بررسی کارایی نانو لوله های کربنی چند دیواره در حذف هیدروکربن های نفتی از محیط آبی (مطالعه موردی نفتالین)

علوم و تکنولوژی محیط زیست، دوره نوزدهم،شماره سه، پاییز 96

بررسی کارایی نانو لوله های کربنی چنددیواره درحذف هیدروکربن های نفتی از محیطآبی(مطالعه موردی نفتالین)

ساهره فضل اللهی [1]*

sahere145@gmail.com

امیرحسام حسنی [2]

مهدی برقعی[3]

حمیدرضا پورزمانی[4]

چکیده

زمینه و هدف: یکی از انواع  آلودگی های آلی  آب، آلودگی های نفتی  است. بیشترین  ترکیب نفت را هیدروکربن ها تشکیل می دهند.  نفتالین متقدم ترین هیدروکربن آروماتیک با دو حلقه بنزنی  است که باعث کم خونی و  آسیب به شبکیه چشم می شود و برای گیاهان و آبزیان نیز سمی است. در این مطالعه حذف این ترکیب از آب  با  نانو لوله کربنی چند دیواره بررسی می شود.

روش بررسی: این  مطالعه  تجربی  به  صورت  ناپیوسته  انجام  شده که در آن  تاثیر پارامترهای زمان ماند، غلظت نانو لوله کربنی چند دیواره و  غلظت محلول وpH  ، در حذف  نفتالین بررسی  شده  است. در طی مراحل  مختلف  تحقیق، غلظت نفتالین  با دستگاه  اسپکتروفتومتری در طول موج  254  نانومتر  تعیین  شد.

یافته‌ها: حداکثر ظرفیت جذب  سطحی  نفتالین  بر روی  نانو تیوب های کربنی چند جداره 3/31  میلی گرم  بر گرم  در  pH اسیدی (3pH= ) بوده و  زمان  مناسب جهت دستیابی به حداکثر جذب  نفتالین و  حالت  تعادل،  90 دقیقه  می باشد.  با  افزایش مقدار جاذب  از2/ 0 به  3/0 گرم در لیتر، راندمان حذف  برای محلول  نفتالین  با  غلظت  اولیه 10میلی گرم  در  لیتر از 97 درصد  به 99/99 درصد و با  افزایش  غلظت  اولیه نفتالین  از  3  به 10 میلی گرم در  لیتر در 3  pH= و  زمان 90 دقیقه راندمان حذف  از  33/73  درصد به 99/99 درصد افزایش  می یابد. مکانیسم جذب از سنتیک جذب درجه  اول(96/0= R²) تبعیت می کند.

بحث و نتیجه‌گیری: به  دلیل  اندازه  کوچک، سطح  مقطع  زیاد، شکل کریستالی و  نظم  شبکه ای  منحصر به  فرد و  در  نتیجه واکنش پذیری  بسیار زیاد و  عملکرد  قابل توجه  نانو تیوب های کربنی چند جداره  به  عنوان  جاذب  در  حذف  آلاینده های  آلی از  محلول های  آب، این جاذب می تواند جهت حذف نفتالین  از  آب موثر  باشد.

واژه­های کلیدی: آلودگی های  نفتی، نانو لوله های کربنی  چند دیواره، هیدروکربن های  نفتی، هیدروکربن های آروماتیک چند حلقه­ای، نفتالین.

Efficiency of Multi-Walled Carbon Nanotubes in TPH Adsorptionin Aqueous Solution (Case study: Naphthalene)

Sahereh Fazlollahi ^[5]*

sahere145@gmail.com

Amir Hesam Hassani [6]

Mehdi Borghei[7]

Hamidreza Pourzamani[8]

Abstract

Background and Objective: Oil pollution is a type of organic water pollution. The hydrocarbons constitute most of the petroleum composition. Most of the early aromatic hydrocarbons are naphthalene with two benzene ring which cause anemia and damage the retina. It is also toxic to plants and aquatic environment. The removal of this compound from water by multi-walled carbon nanotubes is reviewed in this study.

Method: This experimental  study  was  done  in  a batch  system  to  investigate the effects of  variations factors such as contact time, naphthalene concentration and  dose of  nanotubes on removal of naphthalene. In this study, naphthalene concentration was determined during various steps using UV-vis spectrophotometer at 254 nm.

Findings: Maximum surface adsorption of naphthalene onto multi-walledcarbon nanotubes was 33.3 mg/gr and the maximum adsorption occurred at acidic pH (pH =3). And the appropriate time for reaching the maximum adsorption rate of naphthalene and equalization state was 90 min. By increasing the adsorbent dose from 0.2 to 0.3 gr / l, removal efficiency of naphthalene solution with 10 mg/l initial concentration increased from 97% to 99.99%. By increasing naphthalene initial concentration from 3 to 10 mg/l, the removal efficiency increased from 73.33% to 99.99 % at pH=3 after 90 min. Adsorption mechanism followed pseudo first-order kinetics (R²=0.96).

Discussion and Conclusion: This  adsorbent  could  be  effective  for  removal  of  naphtalene due  to its small  size, large surface area , crystal  shape  and  exclusive  network  arrangement  and  consequently  very  high reactivity and noticeable performance of multi-walled carbon nanotubes as adsorbent in removal of organic  pollutants  from  aqueous  solution.

