طراحی سیستماتیک به‌منظور بهینه سازی حذف جلبک عامل طعم و بو در آب آشامیدنی با استفاده از نانوجاذب‌های پلیمری PEBA/CDs

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکترا، گروه محیط زیست، دانشکده علوم و فنون دریایی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران شمال، تهران، ایران

2 استادیار، گروه محیط زیست، دانشکده علوم و فنون دریایی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران شمال، تهران، ایران

3 دانشیار، گروه محیط زیست، دانشکده علوم و فنون دریایی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران شمال، تهران، ایران

4 استادیار، گروه شیمی، دانشکده علوم، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران

10.22034/jewe.2021.262861.1489

چکیده

نانوجاذب­های پلیمری سیکلودکسترین (CDs)/ پلی اتر بلک آمید PEBA)) با توجه به ماهیتشان از جمله تخلخل پذیری، زیست سازگاری و زیست‌تخریب‌پذیری به‌عنوان نانوکامپوزیت­های پلیمری نوین از اهمیت کاربردی خاصی برخوردار می­باشند. هدف از این پژوهش بهینه­سازی حذف جلبک عامل طعم و بو در آب آشامیدنی با استفاده از نانوجاذب­های PEBA/CDs بود. طراحی آزمایش‌ها و تأثیر پارامترهای تجربی بر میزان حذف جلبک، به‌صورت سیستماتیک با روش Fractional Factorial انجام گرفت.  جهت دستیابی به بیش­ترین عملکرد حذف جلبک، از روش بهینه­سازی RSM استفاده شد. به‌منظور مشخصه­یابی این نانوساختارها از طیف‌سنجی FTIR، تصاویر SEM، فن BET و آنالیز نقشه‌برداری استفاده شد. این آنالیزها نشان دادند که محصولات سنتزی دارای خواص ایده­آلی همچون ریخت­شناسی همگن و توزیع اندازه الیاف در گستره نانومتری هستند. علاوه براین، بر اساس اطلاعات حاصل از آنالیز BET، سطح مؤثر نمونه در حدود m2/g 840 تعیین شد. نتایج بررسی­ها بر روی جلبک Navicula نشان داد که نانوجاذب­های پلیمری PEBA/CDs می­توانند با کاهش تعداد کلنی جلبک به 5 کلنی بر کیفیت‌بخشی طعم و بو در آب آشامیدنی تأثیرگذار باشد. نتایج آنالیز واریانس نشان داد که پارامترهای مقدار جاذب پلیمری، حجم آب و مدت‌زمان تماس به­دلیل داشتن Pvalue برابر با صفر بر میزان حذف جلبک تأثیرگذار هستند. همچنین یافته­ها نشان‌دهنده کاهش تعداد کلنی جلبک به میزان 3 کلنی بود. استفاده از نانوساختارهای نوین و همچنین مطالعه سیستماتیک به­کاررفته در این مطالعه می­توانند به‌عنوان یک راهبرد جدید به‌منظور کیفیت‌بخشی به آب آشامیدنی استفاده شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Systematic Design for Optimizing the Removal of Taste and Odor-Causing Algae from Drinking Water using PEBA/CDs Polymeric Nanoadsorbents

نویسندگان [English]

  • Mahsa Hooman 1
  • Nooshin Sajadi 2
  • Reza Marandi 3
  • Mojgan Zaeemdar 2
  • Niloufar Akbarzadeh Torbati 4
1 PhD Scholar, Department of Environmental Science, Faculty of Marine Science and Technology, North Tehran Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
2 Assist. Professor, Department of Environmental Science, Faculty of Marine Science and Technology, North Tehran Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
3 Assoc. Professor, Department of Environmental Science, Marine science and technology faculty, North Tehran branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
4 Assist. Professor, Department of Chemistry, Faculty of Sciences, University of Sistan and Baluchestan, Zahedan, Iran
چکیده [English]

