌های بیش‌ترین میزان جذب را نشان دادند و بعد از زمان 20 دقیقه میزان جذب تقریباً به­ صورت ثابت درآمد و کم‌ترین میزان جذب در زمان 3 دقیقه مشاهده شد. مطالعات انجام شده در این راستا نشان داد با افزایش زمان، تماس بین جاذب و جذب ­شونده افزایش و راندمان جذب نیز افزایش می­یابد و بعد از رسیدن به حالت تعادل و اشباع شدن، راندمان تقریبا ثابت شد ]27[. در مطالعه­ای که توسط  Khosravi و همکاران بر روی بررسی جذب فنول از محلول­های آبی با استفاده از پوست کربنه شده درخت سنجد و اصلاح شده با نانو ذرات اکسید روی صورت گرفت، با افزایش زمان تماس از 2 دقیقه به 30 دقیقه راندمان جذب نیز افزایش و سپس راندمان تقریباً ثابت شد ]27[. در مطالعه­ی دیگری که توسط Salehi و همکاران بر روی جذب هیدروکربن­های نفتی از آب توسط نانوذرات اکسید روی صورت گرفت، به این نتیجه رسیدند که با افزایش زمان تماس، راندمان جذب افزایش یافت و بعد از رسیدن به حالت تعادل راندمان تقریباً ثابت شد ]10[. در آزمایشات Ewis و همکاران که بر روی حذف نفت از آب با استفاده از جاذب نانو اکسید آهن/ بنتونیت انجام گرفت، به این نتیجه رسیدند که بعد از گذشت 90 دقیقه، راندمان جذب افزایش و به 67 درصد رسید ]28[.
با بررسی تغییرات غلظت اولیه نفت مشخص شد که با افزایش غلظت آلودگی و ثابت بودن دوز جاذب راندمان جذب تا حدی (10 میلی­گرم) افزایش یافته اما به­دلیل اشباع شدن و نبودن فضا در جذب ­شونده برای جذب جاذب، راندمان جذب کاهش می­یابد. در مطالعه­ای که توسط Fazlolahi و همکاران بر روی حذف زایلن از آب به­وسیله نانواکسید روی به­عنوان جاذب نفت صورت گرفت، به این نتیجه رسیدند که با افزایش غلظت، راندمان جذب افزایش یافت ]25[. طی مطالعه­ای که توسط  Hossini Aslو همکاران بر روی حذف بنزن و تولوئن از محلول­های آبی توسط نانوزئولیت سنتز شده صورت گرفت، به این نتیجه رسیدند که با افزایش غلظت، راندمان جذب ابتدا افزایش و سپس کاهش یافت ]29[. در آزمایشات Moghadam  و  Qaderi بر روی حذف آلودگی نفتی از آب توسط نانوذره آهن/ روی، نتایج مشابهی حاصل گردید ]26[.
با افزایش مقدار دوز جاذب نانو ذره اکسید روی، درصد جذب نفت افزایش یافت. علت این امر این است که با توجه به این­که تعداد محل­های جذب قابل دسترس که در عملیات جذب شرکت می­کنند افزایش می­یابد، لذا امکان برخورد افزایش یافته و راندمان جذب نیز افزایش می­یابد. اما کاهش درصد جذب و راندمان در 2 گرم بر لیتر میتواند به دلیل هم‌پوشانی شکل گرفته بین جاذب­ها باشد که کارآیی را کاهش داده است. از دیگر دلایل کاهش راندمان شکل گرفته می­توان به واجذبی و اشباع شدن محلول اشاره کرد که مانع انجام عمل جذب شد ]25[.Azari  و همکاران در تحقیقی بر روی جذب کروم 6 از محیط‌های آبی توسط کربن فعال مغناطیسی شده با نانو ذرات آهن صفر  به نتایج مشابهی دست یافتند که با افزایش مقدار جاذب، کارآیی جذب به میزان 56/91 درصد افزایش یافت ]30[.  در مطالعه ای که Hosseini Fard  و همکاران بر روی حذف مس از محلول آبی با استفاده از نانو ذره دی اکسید منگنز انجام دادند به این نتیجه رسیدند که با افزایش مقدار جاذب درصد جذب نیز افزایش یافت ]31[.