Keywords: Multi-Walled Carbon Nanotubes, Petroleum Hydrocarbons, Polycyclic Aromatic Hydrocarbons, Naphthalene

مقدمه

درکشورهای  نفت خیز ، نشت تصادفی  نفت به محیط به عنوان یک عامل مهم در آلودگی محیط زیست محسوب  می شود (1). میزان  سالانه  نشت  تصادفی نفت در جهان ⁵ 10× 3/2 لیتر در سال می باشد. هم چنین میزان کلی  پساب  های حاوی  نفت ورودی به محیط 109× 03/5- 27 /2  لیتر در سال برآورد شده  است (2). ایران  با  دارا بودن  تولیدات پتروشیمی حدود 30 میلیون تن در سال، وجود بیش  از  25000 کیلومتر خطوط  انتقال  نفت و گاز  و  بیش  از  1300  ایستگاه  سوخت گیری و 10000 تانکر حمل  نفت و  فرآورده های نفتی، در  معرض  شدید آلودگی آب  به  نفت و  فرآورده های  نفتی  قرار دارد (3). آلودگی های نفتی تقریباً  یک  پیامد اجتناب ناپذیر  از  افزایش سریع جمعیت  و مصرف انرژی  است (4).  بسیاری از  ترکیبات چند حلقه ای موجود در نفت خام مانند نفتالین و  فناترین در حشره کش ها، قارچ کش هــا، پاک کننده ها و رنگ ها نیز وجود دارند. اغلب  این  ترکیبات دارای خواص  نامطلوب سمی، موتاژن و یا سرطان زایی هستند (3). لذا  بازیافت، تصفیه و  دفع  این  مواد  شیمیایی  سمی  اهمیت  زیادی دارد. ساده ترین عضو  هیدروکربن های آروماتیک چند حلقه ای PAHS، نفتالین (8)C10H است که  به  کربن های  مشترک بین دو  حلقه، اتم هیدروژن متصل نیست (4) (شکل1). نفتالین با  نام‌ های آلبوکربن، کافور  قیر، قیر سفید، نفتالن، نفتن و توپ بید  (mothballs)، در  اثر  احتراق  ناقص حامل های انرژی، فعالیت مراکز صنعتی، حمل یا تخلیه  نامناسب نفتکش هـا و آتش سوزی هـای ناخواستـه حاصـل می شود و در برش های  سبک و  سنگین نفت خام وجود  دارد. آلودگی منابع آب توسط  نفتالین در اکثر کشورهای  صنعتی گزارش شده است و  میزان مجاز  آن در آب آشامیدنی  05/0  میلی گرم بر لیتر  بر  اساس استاندارد بهداشت جهانی  می باشد، بنابراین حذف آن از پساب  صنعتی و آب حایز  اهمیت است (5). از روش های حذف نفتالین می توان به فرآیندهای  فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی اشاره کرد. به  علت این  که ترکیباتی نظیر نفتالین جزء آلاینده های آلی با مقاومت بسیار  بالا هستند، در روش های بیولوژیکی به دلیل حلقه های بنزنی در هیدروکربن های آروماتیک  بازدهی  حذف  بیولوژیک به شدت کاهش  یافته و میکروارگانیسم ها قادر به شکستن این ساختارها نمی باشند و  هم چنین دارای  هزینه  بالا و تاثیر کمی در تجزیه آن ها هستند. بنابراین  استفاده از روش های فیزیکی و شیمیایی بسیـار مناسب تـر است (6). در  بیـن روش های فیزیکی و شیمیایی مختلف، فرآیند جذب مؤثرترین  فرآیند می باشد. مزایای  این  فرآیند در مقایسه با  دیگر  فرآیندهای جداسازی، سادگی در  بهره برداری و ارزان  بودن است (7). مشکلات استفاده از روش های رایج  تصفیه  آب  به  منظور حذف آلاینده های  نفتی محققان را  به مطالعه و اریه  روش های نوین  سوق  داده است (8). Gotovac  و  همکاران در سال 2006 به جذب سطحی نفتالین از محلول تری  کلرواتیلن بر روی  نانولو له های کربنی تک دیواره SWCNT پرداختند و یک جذب  قوی از نفتالین بر روی سطح خارجی  نانو لوله کربنی تک دیواره را نشان دادند (9). از آن جایی که بحران آب یکی از مسایل اساسی مناطق خشک و نیمه خشک از جمله ایران است، می توان از فناوری نانو در زمینه حذف  آلاینده ها در صنعت تصفیه آب  استفاده کرد. با  توجه به  نفت خیز  بودن کشور ما و  امکان ورود  آلاینده های نفتی به  آب و با توجه به توانمندی های فراوان  فناوری  نانــو نسبت بـه روش های قدیمی و سنتی می توان آن را  به عنوان یک تکنولوژی سبز و  ابزاری  موثر برای  دستیابی  به توسعه ای پایدار، چه از نظر اقتصادی و چه از نظر  بهره وری  بیشتر در  نظر  گرفت. یکی از  مهم ترین  شاخه های  فناوری  نانو، نانو لوله های کربنی هستند. نانو لوله  به عنوان مدیای جذب  قادر  است که طیف وسیعی  از آلاینده های سمی را حذف نماید.  در این تحقیق هدف حذف  نفتالین به  عنوان یک ماده  آلاینده  آلی در محیط آبی با نانو لوله کربنی چنددیواره  است.