Cyclodextrin (CDs)/polyether black amide (PEBA) polymeric nanostructures are of particular practical importance due to their nature including porosity, biocompatibility and biodegradability as new polymeric nanocomposites. The aim of this research work was to optimize the odour and taste causing algae in drinking water using PEBA/CDs nanoadsorbents. The design of experiments and the effect of experimental parameters on the rate of algae removal was done systematically by Fractional Factorial method. RSM optimization method was used to achieve the highest algae removal performance. FTIR spectroscopy, SEM images, BET technique and mapping analysis were used to characterize these nanostructures. These analyzes showed that the nanoadsorbents synthesized had ideal properties such as homogeneous morphology and fiber size distribution in the nanometer range. In addition, according to data obtained from BET technique, the surface area of the sample was about 840 m2/g. The results of studies on Navicula algae showed that PEBA/CDs polymeric nanoadsorbents can affect the quality of drinking water by reducing the number of algae colonies to 5 colonies. The results of analysis of variance showed that the parameters of dose of polymeric nanoadsorbents, water volume and contact time (Pvalue = 0.000) affect the rate of algal removal. The results showed a reduction in the number of algae colonies by 3 colonies. The use of novel nanostructures as well as the systematic studies used in this study can be used as a new strategy to improve the quality of drinking water.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Algae Removal
  • Drinking Water Quality
  • PEBA/CDs Polymeric nanoadsorbent
  • Systematic study
Alfafara, C. G., Nakano, K., Nomura, N., Igarashi, T. and Matsumura, M. (2002). Operating and scale‐up factors for the electrolytic removal of algae from eutrophied lakewater. J. Chem. Technol. Biotech., 77(8), 871-876.
Arola, K., Van der Bruggen, B., Mänttäri, M. and Kallioinen, M. (2019). Treatment options for nanofiltration and reverse osmosis concentrates from municipal wastewater treatment: A review. Critic. Rev. Environ. Sci. Technol., 49(22), 2049-2116.
Asghari, M., Mosadegh, M. and Harami, H. R. (2018). Supported PEBA-zeolite 13X nano-composite membranes for gas separation: Preparation, characterization and molecular dynamics simulation. Chem. Eng. Sci., 187, 67-78.
Cherifi, O., Sbihi, K., Bertrand, M. and Cherifi, K. (2017). The siliceous microalga Navicula subminuscula (Manguin) as a biomaterial for removing metals from tannery effluents: a laboratory study. J. Mater. Environ. Sci., 8(3), 884-893.
Crupi, V., Ficarra, R., Guardo, M., Majolino, D., Stancanelli, R. and Venuti, V. (2007). UV–vis and FTIR–ATR spectroscopic techniques to study the inclusion complexes of genistein with β-cyclodextrins. J. Pharm. Biomed. Anal., 44(1), 110-117.
Ding, T., Li, W. and Li, J. (2019). Influence of multi-walled carbon nanotubes on the toxicity and removal of carbamazepine in diatom Navicula sp. Sci. Total Environ., 697, 134104.
Ding, T., Wang, S., Yang, B. and Li, J. (2020). Biological removal of pharmaceuticals by Navicula sp. and biotransformation of bezafibrate. Chemosphere, 240, 124949.
Fawell, J., Bailey, K., Chilton, J., Dahi, E. and Magara, Y. (2006). Fluoride in drinking-water: IWA publishing.
Gao, S., Yang, J., Tian, J., Ma, F., Tu, G. and Du, M. (2010). Electro-coagulation–flotation process for algae removal. J. Hazard. Mater., 177(1-3), 336-343.
Gould, S. and Scott, R. C. (2005). 2-Hydroxypropyl-β-cyclodextrin (HP-β-CD): a toxicology review. Food Chem. Toxic., 43(10), 1451-1459.
Haupt, J. L. and Caron, J. P. (2010). Navicular bursoscopy in the horse: a comparative study. Veter. Surg., 39(6), 742-747.
Hu, R., Zhang, R., He, Y., Zhao, G. and Zhu, H. (2018). Graphene oxide-in-polymer nanofiltration membranes with enhanced permeability by interfacial polymerization. J. Membrane Sci., 564, 813-819.
Kappert, E. J., Raaijmakers, M. J., Tempelman, K., Cuperus, F. P., Ogieglo, W. and Benes, N. E. (2019). Swelling of 9 polymers commonly employed for solvent-resistant nanofiltration membranes: A comprehensive dataset. J. Membrane Sci., 569, 177-199.
Kumar, P., Hegde, K., Brar, S. K., Cledon, M. and Kermanshahi-pour, A. (2019). Potential of biological approaches for cyanotoxin removal from drinking water: A review. Ecotoxic. Environ. Safety, 172, 488-503.
Lata, S. and Samadder, S. (2016). Removal of arsenic from water using nano adsorbents and challenges: a review. J. Environ. Manage., 166, 387-406.
Matilainen, A., Vepsäläinen, M. and Sillanpää, M. (2010). Natural organic matter removal by coagulation during drinking water treatment: A review. Adv. Colloid Interf. Sci, 159(2), 189-197.
Mirhosseini, H., Mostafavi, A., Shamspur, T. and Sargazi, G. (2020). Preparation of novel ternary g-C3N4/WO3/ZnO nanocomposite adsorbent with highly effective imidacloprid removal: optimization design and a controllable systematic study. J. Mater. Sci. Mater. Electron. doi:10.1007/s10854-020-04343-1
Moghaddam-manesh, M., Ghazanfari, D., Sheikhhosseini, E. and Akhgar, M. (2020). Synthesis of bioactive magnetic nanoparticles spiro[indoline-3,4′-[1,3]dithiine]@Ni (NO3)2 supported on Fe3O4@SiO2@CPS as reusable nanocatalyst for the synthesis of functionalized 3,4-dihydro-2H-pyran. Appl. Organometal. Chem., 34, e5543.
Moghazy, R. M., Labena, A., Husien, S., Mansor, E. S. and Abdelhamid, A. E. (2020). Neoteric approach for efficient eco-friendly dye removal and recovery using algal-polymer biosorbent sheets: Characterization, factorial design, equilibrium and kinetics. Int. J. Bio. Macromol., 157, 494-509.
Paul, M. and Jons, S. D. (2016). Chemistry and fabrication of polymeric nanofiltration membranes: A review. Polym., 103, 417-456.