پس از مقایسه ضرایب تبیین هم دماهای خطی در جذب سطحی نتایج بدست آمده نشان داد که جذب نفت به وسیله جاذب نانوذره اکسید روی سنتز شده از مدل Freundlich به علت داشتن R² بالاتر (میزان99/0)، تبعیت می کند. ضریب K_f  نیز که معیاری از قدرت جذب می­باشد برابر 115/17 لیتر بر گرم بود. طی مطالعه­ای که توسط Hosseini Asl و همکاران بر روی حذف بنزن و تولوئن از محلول­های آبی توسط نانوزئولیت سنتز شده صورت گرفت، به این نتیجه رسیدند که از بین مدل­های Langmuir و Freundlich، داده­های آزمایش با مدل Freundlich مطابقت بیشتری داشت ]29[. در مطالعه‌ی دیگری که توسط Salehi و همکاران بر روی جذب هیدروکربن­های نفتی از آب توسط نانوذرات اکسید روی صورت گرفت، به این نتیجه رسیدند که از بین مدل­های Langmuir و Freundlich، داده­های آزمایش با مدل Langmuir مطابقت بیشتری داشت ]10[.
از آنجایی که حذف نفت با استفاده از نانواکسید روی بدلیل سادگی و مقرون به صرفه بودن فرآیند سنتز می­تواند به عنوان روش مناسبی مطرح شود، بنابراین زمینه مطالعات دیگری در این خصوص وجود داردکه به تعدادی از این موارد اشاره می‌گردد.
1- فاضلاب­های صنعتی دارای انواع مختلفی از ترکیبات آلاینده هستند که طی فرایند جذب سطحی ممکن است نسبتا مستقل عمل کرده یا با یکدیگر در تداخل باشند. بنابراین انجام آزمایشات در ارتباط با تعیین تأثیر حضور سایر آلاینده‌ها ضروری است.
2- جذب سایر ترکیبات نفتی موجود در پساب بر روی این نوع جاذب­ مورد آزمایش قرار گیرد.
3- استفاده از نانوذره اکسید روی از نظر اقتصادی و میزان کارایی با سایر روش‌های معمول مقایسه شود و هم‌چنین مطالعاتی در جهت سازگاری آن با روش­های دیگر به عمل آید.
4- به منظور بررسی امکان استفاده از این جاذب در حذف نفت در حجم زیاد فاضلاب، لازم است مطالعه در مقیاس صنعتی نیز انجام گیرد.
5- در مورد مکانیسم جذب نفت با استفاده از این نوع جاذب تحقیقات بیش‌تری صورت گیرد.
نتیجه‌گیری
نتایج این تحقیق نشان داد که بهترین pH برای جذب  مولکول­های نفت توسط نانوجاذب در 7=pH می باشد. بیش‌ترین جذب در زمان 20 دقیقه اتفاق می افتد و با افزایش زمان تماس میزان جذب تقریباً به صورت ثابت باقی  می‌ماند. با افزایش مقدار جاذب میزان جذب افزایش یافته و افزایش غلظت اولیه نفت در پساب ساختگی، سبب افزایش میزان جذب می‌شود. پس از مقایسه ضرایب تبیین هم دماهای خطی در جذب سطحی، نتایج نشان دادند که جذب نفت توسط نانو ذره اکسید روی با مدل Freundlich مطابقت دارد. در نهایت مشخص گردید که نانو ذره اکسید روی می تواند کارآیی بالایی در جذب نفت از پساب داشته باشد و به عنوان جاذب در رفع آلودگی نفتی در تصفیه فاضلاب‌های صنعتی مورد استفاده قرار گیرد.
تشکر و قدردانی
نویسنده مقاله از کارکنان بخش آزمایشگاه اداره کل حفاظت محیط زیست استان اصفهان به جهت قرار دادن امکانات برای انجام این پژوهش کمال تشکر را دارد.