روش بررسی

این مطالعه، یک مطالعه تجربی می باشد که  به صورت ناپیوسته و در آزمایشگاه آب دانشگاه  شهرکرد انجام شده است. نانوتیوپ های کربنی چند دیوارهMullti(MWCNTs) WalledCarbon Nanotubes، خریداری شده از شرکت  پیشگامان نانو مواد دارای سطح ویژه 233  m2/g، قطر داخلی  5-3 نانو متر، قطرخارجی 15-5 نانومتر و طول 50 میکرومتر و  درجه خلوص بیشتر از 95% بود. جهت بررسی موقعیت  قرارگیری گروه های عامل درسطح نانوتیوب از تصویر  میکروسکوپ الکترونی،(SEM) ScanningElectron Microscop و اندازه و ساختار، از میکروسکوپ الکترونی  عبور دهنده (TEM)Transmission ElectronMicroscopy و سطح مخصوص نانوتیوب ها  توسط روش بت Brunauer, Emmett & Teller (BET)  استفاده می شودکه در این راستا  از داده های ارایه شده  توسط  این شرکت بهره گیری شده است.تصویری از TEM  و  SEM مربوط به  نانو تیوب های کربنی چند جداره  مصرفی  در شکل (2) و (3) نشان داده شده  است. در این مطالعه، از نفتالین مرک آلمان برای تهیه نمونه ها استفاده گردیده است. سایر مواد  استفاده شده نیز از شرکت مرک آلمان می باشد. جهت انجام  مطالعه ابتدا محلول 10 میلی گرم  در  لیتر  نفتالین ( با  نسبت 100/1 الکل اتیلیک به دلیل کم محلول بودن نفتالین در آب)  ساخته شد و سپس برای تهیه سایر غلظت ها مورد استفاده قرار گرفت. سنجش غلظت نفتالین با استفاده از منحنی استاندارد تهیــه شـده بـا غلظت هـای 1/0 ، 5/0، 1، 3، 5، 5/7، 10 میلی گرم در لیتر توسط اسپکتروفتومتر UV/Vis و معادله بهترین خط برازش به دست آمده با ضریب هم بستگی مناسب انجام  شد.( 999 /0= R2)

شکل1- ساختار  شیمیایی  نفتالین

Figure1.The chemical structure of naphthalene

شکل 2-تصویر SEM  نانوتیوب کربنی چند  دیواره (MWCNT)

Figure 2. SEM image of the Multi-walled carbon nanotube (MWCNT)

شکل3 -تصویرTEM   نانولوله ای کربنی

Figure 3. TEM image of the Multi-walled carbon nanotube (MWCNT)

در این مطالعه  پارامترهای مختلفی از  قبیل، زمان تماس، غلظت های اولیه نانو لوله های کربنی،  غلظت های اولیه نفتالین و pH مورد بررسی قرار گرفته است. از  بطری های شیشه ای در بسته 50  میلی  لیتری برای انجام آزمایش ها  استفاده گردید.  Hcl  و H2So4  1/0  نرمال جهت  تنظیم pH به کار گرفته شد. جهت تجزیه و تحلیل نتایج از نرم افزار  اکسل استفاده شد. میزان نفتالین در نمونه ها با  اسپکتروفتومتر uv visible در طول موج 254 نانومتر اندازه گیری گردید. میزان نفتالین جذب شده به وسیله جاذب از فرمول زیر محاسبه شد.

qe: مقدار نفتالین جذب شده به ازای وزن جاذب در زمان تعادل (mg/g)

co: غلظت اولیه نفتالین در محلول (mg/l)

ce: غلظت  تعادلی  نفتالین  در  محلول(mg/l)

V: حجم محلول (l)

W: وزن جاذب (g)

درصد حذف نفتالین از محلول با استفاده از فرمول زیر محاسبه  گردید.

