بررسي كارايي نانوذرات اكسيدآهن مغناطيسي پوشش داده شده با سيليس در حذف موادآلي طبيعي از آب

Investigation of synthesized silica coating Fe3O4 nanoparticles efficiency in removal of NOM from water

زمینه و هدف: حضور مواد آلی طبیعی(NOM ) برروی كیفیت آب مانند رنگ، بو و مزه تاثیر می‌گذارد، حضور این مواد در آب باعث گرفتگی فیلترها و غشاها و در نتیجه كاهش راندمان فرایندهای تصفیه پیشرفته آب می‌شود، همچنین به علت واكنش با ضدعفونی كننده‌ها و تولید محصولات جانبی برای سلامتی انسان مضر است. نانوذرات اكسیدآهن به عنوان یك جاذب‌ موثر برای حذف آلاینده‌ها از محیط آبی مطرح هستند. در این تحقیق به منظور افزایش پایداری و پراكندگی بیشتر این نانوذرات از پوشش سیلیس استفاده شد و توانایی آن در جذب اسیدهیومیك از آب مورد بررسی گرفت. روش بررسی: نانوذرات اكسید آهن به روش هم‌ترسیبی تهیه شد، سپس با افزودن تترا اتوكسی سیالان نانوذرات حاصله با سیلیس پوشش داده شدند. مشخصات فیزیكی آنها توسط‌ میكروسكوپ الكترونی و دستگاه پراش اشعه X تعیین گردید. در مرحله بعد آزمایشات جذب شامل تعیین pH و زمان تماس بهینه در محدوده 12-3 و min 240-5 انجام شد، سینتیك جذب با توجه به زمان‌های مختلف جذب اسیدهیومیك تعیین شد، سپس با استفاده از نتایج تاثیر غلظت‌های مختلف جاذب، غلظت‌های مختلف اسیدهیومیك، ایزوترم‌های فروندلیچ و لانگمیر تعیین شدند. یافته‌ها: بررسی ‌مورفولوژی سطح جاذب نشان داد كه نانوذرات اكسیدآهن پوشش داده شده با سیلیس دارای اندازه حدود nm 130-30 بود. pH معادل 10/5، و زمان تماس min 90 به عنوان شرایط بهینه برای حذف اسیدهیومیك توسط نانوذرات اكسیدآهن پوشش داده شده با سیلیس بود. و حداكثر ظرفیت جذب اسیدهیومیك توسط نانوذرات اكسیدآهن پوشش داده با سیلیس 192/30 بوده است. بررسی روابط ایزوترم حاصل از تاثیر غلظت‌های مختلف جاذب بر غلظت‌های مختلف اسیدهیومیك نشان داد حذف اسید هیومیك توسط نانوذرات اكسید آهن پوشش داده شده با سیلیس از مدل لانگمیر(90/R2>0 )و سینتیك آن از مدل شبه درجه دوم(98/R2>0 )پیروی می‌كند. نتیجه‌گیری: نانوذرات اكسید آهن پوشش داده شده با سیلیس به علت داشتن جایگاه‌های جذب فراوان، خاصیت مغناطیسی و قابلیت جداسازی توسط آهنربا، و تولید ارزان قیمت می‌تواند به عنوان یك جاذب كارآمد در حذف اسیدهیومیك از آب آشامیدنی به كار رود.

Background and Objective: The presence of natural organic materials (NOM) in water resources affects its quality (i.e. color, odor, and taste). In addition, it leads to the fouling of filters and membranes and reduces water treatment efficiency during flocculation/ coagulation. Moreover, NOM reacts with disinfectants and produces byproducts (DBPs), which are harmful to human health. Magnetic nanoparticles have been reported as effective adsorbents for the removal of pollutants from the aqueous media. In this study, we applied SiO2coating on these nanoparticles in order to enhance their stability and dispersion in aqueous media and investigated their capability in NOM adsorption from water. Materials and Methods: Iron oxide magnetic nanoparticles were prepared by co-precipitation. Then, we added Tetraethoxysilane (TEOS) to the solution in order to coat it with SiO2 . The adsorbent characteristics were determined by SEM and XRD. Then, we carried out the adsorption experiments under different pH(3-12) and contact time (5-240 min)performance conditions. The adsorption kinetic was determined with respect to different Humic acid adsorption times. Later, we determined the effect of different concentrations of adsorbent on different concentrations of Humic acid, and Langmuir and Freundlich coefficients based on the optimum conditions. Results: The morphology investigation of adsorbent showed the average size of Fe3O4/SiO2nanoparticles was 30-130 nm. The pH value of 10.5 and the contact time of 90 min at room temperature were determined as optimum conditions for removal of humic acid using Fe3O4/SiO2 nanoparticles. The maximum adsorption capacity of Fe3O4/SiO2 was192.30. The adsorption isotherm was fitted well by Langmuir model (R2>0.90) and the pseudo-second order model (R2>0.98) could better explain humic acid adsorption. Conclusion: Having high number of active surface sites, magnetic properties, easily separation using magnetic field, and its cost-effectiveness, the Fe3O4/SiO2 nanoparticles could be used as an efficient adsorbent in removal of humic acid from water.