Skip to main content
SUPERVISOR
Mahdi Nasiri sarvi
مهدی نصیری سروی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Navid Mosaleheh
نوید مصالحه

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده معدن
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1394

TITLE

Investigation of removal of biological contaminants (tetracycline) by nanoclay (montmorillonite)
Nanoclays have become an important material in several industries such as paint and coating industry, cosmetics, paper, water treatment, nanocomposite production and pharmaceutical industries. In recent years, much attention has been paid to the preparation of nanoparticles for purification of water. In this research, the application of nanoclay as a strong absorbent for the removal of tetracycline has been investigated. Tetracycline, as one of the most dangerous biological contaminants, has attracted many researchers in recent years. The complex structure of tetracycline and the irreparable damage of this drug to the environment exacerbate the need for a strong, practical, yet inexpensive absorbent to eliminate this contaminant. Clay soils, including Montmorillonite, due to Features such as cation exchange capacity, high specificity, low cost, inflation and chemical deficiency are known as a potential absorbent in the biodegradation industry. In the present study, nanoclay was firstly purified by montmorillonite to obtain maximum absorbance and then modified by several methods. Activated montemorillonite by 0.25 CEC surfactant had the highest removal rate of tetracycline. . It was also observed that with increasing the activation temperature, due to the regular arrangement of surfactants between the montmorillonite layers, the absorption capacity of the montmorillonite increased significantly. Absorption kinetics experiments were conducted to investigate the structure and nature of tetracycline adsorption on montmorillonite as adsorbent. For all adsorbents, the process of absorbing at an earlier stage was at a higher rate and, after a certain period of time, reached at the highest amount of adsorption. In the next step, the pseudo-second-order model was fitted to the results. It was observed that the montmorillonite which was activated by the 0.25 CEC surfactant had the highest absorption efficiency. The second kinetic model fitted to the kinetic results was an intraparticle diffusion model. It was observed that all samples had three linear regions. The first linear region had a very high kinetic rate indicating that tetracycline was absorbed on the outer surfaces of the montmorillonite. In the second linear step, tetracycline particles began to penetrate the layers of montmorillonite and diffusion occurred. In the third linear region decreased significantly and became almost zero. The X-ray diffraction analysis indicates an increase in the space between the montmorillonite layers after absorption. In fact, this confirms the absorption of tetracycline particles between the layers of montmorillonite. Also, the X-ray diffraction analysis showed that the surface distances of montmorillonite by surfactants have increased the intervals of all adsorbent layers. All experiments indicate that by adding excessive modifier, the amount of absorption capacity decreased, which could be due to clogging of the surfaces and edges of the montmorillonite by surfactants. In the next step, the maximum amount of tetracycline absorption on montmorillonite samples was obtained using absorbance isotherm tests of 310 mg / g of adsorbent. In the end, the effect of environmental pH on the tetracycline absorption mechanism by montmorillonite was investigated, which showed that absorbent and absorbable isoelectric points play the most role in the absorption process. Thus, at pH less than 3, tetracycline has a cationic form, resulting in a maximum absorption. The results showed that montmorillonite had a maximum absorption capacity of 350 mg /g absorbent at pH= 2.5