 = درصد حذف نفتالین

انجام آزمایشات

برای هر یک از زمان های تماس 5، 30،15، 60 ، 90، 180،120دقیقه، 50 میلی  لیتر  از  محلول نفتالین  با  غلظت  10 میلی گرم بر لیتر در یک ارلن ریخته شد، سپس به  هر ظرف 2/0گرم  بر لیتر  از  نانو لوله کربنی چند دیواره اضافه گردید و  نمونه ها برای زمان های تعیین شده بر روی شیکر  با  سرعت 140 دور در دقیقه و در دمای اتاق  قرار داده شد. پس  از  طی زمان مورد نظر نمونه ها در دور rpm 3500  به مدت  5 دقیقه سانتریفوژ  گردید و بعد از  صاف سازی میزان جذب آن با اسپکتروفتومتر در  طول 254 نانومتر قرائت  گردید که زمان تماس بهینه در این مطالعه 90 دقیقه به دست آمد. برای  تعیین مقدار بهینه نانو لوله کربنی چند دیواره در 8 ارلن به طور جداگانه 50 میلی لیتر از محلول نفتالین با  غلظت 10 میلی گرم بر لیتر و در هریک از  ارلن ها نیز (01/0-05/0 -1/0 -2/0 -3/0- 5/0-1و2 گرم در لیتر) از نانو لوله کربنی چند دیواره  ریخته  شد. جهت  بررسی  تاثیر غلظت  اولیه  نفتالین  بر  روی کارایی فرایند جذب، نمونه  محلول های  نفتالین با  غلظت های اولیه (1/0-5/0-1-3-5-5/7-10-15میلی گرم  بر  لیتر)  تهیه گردید. به هرکدام از این نمونه ها غلظت ثابت  جاذب3/0 گرم  در لیتر اضافه  شد. به منظور تعیین  اثر  pH بر میزان  حذف نفتالین  توسط  نانو لوله کربنی چند دیواره، چهار ارلن حاوی حجم های 50 میلی لیتر از محلول های نفتالین  با  غلظت های 3 و5 /7  میلی گرم  بر لیتر نفتالین (در  مجموع  8 ارلن) آماده شد و  با استفاده از اسید سولفوریک و سود  با  غلظت های 1/0 نرمال pH  هر کدام از محلول ها  به  ترتیب  برابر  با 10، 7،  5، 3 تنظیم گردید. سپس به هر یک از ظروف مقدار 015/0 گرم (3/0گرم بر لیتر) از نانو لوله کربنی چند دیواره  اضافه  شد. هر یک از  نمونه ها  برای 90 دقیقه بر روی  شیکر  با سرعت 140  دور در  دقیقه  و در دمای  اتاق  قرار داده  شد . پس از طی زمان  مورد  نظر  نمونه ها  در  دور rpm  3500  به مدت 5  دقیقه  سانتریفوژ  و  بعد  از صاف سازی میزان  جذب  آن با اسپکتروفتومتر در طول 254 نانومتر قرائت  گردید.

یافته ها

نتایج  بررسی  تاثیر  زمان تماس  بر  حذف  نفتالین  از محلول آبی  توسط  نانو لوله کربنی  چند دیواره  برای  غلظت  اولیه10   میلی گرم  بر لیتر  محلول نفتالین نشان  داد که اگر چه  میزان جذب نفتالین با افزایش زمان تماس افزایش می یابد، اما با افزایش زمان از سرعت جذب  نفتالین کاسته می شود. به  طوری که پس از  زمان 90 دقیقه میزان  تغییرات  بسیار  اندک می باشد. بازه  زمانی در این آزمایش 180-5 دقیقه بود که از 5 تا 90 دقیقه میزان جذب افزایش و سـرعت جـذب کاهش می یابد و در زمان 90  دقیقه  به  تعادل می رسد و در زمان 120 دقیقه  ثابت می ماند بنابراین زمان  بهینه جذب نفتالین برای  نانوتیوب کربنی چند دیواره  در این تحقیق90  دقیقه  منظور شد و در زمان 180  دقیقه  به دلیل  پدیده واجذبی در محلول کدورت ایجادکرد. (نمودار1)

نمودار1-  بررسی  زمان  تماس  بر  کارایی   حذف  نفتالین  از  آب   با   نانو لوله کربنی چند  دیواره  (غلظت l/mg10 و مقدار  جاذب l/g2/0)

Diagram1. The contact time effect on the efficiency of the naphthalene removal from water by multi-walled carbon nanotubes (concentration 10 mg/l and adsorbent dosage 0.2 g/l)

نتایج بررسی تاثیر غلظت جاذب  بر میزان جذب نفتالین  نشان دادکه با  افزایش غلظت نانوتیوب کربنی به عنوان جاذب  از  01/ گرم  بر  لیتر به  5/ 0 گرم بر  لیتر  بر میزان درصد حذف  نفتالین افزوده می شود. اما  توجه به این نکته  ضروری است که با افزایش مقدار جاذب به 1گرم بر لیتر و 2 گرم بر لیتر در شرایط  ذکر  شده کارایی حذف کاهش می یابد. (نمودار2)

نمودار2-  بررسی  تاثیر مقدار  جاذب  بر کارایی  حذف  نفتالین  از  آب  با  نانو لوله کربنی  چند  دیواره

(غلظتmg/l10و  زمان  تماس 90 دقیقه)

Diagram2.The effect of adsorbent dosage on the efficiency of naphthalene removal from water by multi-walled carbon nanotubes (10 mg/l concentration and contact time of 90 minutes)

نتایج تاثیر  غلظت اولیه محلول  نفتالین  بر  میزان جذب آن  توسط نانو لوله کربنی چند دیواره  نشان داد که افزایش  غلظت اولیه محلول نفتالین سبب افزایش درصد حذف  نفتالین می گردد. در عین حال با افزایش غلظت اولیه  محلول نفتالین میزان q افزایش می یابدکه نشان دهنده نسبت مقدار نفتالین جذب شده به مقدار جاذب می باشد هم چنین  افزایش  غلظت اولیه رسیدن به زمان تعادل را  تحت تاثیر  قرار  نمی دهد. اما  به  طور موثری مقدار  نفتالین جذب شده در واحد وزن نانولوله کربنی یعنی مقدار q را  افزایش می دهد. می توان  نتیجه گرفت که اگر مقدار جاذب بدون تغییر باقی بماند، مقدار  نفتالین جذب شده روی جاذب با افزایش غلظت اولیه نفتالین موجـود در محلـول افـزایش می یابد (نمودار3).