Prajapati, S. K., Kaushik, P., Malik, A. and Vijay, V. K. (2013). Phycoremediation coupled production of algal biomass, harvesting and anaerobic digestion: Possibilities and challenges. Biotech. Adv., 31(8), 1408-1425.

Radhakrishnan, C., Pardhi, S., Kulikovskiy, M., Kociolek, J. P. and Karthick, B. (2020). Navicula watveae sp. nov. (Bacillariophyceae) a new diatom species from the Western Ghats, India. Phyto., 433(1), 20-26.
Rieger, K. A., Birch, N. P. and Schiffman, J. D. (2013). Designing electrospun nanofiber mats to promote wound healing–a review. J. Mater. Chem. B., 1(36), 4531-4541.
Sargazi, G., Afzali, D. and Mostafavi, A. (2018). A novel synthesis of a new thorium (IV) metal organic framework nanostructure with well controllable procedure through ultrasound assisted reverse micelle method. Ultrason. Sonochem., 41, 234-251.
Thombre, N. V., Gadhekar, A. P., Patwardhan, A. V. and Gogate, P. R. (2020). Ultrasound induced cleaning of polymeric nanofiltration membranes. Ultrason. Sonochem., 62, 104891.
Urper, G. M., Sengur-Tasdemir, R., Turken, T., Ates Genceli, E., Tarabara, V. V. and Koyuncu, I. (2017). Hollow fiber nanofiltration membranes: A comparative review of interfacial polymerization and phase inversion fabrication methods. Separ. Sci. Technol., 52(13), 2120-2136.
Wu, T., Wang, N., Li, J., Wang, L., Zhang, W., Zhang, G. and Ji, S. (2015). Tubular thermal crosslinked-PEBA/ceramic membrane for aromatic/aliphatic pervaporation. J. Membrane Sci., 486, 1-9.
Zhou, W., Cheng, Y., Li, Y., Wan, Y., Liu, Y., Lin, X. and Ruan, R. (2012). Novel fungal pelletization-assisted technology for algae harvesting and wastewater treatment. Appl. Biochem. Biotech., 167(2), 214-228.