جامدسازی آلاینده فلز سنگین سرب توسط نانوکپسول‌های پلیمری با روکش سیلیکاتی

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی عمران، دانشگاه بوعلی سینا

2 گروه مهندسی عمران، دانشگاه هرمزگان

10.22034/ceej.2018.8234

چکیده

جامدسازی آلاینده­های فلز سنگین به عنوان یکی از روش­های دفن آلاینده­های زیست­محیطی و ممانعت از انتقال آن­ها شناخته شده است. در سال‌های اخیر در موضوع اندرکنش نانومواد و آلاینده­های زیست­محیطی تحقیقات محدودی صورت گرفته است، اما در زمینه فرایند اندرکنش آلاینده­های فلز سنگین و نانوکپسول­ها تحقیقات قابل‌توجهی انجام نشده است. هدف این تحقیق ارائه و توسعه روشی برای تولید نانوکپسول چند منظوره و تعیین قابلیت این نانومواد در جذب و نگهداری آلاینده­های زیست­محیطی است. برای دستیابی به این هدف، ابتدا به تولید دو نوع نانوکپسول پلیمری با روکش سیلیکاتی و نانوکپسول­های باردار پرداخته شد. سپس قابلیت جذب آلاینده فلز سنگین توسط نانوکپسول­های فوق مورد مطالعه آزمایشگاهی قرار گرفته است. در این پژوهش دو جاذب رسی کائولینیت و نانورس کلوزایت Na+ به عنوان نمونه شاهد انتخاب شده است. با انجام آزمایش­های زیست­محیطی شامل جذب اتمی، pH و تهیه تصویر میکروسکوپ الکترونی پویشی (SEM)، فرایند اندرکنش نانوکپسول­های فراوری شده، نانورس کلوزایت Na+ و نمونه کائولینیت با آلاینده فلز سرب مطالعه شده است. بر اساس نتایج پژوهش حاضر نانوکپسول­های پلیمری و نانو کپسول پلیمری باردار از طریق فرایند تبادل کاتیونی و کپسوله کردن آلاینده، به ترتیب قابلیت نگهداری بیش از 65% و 78% آلاینده فلز سنگین سرب را در غلظت cmol/kg-soil 100 داشته­اند. در حقیقت قابلیت نگهداری آلاینده در نانوکپسول­های پلیمری با روکش سیلیکاتی و پلیمری باردار به ترتیب بیش از 2 برابر و 6/2 برابر جاذب رسی کائولینیت کربنات­دار بوده است. نتایج تحقیق حاضر حاکی از آن است که نانو مواد فوق قابلیت مناسبی در کاربرد به عنوان جاذب و جامدسازی آلاینده­های فلز سنگین سرب را دارا می­باشند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Solidification of Heavy Metal Contaminant by the Use of Silicate-Coating Polymeric Nano-Capsules

نویسندگان [English]

  • Vahid Reza Ouhadi 1
  • Parsa Mohajeri 1
  • Mohammad Amiri 2
1 Faculty of Civil Engineering Bu-Ali Sina University
2 Faculty of Engineering, Hormozgan University
چکیده [English]