نمودار 3- بررسی تاثیر  غلظت  اولیه  نفتالین  بر کارایی  حذف  نفتالین  از  آب  با  نانو لوله کربنی  چند  دیواره (مقدار جاذب 3/0 گرم بر  لیتر  و  زمان  تماس 90  دقیقه)

Diagram3. The effect of the naphthalene initial concentration on naphthalene removal efficiency from water by multi-walled carbon nanotubes (0.3 grams per liter of adsorbent dose and contact time of 90 minutes)

نتایج  بررسی تاثیر pH  بر میزان حذف نفتالین توسط نانو لوله کربنی چند دیواره نشان داد pH  اثر مشخصی بر فرایند  حذف نفتالین دارد و کاهش pH  سبب بالاتر رفتن میزان جذب آن می شود. به نظر می رسد pH بهینه برای جذب حدود 3 می باشد. با کاهش  pH  از 10 به 3 راندمان حذف نفتالین  در  غلظت 3 میلی گرم بر لیتر  از 20 درصد به 73 درصد  (نمودار4) و در غلظت 5/7  میلی گرم بر لیتر  نفتالین  از 21   درصد به  84 درصد افزایش  می یابد .(نمودار5)

نمودار4-بررسی  تاثیر  pH  بر  کارایی حذف  نفتالین  با  غلظت 3 میلی گرم  بر  لیتر  از  آب  با  نانو لوله کربنی  چند دیواره

Diagram4. The pH effect on the efficiency of naphthalene removal with 3 mg/l concentration in water containing multi-walled carbon nanotubes

نمودار5- بررسی  تاثیر pH    بر  کارایی  حذف  نفتالین  با  غلظت  5/7 میلی گرم  بر  لیتر  از  آب  با  نانو لوله کربنی  چند دیواره

Diagram5. The pH effect on the efficiency of naphthalene removal with 7.5 mg/l concentration in water containing multi-walled carbon nanotubes

به  منظور  بررسی  سینتیک جذب بر  نانوتیوب های چند  جداره، داده های حاصل  از  مطالعه،  غلظت  نفتالین10 میلی گرم در لیتر و  مقدار جاذب 3/0 گرم در لیتر و نیز میزان  مطابقت نتایج  با  مدل های  درجه صفر،  اول و دوم کاذب  بررسی  شد. نتایج  نشان  داد که سینتیک جذب نفتالین  بر  نانوتیوب های کربنی چند جداره از  مدل سینتیک درجه  یک کاذب  پیروی  می کند (نمودار 6). ( 96/0=R²)