امروزه نانورس ها به مواد مهمی تبدیل شده اند که کاربردهای خود را در بسیاری از صنایع همچون صنعت تولید رنگ و پوشش‌های نانو، مواد آرایشی و بهداشتی، کاغذ، تصفیه آب، تولید نانوکامپوزیت‌ها و صنایع پزشکی و دارورسانی به عرصه نمایش گذاشته اند. در سال های اخیر، توجه فراوانی به تهیه نانوذرات در علم تصفیه آب شده است. در این تحقیق کاربرد نانورس ها به عنوان یک جاذب بالقوه جهت حذف آلاینده ی بیولوژیکی( تتراسایکلین) مورد بررسی قرار گرفته است. تتراسایکلین به عنوان یکی از خطرناک ترین آلاینده های بیولوژیکی در سال های اخیر توجه بسیاری از محققان را به خود معطوف کرده است. ساختار پیچیده ی تتراسایکلین و صدمات جبران ناپذیر این ترکیب دارویی به محیط زیست، نیاز به یک جاذب قوی، کاربردی و در عین حال ارزان قیمت به منظور حذف این آلاینده را تشدید می کند.کانی‌های رسی از جمله مونت موریلونیت به دلیل ویژگی هایی همچون ظرفیت تبادل کاتیونی، سطح ویژه بالا، ارزان، تورم پذیری و بی اثری شیمیایی به عنوان یک جاذب بالقوه در صنعت حذف آلاینده hy;های بیولوژیکی شناخته شده است. در تحقیق حاضر ابتدا نانورس مونت موریلونیت برای دستیابی به حداکثر مقدار جذب، خالص سازی و سپس توسط چند روش مختلف اصلاح سطحی شد. مشخصات و خلوص نانورس حاصل شده مورد بررسی قرار گرفت و مشاهده شد که مونت موریلونیت فعال شده توسطCEC 25/0 سورفکتانت، ظرفیت جذب بالاتری برخوردار بود و بیشترین میزان حذف تتراسایکلین را داشت. همچنین مشاهده گردید با افزایش دمای فعال سازی، به دلیل چینش منظم سورفکتانت بین لایه های مونت موریلونیت، ظرفیت جذب مونت موریلونیت به شدت افزایش می یابد. آزمایش های سینتیک جذب در راستای بررسی ساختار و طبیعت جذب تتراسایکلین روی مونت موریلونیت به عنوان جاذب، انجام شد. برای همه جاذب ها، فرآیند جذب در مراحل اولیه با سرعت بالاتر اتفاق افتاد و بعد از گذشت مدت زمان مشخصی به بیشینه حالت خود رسید. در ادامه مدل سینتیکی کاذب درجه دوم بر نتایج برازش داده شد. مشاهده گردید که مونت موریلونیت فعال شده توسطCEC 25/0سورفکتانت، از بیشترین کارایی جذب برخوردار می باشد. دومین مدل سینتیکی برازش شده به نتایج سینتیک، مدل نفوذ درون ذره ای بود. مشاهده گردید که تمامی نمونه hy;ها دارای سه منطقه خطی می باشند. منطقه خطی اول دارای ثابت نرخ سینتیک بسیار بالایی بود که نشان دهنده ی جذب شدن تتراسایکلین روی سطوح خارجی مونت موریلونیت است. در مرحله خطی دوم، ممولکول‌های تتراسایکلین شروع به نفوذ بین لایه‌های مونت‌موریلونیت کردند و دیفیوژن اتفاق افتاد. شیب خط برازش شده به نتایج سینتیک در منطقه خطی سوم کاهش بسیار شدیدی یافت و تقریباً صفر شد. با توجه به این که در این زمان تقریباً تمام تتراسایکلین موجود در محلول جذب جاذب ها شده بود، این کاهش شیب شدید به دلیل تهی شدن محلول تتراسایکلین بود. آنالیز پراش اشعه ایکس نشان دهنده افزایش فضای بین لایه های مونت موریلونیت بعد از عملیات جذب می باشد. در واقع این امر موید جذب ذرات تتراسیکلین در بین سطوح مونت موریلونیت است.همچنین آنالیز پراش اشعه ایکس نشان می دهد با اصلاح سطحی مونت موریلونیت توسط سورفکتانت، فواصل لایه های تمامی جاذبها افزایش یافته است. تمامی آزمایش ها نشان hy;دهنده این موضوع بودکه با اضافه نمودن بیش از حد اصلاح کننده، مقدار ظرفیت جذب کاهش یافته که می تواند به دلیل گرفتگی سطوح و لبه های مونت موریلونیت توسط سورفکتانت باشد. در ادامه بیشینه مقدار جذب تتراسایکلین روی نمونه های مونت موریلونیت با استفاده از آزمایش های ایزوترم جذب 310 میلی گرم بر گرم جاذب به دست آمد. در پایان تاثیر pH محیط بر مکانیزم جذب تتراسیکلین توسط مونت موریلونیت بررسی شد که مشخص گردید نقطه ایزوالکتریک جاذب و جذب شونده بیشترین نقش در فرایند جذب را دارند. بدین ترتیب که در pH کمتر از 3، تتراسایکلین دارای فرم کاتیونی می باشد و درنتیجه جذب حداکثری اتفاق می افتد. نتایج نشان داد که در 5/2pH=، مونت موریلونیت دارای بیشترین ظرفیت جذب به مقدار 350 میلی گرم بر گرم جاذب بوده است. کلمات کلیدی: نانورس، آلاینده بیولوژیکی، مونت موریلونیت، اصلاح سطحی، تتراسایکلین، تبادل کاتیونی، دما، جذب، pH

ارتقاء امنیت وب با وف بومی