استفاده از نانوذرات آهن تثبیت‌شده روی کوارتز برای حذف نیترات در سیستم‌های تعادلی و سیال

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 مربی

2 هیات علمی دانشگاه تربیت مدرس

چکیده

آنیون نیترات از آلاینده های مهم آب‌های زیر‌زمینی و سطحی در بسیاری از مناطق جهان است. غلظت زیاد نیترات ممکن است به سیستم‌های تنفسی وگوارشی انسان آسیب رساند، لذا کنترل ورود آن به منابع آب و کاهش غلظت آن در آب آشامیدنی برای حفظ سلامت انسان و همچنین محیط زیست ضروری است. در این تحقیق، اثر تثبیت نانو‌ذرات آهن روی کوارتز و امکان بازیابی و کاربرد مجدد آن‌ها به‌منظور حذف نیترات از محلول‌های آبی مورد بررسی قرار گرفت. بدین‌منظور، نانوذرات آهن به ‌روش شیمیایی ساخته و روی کوارتز تثبیت شد. کارائی نانوذرات آهن برای حذف نیترات در دو سیستم تعادلی و سیال، تابعی از غلظت نیترات و نانوذرات آهن، ارزیابی شد. همچنین، در سیستم سیال امکان بازیابی نانوذرات آهن مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که در غلظت مناسب نانو‌ذرات، امکان احیای 100% نیترات وجود دارد. تثبیت نانو‌ذرات موجب افزایش بیش از 10 برابری کارایی آنها برای حذف نیترات گردید. برآورد ظرفیت نانو‌ذرات برای احیای نیترات، در دو غلظت 50 و 100 میلی‌گرم در لیتر نیترات، نشان داد که تقریبا 57/0 میلی‌مول نیترات به ازای یک میلی‌مول آهن احیا می‌شود. بررسی احیای نیترات در سیستم سیال نیز نشان داد که واکنش نانو‌ذرات آهن با نیترات بسیار سریع است و لذا امکان استفاده از نانو‌ذرات آهن تثبیت شده در سیستم‌های سیال نظیر آب‌های زیرزمینی وجود دارد. همچنین، بازیابی و استفاده مجدد از نانو‌ذرات آهن نشان داد که ذرات بازیابی شده به‌خوبی نانو‌ذرات اولیه قادر به احیای نیترات هستند، که موجب کاهش هزینه استفاده از این ذرات برای حذف آلاینده‌ها می‌شود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Using Quartz-Supported Zero-Valent Iron Nanoparticles for Removing Nitrate in Equilibrium and Fluid Systems

نویسندگان [English]

  • Fahimeh Fouladshekan 1
  • Rasoul Rahnemaie 2

چکیده [English]

Nitrate anion is an important ground- and surface-water contaminant, around the world. High nitrate concentration could damage the human respiratory and digestive systems; thus, controlling nitrate transfer toward water resources and reducing its concentration is essential to protect human health and the environment. In this research, effect of coating zero-valent iron nanoparticles on quartz (Q-Fe0Nps) and possible retrieving and reusing them were evaluated for removing nitrate from aqueous solution. Fe0Nps were made by chemical reduction method and supported by quarts. Fe0Nps efficiency for removing nitrate was assessed in both equilibrium and fluid systems as function of nitrate and Fe0 concentrations. Results indicated that in appropriate Fe0Nps concentration, 100% of nitrate can be removed. Coating Fe0Nps on quartz surface enhanced their efficiency for nitrate reduction more than 10 folds. Experimental data at 50 and 100 mg/L initial nitrate concentrations indicated that approximately 0.57 mmol nitrate is reduced by 1 mmol Fe0Nps. In addition, measuring nitrate reduction in fluid systems demonstrated that Fe0Nps react with nitrate ion quickly, which makes them relevant for using in fluid systems like ground-water. In addition, retrieved Q-Fe0Nps could reduce nitrate almost as well as the original particles, which reduces the cost for using in decontamination plans.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Contamination
  • Iron nano particle
  • Nitrate
  • Reduction
  • Water