نمودار6- معادله  سینتیک شبه درجه اول

Diagram 6- Pseudo-first order kinetic equation

بحث و نتیجه گیری

این مطالعه  به منظور  بررسی حذف  نفتالین  از محیط های آبی  توسط  جاذب نانو لوله کربنی چند دیواره انجام شد . نتایج مطالعه نشان داد که حداکثر  ظرفیت جذب سطحی  نفتالین بر روی  نانو تیوب های کربنی چند دیواره  3/33 میلی گرم  بر گرم در شرایط  pH اسیدی ( 3=  pH)و غلظت 10 میلی گرم بر  لیتر نفتالین و مقدار جاذب 3/0گرم بر لیتر در زمان تماس90 دقیقه اتفاق افتاده است .بر اساس نتایج، راندمان حذف  نفتالین  به  وسیله  نانو تیوب های کربنی چند جداره  از  محلول با افزایش زمان تماس و افزایش مقدار جاذب و  افزایش غلظت  اولیه  نفتالین و کاهش pH ،  افزایش می یابد و  در زمان 90 دقیقه ، غلظت  به حالت تعادل می رسد . نتایج  نشان داد که اگر چه  میزان جذب  نفتالین با افزایش زمان تماس افزایش می یابد، اما با افزایش زمان از سرعت جذب نفتالین کاسته می شود .به  طوری که پس از  زمان 90 دقیقه میزان تغییرات بسیار  اندک می باشد. دلیل کاهش سرعت جذب نفتالین با  افزایش  زمان تماس  را  می توان  در اشباع شدن نقاط جذب موجود بر سطح نانو تیوب کربنی دانست(10). در  زمان 180 دقیقه  به  دلیل  پدیده واجذبی  درمحلول ایجاد کدورت می کند(11). احرام پوش  و همکارانش در تحقیقی با  عنوان  بررسی کارایی نانو لوله های کربنی چند جداره اصلاح شده با هیپوکلریت کلسیم در حذف  بنزن از محلول های آبی  هم  به  این نتیجه رسیدند که زمان  بیشتر  از  زمان  تعادل  به دلیل واجذبی ایجاد  کدورت در محلـول می کند و کارایی حذف پایین می آید.  با  افزایش  غلظت  نانوتیوب کربنی به عنوان  جاذب از 01/0گرم  بر  لیتر  به  5/0 گرم  بر  لیتر  بر  میزان درصد حذف  نفتالین  افزوده می شود. زیرا  با  افزایش  مقدار  جاذب  نانو لوله کربنی در محلول تعداد محل های جذب  قابل دسترس که در عملیات  جذب شرکت می کنند  افزایش  می یابد و امکان  برخورد  نفتالین  موجود  در محلول با نانو لوله کربنی  بیشتر می شود.  لذا  به  طور  منطقی درصد جذب هم  افزایش پیدا می کند. (12).  Luو Liu  نیز  در یافتند که  با  افزایش  غلظت  نانوتیوب کربنی در محلول بر میزان جذب  NI²⁺  افزوده  می شود (13)  اما  توجه  به این نکته  ضروری است که با افزایش مقدار جاذب  به 1 گرم  بر  لیتر و 2 گرم  بر لیتر در  شرایط ذکر شده،  کارایی حذف  کاهش می یابد.  این  نتایج  نشان  می دهد که مقادیر اضافی  یون های حاصل از  نانو لوله های کربنی می توانند سبب ایجاد کدورت  در  محلول و مانع  انجام  عمل  تصفیه در  اثر  ایجاد تداخل و در نتیجه  کاهش راندمان  تصفیه گردند (14-18) . با افزایش مقدارجاذب از 2/0 به 3/0 گرم بر لیتر (01/0 و 015/0گرم در 50 میلی لیتر) راندمان حذف برای نفتالین  با  غلظت  اولیه 10 میلی گرم  بر  لیتر  از 94 درصد به 97 درصد  (درpH آب دیونیزه) و  از  97 درصد به 99/99 درصد (در3 =pH₎  افزایش  می یابد.  افزایش غلظت اولیه محلول هم سبب افزایش راندمان حذف نفتالین  در شرایط یکسان می شود و  با  افزایش غلظت  اولیه  نفتالین از  3  به 10 میلی گرم  بر  لیتر در 3 =pH و زمان تماس 90 دقیقه راندمان حذف از  33/73 درصد به  99/99درصد زیاد می گردد. این امر به خاطر افزایش نیرو محرکه گرادیان غلظت با غلظت اولیه بالاتری از نفتالین است. در غلظت های پایین تر، نسبت  تعداد اولیه  مول های نفتالین  به مکان های جذب در دسترس کم است و در  نتیجه مقداری از جذب  مستقل از غلظت  اولیه  خواهد  بود(20,19). در غلظت های بالا  به  نظر نمی رسد که  مولکول های  نفتالین در  سطح  خارجی  جاذب  به صورت  تک لایه جذب شوند (21). میزان جذب  نفتالین  بر سطح  جاذب به شدت تحت  تاثیر  pH  بوده و  با  کاهش  میزان pH از 10 به 3 میزان جذب  نفتالین  بر روی نانو لوله افزایش می یابد  به طوری که از راندمان 40 درصد به 33/73  درصد در  غلظت 3 میلی گرم  بر  لیتر  نفتالین  و  در غلظت 5/7 میلی گرم بر  لیتر  نفتالین راندمان حذف از 50 درصد به 3/85 درصد و در غلظت 10 میلی گرم  بر  لیتر  نفتالین  راندمان حذف از  88  درصد به 99/99 درصد افزایش می یابد. با تجزیه نفتالین حلالیت و  در  نتیجه  آب دوستی  آن  افزایش  می یابد که  این نیز ممکن  است جذب  نفتالین  را  در pH  بالاتر  از pka  کاهش دهد (22). مطالعات   Yin و  همکاران  نشان داد که pH اسیدی محلول باعث افزایش گروه های عملکردی  اسیدی بر روی سطح کربن می شود که گونه های ترکیبی اکسیژن را تغییر می دهد. گروه های عملکردی  اسیدی که در  pH  پا یین بر روی سطـوح کـربـن تشکیل می شود، شامل گروه های کربوکسیل، کوینن، لاکنن، و کربوکسیلیک بدون  آب می باشند. این  گروه های عملکردی خاص  برای جذب ترکیباتی مانند  هیدروکربن های آروماتیک که  دارای  گروه هایی مانند حلقه بنزن هستند، لازم می باشد. تحقیقات انجام شده  نشان می دهدکه جذب ترکیبات  آروماتیک بر  روی نانو لوله های کربنی  به  علت جذب π- π  بین الکترون های موجود در سطح کربن و حلقه های آروماتیک این ترکیبات است ، به طوری که  نیروی الکترواستاتیک  بین  یون های متصل شده به حلقه آروماتیک و شارژ سطحی کربن باعث جذب ترکیبات نفتالین  بر  روی سطوح کربن می شود (23). تحقیقات Rao و همکاران نشان داد که  مکانیسم  جذب ترکیبات  از محلول های آبی توسط نانو لوله های کربنی خیلی پیچیده است، ولی در تحقیقات مختلف به طور عمده نیروهای جاذبه الکترواستاتیک، جذب-ترسیب و بر همکنش های شیمیایی  بین  آلاینده ها و گروه های عملکردی  سطحی  نانو لوله های کربنی  به  عنوان مکانیسم  جذب  مطرح  شده  است(24).