 
 
References
 
 

[1] NazarZade A, Lakroj M, Alizade M, Removal of rhodamine B dye from aqueous solutions using biocompatible poly (N-vinylpyrrolidone-co-maleic anhydride) nanocomposite - Rice bran: isothermal, kinetic and thermodynamic studies Environ Sci Technol  2018; 31 (1): 81-92. [Farsi]
[2] Guo Z, Su Y, Li YX, Li G, Huang XJ. Porous single crystalline CdSe nanobelts: cation exchange synthesis and highly selective photoelectric sensing toward Cu2+. Chem. Eur. J 2018, 24(39): 9877-83.
[3] Bícego MC, Taniguchi S, Yogui GT, Montone RC, Da Silva DAM, Lourenco RA, et al. Assessment of contamination by polychlorinated bipHenyls and alipHatic and aromatic hydrocarbons in sediments of the Santos and Sao Vicente Estuary System, Sao Paulo, Brazil. Mar Pollut Bull 2006,52(12):1804-16.
[4] Ariharasudhan S, Dhurai B. Adsorption of oil from water surfaces using fibrous material-An overview. Man-Made Textiles in India. 2019 Apr 1;47(4).
 [5] Xia Z, Baird L, Zimmerman N, Yeager M. Heavy metal ion removal by thiol functionalized aluminum oxidehydroxide nanowhiskers. Appl Surf Sci 2017, 416: 565–73.
[6] Amar IA, Alshibani ZM, AbdulQadir MA, Abdalsamed IA, Altohami FA. Oil spill removal from water by absorption on zinc-doped cobalt ferrite magnetic nanoparticles. Adv J Chem A 2019; 2(4, pp. 266-385), pp.365-76.
[7] Panahi HA, Soltani E, Moniri E, Tamadon A. Synthesis and characterization of poly [1-(N,N-bis-carboxymethyl)amino-3-allylglycerol-co-dimethylacrylamide] grafted to magnetic nano-particles for extraction and determination of letrozole in biological and pharmaceutical samples. J.Talanta. 2013; 117: 511-17.
[8] Zhanga H, Huanga F, Lick DL, Shia P. Highly efficient removal of Cr(VI) from wastewater via adsorption with novel magnetic Fe3O4@C@MgAl-layered double-hydroxide. CCL. 2015 , 26 (9):1137–43
[9] Bina B, Amin MM, Rashidi A, Pourzamani H. Benzene and Toluene Removal by Single Wall, Multi Wall, and Hybrid Carbon Nano Tubes from Aqueous Solutions. Journal of Water and Wastewater; Ab va Fazilab 2013; 24(3): 12-21. .[Farsi]
[10] Salehi B, Hasani A, Ahmadpanahi H, Barghaei M, Investigation of xylene removal from water by nano zinc oxide as oil adsorbent . Environ Sci Technol 2019, 20 (3): 35-27. [Farsi]
[11] Kripal R, Gupta A, Srivastava K, Mishra S. Photoconductivity and photoluminescence of ZnO nanoparticles synthesized via co-precipitation method. Spectrochim. Acta Part A 2011; 79: 1605-12.
[12] Kumar S, Nair R, Pillai P, Gupta S, Iyengar M, Sood A. Graphene Oxide−MnFe2O4 Magnetic Nanohybrids for Efficient Removal of Lead and Arsenic from Water. ACS Appl Mater Interfaces 2015; 6(20): 17426-36.
[13] Abolhasani M, Pirestani N, Amini H, Investigation of rock wool waste efficiency in adsorption of oil (kerosene) pollutants in water. J Environ Health Res 2018; 3 (4): 300-11. [farsi]
[14] Ahmadi nasab R, Aghaei S, Ghasem zade MA, Synthesis of oxidized nanoparticles with antimicrobial and antibiotic activity against Klebsiella pneumoniae. J Appl Biol  2019; 31 (8): 107-19. [Farsi]
 [15] Zhang  X, Wei X, Men X, Jiang Z, Ye WQ, Chen ML, Yang T, Xu ZR, Wang JH. Inertial-force-assisted, high-throughput, droplet-free, single-cell sampling coupled with ICP-MS for real-time cell analysis. Anal Chem 2020,92(9), pp.6604-12.
[16] Wang Y, Tran HD, Liao L, Duan X, Kaner RB. Nanoscale morphology, dimensional control, and electrical properties of oligoanilines J ACS 2010; 132(30): 10365-73.