     Solidification of heavy metal contaminants is known as one of the applicable methods for prevention of contaminant transport in soils. In recent years there have been some studies about the interaction of contaminant and nano-materials absorbent; however, it seems that there is a lack of research on interaction process of heavy metal contaminants and nano-capsules. Based on this, the present research attempts to develop the appropriate process for producing nano-capsules materials and investigate the capability of this material for contaminant retention.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Polymeric Nano-capsules
  • Solidification
  • NanoClay
  • Lead Heavy Metal
  • SEM
American Society for Testing and Materials. “ASTM, 1992 American Society for Testing and Materials, ASTM, Annual Book of ASTM Standards”, 1992, P.A., Philadelphia 4, 08.
Bhushan B, “Springer Handbook of Nanotechnology”, Springer, 2004.
Blaiszik BJ, Sottos NR, White SR, “Nano- capsules for self- healing materials”, Composites Science and Technology, 2008, 68, 978-986.
Brown EN, Kessler MR, Sottos NR, White SR, “In situ poly (urea-formaldehyde) microencapsulation of dicyclopentadiene”, Journal of Microencapsulation, 2003, 20 (6), 719-730.
Chen QY, Tyrer M, Hills CD, Yang XM, “Immobilization of heavy metal in cement- based solidification/ stabilization: a review”, Waste Manage., 2009, 29, 390-403
Eltantawy and Arnold IN, “Reappraisal of ethylene glycol mono-ethyl ether (EGME) method for surface area estimation of clays”, Soil Science, 1973, 24, 232-238.
EPA, “Process design manual, land application of municipal sludge, Municipal Environmental Research Laboratory”, 2000, EPA-625/1-83-016, U.S. Government Printing Offices, New York.
Flinna JE, Nack H, “Advances in microencapsulation techniques”, Battelle Technical Review, 1967, 16, 2-8.
Gilford J, “Microencapsulation of Self-Healing Concrete Properties”, Submitted to the Graduate Faculty of the Louisiana State University and Agricultural and Mechanical College in partial fulfillment of the Requirements for the degree of Master of Science, 2012.
Guozhong C, Glen E, “Environmental Applications of Nanomaterials Synthesis, Sorbents and Sensors”, Imperial College Press, 2007.
Handershot WH, Duquette M, “A simple barium chloride method for determining cation exchange capacity and exchangeable cations”, Soil Scients Soc. Am. Journal, 1986, 50, 605-608.
Hesse, PR, “A textbook of soil chemical analysis”, William Clowes and Sons, 1971.
Kónyal J, Nagy NM, Földvári M, “The Formation and Production of Nano and Micro Particles on Clays under Environmental-Like Conditions”, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 2005, 79, 537-543.
Krishna BG, Gupta SS, “Adsorption of a few heavy metals on natural and modified kaolinite and montmorillonite: A review”, Advances in Colloid and Interface Science, 2008, 140, 114-131.
Lines MG, “Nanomaterials for practical functional uses”, Journal of Alloys and Compounds, 2008, 449, 242-245.
Lumsdon DG, Evans LJ, Bolton KA, “The influence of pH and chloride on the retention of cadmium, lead, mercury and zinc by soils”, Journal of Soil Contamination, 1995, 4, 137-150.
Noel TBT, Lok HK, Wing C, Wai CL, Hei NL, “Silica-based self-healing microcapsules for self-repair in concrete”, Journal of Applied Polymer Science, 2015, 133, 30-43.
Ouhadi VR, Amiri M, Goodarzi AR, “The Special Potential of Nano-Clays for Heavy Metal Contaminant Retention in Geo-Environmental Projects”, Journal of Civil and Surveying Engineering, 2012, 45, 631-642.
Ouhadi VR, Amiri M, “Interaction of Nano-Clays and Cu Contaminant in Geo-Environmental Projects”, 6th Conference Engineering Geology, Tarbiat Modares University, Tehran, 2009.
Ouhadi VR, Amiri M, “Geo-environmental Behaviour of Nanoclays in Interaction with Heavy Metals Contaminant”, Amirkabir J, Civil, 2011, 42, 3, 29-36.
Ouhadi VR, Yong RN, Sedighi M, “Influence of heavy metal contaminants at variable pH regimes on rheological behaviour of bentonite", Applied Clay Science, 2006, 32, 217-231.
Park C, “Hydration and Solidification of Hazardous Wastes Containing Heavy Metals Using Modified Cementitious Materials”, Cement and Concrete Research, 1999, 30, 429-435.
Patent EP2239242B1, 2014, “A self repairing concrete containing microcapsules of urea formaldehyde resin and producing method thereof”, 2014, EP20080874352.
Patent US20110060074, “Self-Repairing Concrete Used Urea-Formaldehyde Resin Polymer Micro-Capsules and Method for Fabricating Same”, 2011, US20110060074 A1.
Sahoo SK, Parveen S, Panda JJ, “The present and future of nanotechnology in human health care  Nano-medicine”, Nanotechnology, Biology and Medicine, 2007, 3 (1), 20-31.
Sevim I, Seniha FG, “Investigation of rheological and colloidal properties of bentonitic clay dispersion in the presence of a cationic surfactant”, Progress in Organic Coatings. 2005, 54 (1), 28-33.
Uskokovic V, “Nanotechnologies: What we do not know”, Technology in Society, 2007, 29, 43-61.
Wilson M, Kannangara K, Smith G, Simmons M, “Nanotechnology Basic Science and Emerging Technologies”, First published in Australia by University of New South Wales Press Ltd, 2002.
Yong RN, Phadangchewit Y, “pH Influence on selectivity and retention of heavy metals in some clay soils”, Can. Geotech. Journal, 1993, 30, 821-833.
Yuan J, Zhou T, Pu H, “Nano-sized silica hollow spheres: preparation, mechanism analysis and its water retention property”, Journal of Physics and Chemistry of Solids, 2010, 71 (7), 1013-1019.