نتایج  مطالعه  نشان  داد  که  حداکثر  ظرفیت جذب سطحی نفتالین بر روی نانوتیوب های کربنی چند دیواره 3/33 میلی گرم بر گرم  در  شرایط  pH  اسیدی ( 3=pH) و  غلظت  10  میلی گرم  بر  لیتر  نفتالین  و  مقدار جاذب  3 /0 گرم  بر  لیتر در  زمان تماس 90 دقیقه اتفاق افتاده  است .بر اساس نتایج ، راندمان حذف نفتالین به وسیله  نانوتیوب های کربنی چند جداره از محلول  با  افزایش  زمان تماس و افزایش مقدار  جاذب و  افزایش غلظت اولیه  نفتالین  و کاهش pH ،  افزایش  می یابد. نتایج  نشان داد که اگر چه میزان جذب نفتالین  با افزایش زمان  تماس  زیاد می شود ، اما  با  افزایش زمان  از  سرعت  جذب  نفتالین کاسته  می شود، به  طوری که پس از  زمان 90 دقیقه میزان تغییرات بسیار  اندک  می باشد. با  افزایش  غلظت  نانوتیوب کربنی  به  عنوان  جاذب از01/0 گرم  بر  لیتر  به 5/0 گرم  بر لیتر بر میزان درصد حذف  نفتالین  افزوده می شود. با افزایش مقدار جاذب از 2/0 به 3/0 گرم  بر  لیتر نیز راندمان حذف برای نفتالین  با  غلظت  اولیه 10 میلی گرم  بر  لیتر  از 94 درصد  به 97 درصد  (درpH آب دیونیزه) و  از  97 درصد به 99/99 درصد ( در3 =pH) افزایش  می یابد.  افزایش غلظت اولیه محلول نیز سبب افزایش راندمان حذف نفتالین  در شرایط  یکسان می شود و  با  افزایش غلظت  اولیه  نفتالین از  3  به 10  میلی گرم  بر  لیتر در 3 =pH و  زمان  تماس 90  دقیقه  راندمان حذف از 33/73 درصد  به 99/99  درصد افزایش  می یابد. pH  نیز اثر  مشخصی بر  فرایند  حذف  نفتالین دارد  و کاهشpH  سبب  بالاتر رفتن  میزان جذب آن می گردد. و  pH بهینه برای  جذب حدود  3 می باشد. مقایسه جاذب های مختلف  نشان می دهد که نانو لوله های کربنی نسبت  به سایر جاذب ها در حذف ترکیبات آلی و حفاظت  از  محیط  زیست  پتانسیل بیشتری دارند (28-25) .ظرفیت  جذب  بالای  نانو لوله های کربنی  در  حذف آلاینده های آلی  به  علت  ساختار  منفذ مانند  این نانو لوله ها  و  وجود  مقادیر  زیادی  از  گروه های عملکردی سطحی در آن ها است.  به دلیل اندازه کوچک نانوتیوب های کربنی  چند جداره  (MWCNTs) ، سطح مقطع  زیاد، شکل کریستالی  و  نظم  شبکه ای منحصر به فرد و  در  نتیجه  واکنش  پذیری  بسیار  زیاد  و  عملکرد قابل توجه  نانو تیوب های کربنی  چند جداره  به عنوان جاذب در حذف  آلاینده های  آلی  به  خصوص  جهت حذف  نفتالین  از  محلول های  آب  می تواند  کاربرد زیادی  داشته باشد. هم چنین  مکانیسم  جذب  نفتالین بر روی  نانو لوله های کربنی  از  سینتیک  جذب  درجه اول  به طور  کامل  تبعیت  می کند.

تشکر و قدردانی

نویسندگان لازم می دانند  از کسانی که آن ها را در انجام این  پژوهش یاری  نموده اند  تشکر و قدردانی  نمایند. لازم به  ذکر است که این مقاله حاصل  پایان نامه دانشجویی  می­باشد.

