بهينه سازي پارامترهاي تخريب دي متيل فتالات توسط نانو ذرات آهن صفر ظرفيتي با استفاده از روش سطح پاسخ: تعيين محصولات واسطه و مسير فرايند تخريب

Optimization of Dimethyl Phthalate Degradation Parameters Using Zero-valent Iron Nanoparticles by Response Surface Methodology: Determination of Degradation Intermediate Products and Process Pathway

سابقه و هدف: استرهاي اسيدي فتاليك (PAEs) گروهي از تركيبات آلي هستند كه به عنوان ماده افزودني در صنايع پلاستيك‌سازي استفاده مي‌شوند. در بين PAEs، دي‌متيل‌فتالات (DMP)، ساده‌ترين تركيب گروه فتالات، آلاينده‌اي آروماتيك و مختل‌كننده عملكرد غدد درون‌ريز است. در حقيقت، هدف از اين مطالعه، بررسي تاثير نانو‌ذرات آهن صفر ‌ظرفيتي (NZVI) در تخريب DMP مي‌باشد. مواد و روش‌ها: NZVI به روش احياي كلريد‌آهن توسط بوروهيدريد‌سديم تهيه شد. مشخصات فيزيكي نانو‌ذرات با استفاده از آناليز هايي مثل ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM)، ميكروسكوپ‌الكتروني انتقالي (TEM)، پراش‌ اشعه‌ايكس (XRD) و ‌مغناطيس‌سنج لرزشي (VSM) تعيين شد. در ادامه تاثير pH، غلظت DMP، مقدار NZVI و زمان‌ تماس بر كارايي حذف DMP مطالعه شد. از روش پاسخ سطحي بر ‌مبناي باكس‌بنكن به منظور بررسي اثر متقابل متغيرها استفاده شد. يافته‌ها: نتايج مربوط به حذف DMP با NZVI نشان داد كه راندمان حذف برابر با ‌99 درصد در شرايط بهينه (pH برابر 3، دوز NZVI 6/0گرم در ليتر، غلظتDMP 2 ميلي‌گرم در ‌ليتر و زمان تماس برابر با 65‌ دقيقه) حاصل شده است. نتايج مربوط به آناليز باكس بنكن نشان داد كه پارامترهاي pH و دوز نانوذره به ترتيب بيش ترين و كم ترين اثر را در فرايند حذف DMP توسط NZVI داشته‌اند. استنتاج: بر اساس نتايج حاصل مي‌توان اذعان داشت NZVI در مقادير كم، كارايي قابل قبولي در حذف DMP دارد. به علاوه كارايي تخريب DMP توسط نانوذرات آهن صفر ظرفيتي بعد از استفاده در 5 مرحله متوالي از آزمايشات تخريب تغيير چنداني نكرد كه چشم انداز كاربرد بالقوه NZVI سنتز شده را در تصفيه آب‌هاي واقعي نشان مي‌دهد.

Background and purpose: Phthalic acid esters (PAEs) are a group of organic compounds that are used as additives in plastic industry. Among PAEs, dimethyl phthalate (DMP), the simplest compound in phthalates, is an aromatic pollutant that disturbs endocrine function. The aim of this study was to assess the effect of zero-valent iron nanoparticles (NZVI) on the DMP degradation. Materials and methods: NZVI were prepared by reduction of ferric chloride using sodium borohydride. Physical properties of nanoparticles were determined using Scanning Electron Microscopy (SEM), Transmission Electron Microscopy (TEM), X-ray Diffraction (XRD), and Vibrating Sample Magnetometer (VSM). Then, the effect of pH, DMP concentrations, the amount of NZVI, and contact time were investigated on DMP removal efficiency. Response surface methodology based on Box-Behnken was used to study the interaction between variables. Results: Maximum efficiency (99%) of DMP removal by NZVI was achieved in optimum conditions (pH=3, NZVI dosage =0.6 g/l, DMP concentration = 2 mg/l, and contact time= 65 min). The Box-Behnken analysis confirmed that pH and NZVI dosage have had the highest and lowest effect in the process of DMP removal by NZVI, respectively. Conclusion: According to findings, NZVI in small amounts have a proper efficiency in DMP removal. Also, DMP degradation efficiency did not change much, after being used in five consecutive cycles of degradation reactions. This shows a potential application prospect of the synthesized NZVI in real water treatment.