[17] Mobasherpour I, Salahi E, Pazouki M. Removal of nickel (II) from aqueous solutions by using nanocrystallin calcium hydroxypatite. J Saudi Chem Society. 2011; 15: 105-12.
[18] Anbia, M. Moradi, S.E. Adsorption of napHthalenederived compounds from water by chemically oxidized nanoporous carbon. Chem Eng J 2009; 148(2-3): 452-58.
 [19] Rahmani A, Asgari G, Barjasteh Asgari F, Hedayati Kamran E, Alijani F. Investigation of phenol removal from aqueous solutions using copper-impregnated pumice. Avicenna J Clin Medic 2011 Mar 15;17(4):50-6.[Farsi]
[20] Razmi FA, Ngadi N, Wong S, Inuwa IM, Opotu LA. Kinetics, thermodynamics, isotherm and regeneration analysis of chitosan modified pandan adsorbent. J clean prod 2019; 231: 98-109.
[21] Chen S, Yan J, Li J, Lu D. Dispersive micro-solid phase extraction using magnetic ZnFe2O4 nanotubes as adsorbent for preconcentration of Co (II), Ni (II), Mn (II) and Cd (II) followed by ICP-MS determination. Microchem J  2019; 147: 232-8.
[22] Jafarzadeh Haghighi fard N, Mangolizadeh N, Takdast A, Dinari MA. Adsorption of zinc(Zn⁺²) from water by chitin of Portunus pelagicus. Environ Sci Technol  2015; 16(1): 529-42.[farsi]
[23] Rajaboopathi S, Thambidurai S. Green synthesis of seaweed surfactant based CdO-ZnO nanoparticles for better thermal and photocatalytic activity. Current Applied Physics 2017; 17(12): 1622-38.
[24] Benhebal H, Chaib M, Salmon T, Geens J, Leonard A, Lambert SD, et al. Photocatalytic degradation of phenol and benzoic acid using zinc oxide powders prepared by the sol–gel process. AEJ 2013; 52(3): 517-23.
[25] Fazlolahi S, Hasani AH, Barghaei M, Poorzamani HR, Investigation of the efficiency of multi-walled carbon nanotubes in the removal of petroleum hydrocarbons from the aqueous medium (Case study of naphthalene). Environ Sci Technol 2019; 19 (3): 129-41. [Farsi].
[26] Moghadam MT, Qaderi F. Modeling of petroleum wastewater treatment by Fe/Zn nanoparticles using the response surface methodology and enhancing the efficiency by scavenger. Results in Physics 2019; 15: 102566.
[27] Khosravi R, Fazlzade M, Samadi Z, Mostafavi H, Taghizade A, Dari H, Investigation of phenol adsorption from aqueous solutions using carbonated bark of elm tree and modified with zinc oxide nanoparticles. J Health and Care 2014; 4 (1): 21-30. [Farsi]
[28] Ewis D, Benamor A, Ba-Abbad MM, Nasser M, El-Naas M, Qiblawey H. Removal of Oil Content from Oil-Water Emulsions Using Iron Oxide/Bentonite Nano Adsorbents. Water Proc Eng 2020; 38: 101583.
 [29] Hossini Asl SM, Masomi M, Tajbakhsh M, Hybrid adaptive neuro-fuzzy inference systems for forecasting benzene, toluene & m-xylene removal from aqueous solutions by HZSM-5 nano-zeolite synthesized from coal fly ash, J Clean Prod. 2020.
[30] Azari A, Gholami M, Mokhtari M, Kakavand B, Ahmadi A, Sattari Tabrizi M. Removal of six volumes of chromium from aqueous medium using activated carbon with zero iron nanoparticles (CMFeO): Study of kinetics, isotherms and thermodynamics. JHD 2014; 3(1).
 [31] Hosseinifard M, Ghorbani H, Aghazadeh M, Hosseinifard M. Synthesis of Manganese Dioxide Nano-particles (MnO2) and Their Copper Removal Efficiency from Aqueous Solutions. Journal of Water and Wastewater; Ab va Fazilab 2016; 27(3): 2-11. [Farsi]

---

---