منابع

1. Rahimpour A, Rajaeian B, Hosienzadeh A, Madaeni SS,Ghoreishi F. Treatment of oily wastewater produced by washing of gasoline reserving tanks using self-made and commercial nanofiltration membranes. Desalination. 2011; 265(1-3):190-8.
2. American Petroleum Institute Administration. Proceedings of joint conference on prevention and control of oil spills. Sheraton Park Hotel:Washington DC; 2006 June.68
3. طلائی.امیررضا و همکاران، 1389،تجزیه ی ترکیبات آروماتیک موجود در نفت خام توسط میکروارگانیزم های جداشده از محیط، مجله علمی پژوهشی دانشگاه علوم پزشکی زنجان دوره18، شماره70، ص80-68 .
4. دیق بیان.خسرو، 1389، بررسی قابلیت تجزیه بیولوژیکی نفتالین با استفاده از باکتری های خاک زی پالایشگاه نفت تبریز، مجله علمی-پژوهشی زیست فناوری میکروب دانشگاه آزاداسلامی ،دوره دوم،شماره چهارم،صص 20-13.
5. Jafapour M. Evaluation of bioreactor and advanced -oxidation process for wastewater treatment, Proceedings of Seminar of Environmental Engineering; 2006; Tarbiat Modares University, Tehran (in Persian).
6. کریمی، بهروز،1392، بررسی فرآیند اکسیداسیون پیشرفته UV/H2O2 درحذف نفتالین از محیط آب، .مجله علمی پژوهشی دانشگاه علوم پزشکی اراک،  سال 16 ،شماره 9 ( شماره پیاپی 78 )، ص 64-50.
7. Sadani M, Movahedian-Atar H, Faraji M, Jaberean B, Abouee E. 2011. Survey of crude oil toxicity component removal by adsorbtion with powdered activated carbon. J Shahrekord Univ Med Sci.; 13 (5): 45-54
8. Priya SS, Premalatha M, Anantharaman N. 2008 Solar photocatalytic treatment of phenolic wastewater: Potential, challenges and opportunities. J Engin App Sci.; 3(6):36-41.
9. Gotavac S, Song L, Kanoh H, Kaneko K. 2006. Assambly structure control of single wall carbon nanotubes with liquid phase naphthalene adsorption. Colloids andSurface A.; 300:117-211.
10. احرام پوش وهمکاران، 1391،.بررسی کارایی نانولوله های کربنی چند جداره اصلاح شده با هیپوکلریت کلسیم در حذف بنزن از محلول های آبی، مجله تحقیقات نظام سلامت ، سال هشتم، شماره ششم، ص1067-1058
11. محوی، امیر حسین،1390.بررسی حذف جیوه غیر آلی توسط نانولوله های کربنی چند دیواره و تک دیواره، دانشگاه علوم پزشکی تهران.
12. Xu, D.,Tan,x., chen, ch., wang, x.,(2008).Removal of pb(11) from arueouse solution by oxidized multiwalled carbon nanoyubes.journal of Hazardous Materials,154:407-416.
13. Lu, C., and Su, F. (2007). “Adsorption of natural organic matter by carbon nanotubes.” J. of Separation and Purification Technology, 58(1), 113-121.
14. Stafiej, A., and Pyrzynska, K. (2007). “Adsorption of heavy metal ions with carbon nanotubes.” Separation and Purification Technology, 58, 49-52.
15. Stafiej, A., and Pyrzynska, K. (2008). “Extraction of metal ions using carbon nanotubes.” Microchemical Journal, 89, 29-33.
16. Li, Y. H., Zhao, Y. M., Hu, W. B., Ahmad, I., Zhu, Y. Q., Peng, X. J., and Luan, Z. K. (2007 )  . “Carbon nanotubes-the promising adsorbent in wastewater treatment.” J. of Physics: Conference Series, 61
17. Kandaha, M.I., and Meunier, J.L. (2006). “Removal of nickel ions from water by multi-walled carbon nanotubes.” J. of Hazardous Materials, 145 (2-1), 283-288.
18. Kandaha, M.I., and Meunier, J.-L. (2007). “Removal of nickel ions from water by multi-walled carbon nanotubes.” J. of Hazardous Materials, 12(2-1), 283-288
19. Murr L. E. , Garza K. M. , Soto K. F. , Carrasco A. , Powell T. G. , Ramirez D. A. , Guerrero P. A. , Lopez D. A. , Venzor J.)2005) Cytotoxicity Assessment of Some Carbon Nanotubes and Related Carbon Nanoparticle Aggregates and the Implications for Anthropogenic Carbon Nanotube Aggregates in the Environment. Int. J. Environ. Res. Public Health: 1.31-42
20. Y. Wong, Y. Szeto, W. Cheung, G. McKay. (2004)  Adsorption of acid dyes on chitosan equilibrium isotherm analyses. Process Biochem39.: 693-702.
21. B. Karagozoglu, M. Tasdemir, E. Demirbas, M. Kobya. .2007.The adsorption of basic dye (Astrazon Lue FGRL) from aqueous solutions onto sepiolite, fly ash and apricot shell activated carbon: Kinetic and equilibrium studies. J. Hazard. Mater. 147. 297–306
22. Chen G-C, Shan X-Q, Wang Y-S, Wen B, Pei Z-G, Xie Y-N, et al. 2009; Adsorption of 2,4,6-trichlorophenol by multi-walled carbon nanotubes as affected by Cu(II). Water Research. 43(9): 18.24
23. Yin CY, Aroua M, Daud W. 2007. .Review of modifications of activated carbon for enhancing contaminant uptakes from aqueous solutions. Separation and Purification Technology; 52: -15.40
24. Rao GP, Lu C, Su F. 2007; Sorption of divalent metal ions from aqueous solution by carbon nanotubes: A review. Separation and Purification Technology  ,58:224-231
25. Lin, S.H., and Huang, C.Y. (1999). “Adsorption of BTEX from aqueous solution by macroreticular resins.” J. of Hazardous Materials, 70(1-2), 21-37.
26. Daifullah, A.A.M., and Girgis, B.S. (2003). “Impact of surface characteristics of activated carbon on adsorption of BTEX.” J. of Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 214(1-3), 181-193.
27. Carmody, O., Frost, R., Xi, Y., and Kokot, S. (2007). “Adsorption of hydrocarbons on organo-clays-- implications for oil spill remediation.” J. of Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 214(1-3), 181-193
28. Aivalioti, M., Vamvasakis, I., and Gidarakos, E. (2010). “BTEX and MTBE adsorption onto raw and thermally modified diatomite.” J. of Hazardous Materials, 178(1-3), 136-143.