بررسی کارایی ازن/پروکسی مونوسولفات/کاتالیست برای حذف 4،2-دی کلروفنوکسی استیک اسید از آب حاصل از شستشوی خاک و محلول ماییStudy on efficiency of Ozone/Peroxymonosulfate/catalyst for 2,4-Dichlorophenoxyacetic acid removal from soil washing wastewater and aqueous solution

مقدمه و هدف: 4،2-دیکلروفنوکسی استیک اسید یکی از پر کاربردترین علف کشها در دنیا می باشد. بنابراین باقی مانده ها در محیط های آبی سلامت انسان و اکوسیستم را به شدت تهدید می کند. در این مطالعه از فرایند ازن/کاتالیست/پروکسی مونوسولفات برای تجزیه 2,4-D در خاک و آب استفاده شد. برای آب آلوده از فرایند ازن/نانوفریت مس/پروکسی مونوسولفات استفاده گردید درحالیکه برای خاک آلوده فرایند ازن/یون فرو/پروکسی مونوسولفات استفاده شد. مواد و روشها: ذرات نانو فریت مس به شکل موفقیت آمیزی با استفاده از روش ترسیب شیمیایی سنتز شد و سازنده های آن اکسید مس و اکسید آهن به روش هیدروترمال سنتز شدند. خصوصیات نانوذرات به دست آمده با استفاده از انکسار اشعه ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی گسیل میدانی (FESEM)، اسپکتروسکوپی مادون قرمز فوریه (FTIR) و BET مشخص شد. فعالیت کاتالیستی نانوفریت مس برای فعال سازی ازن و پروکسی مونوسولفات برای تجزیه 2,4-D مورد ارزیابی قرار گرفت. اثر پارامترهای موثر بر فرایند شامل pH، غلظت پروکسی مونوسولفات، ازن و نانوفریت مس، غلظت اولیه و دما بررسی شد. محصولات جانبی واکنش با استفاده از آنالیز LC/MS تعیین گردید. قابلیت تجزیه پذیری زیستی نیز با استفاده آزمون Zahn & Wellens مورد ارزیابی قرار گرفت. در مورد خاک آلوده، خاک آلوده بتدا با آب لوله کشی شهری برای استخراج 2,4-D شست و شو داده شد. پارامترهای موثر مورد ارزیابی قرار گرفتند. عملکرد دیگر فلزات واسطه در حضور ازن و پروکسی مونوسولفات با یون فرو مقایسه گردید. عملکرد فرایند در عامل شست و شو TX100 نیز مورد ارزیابی قرار گرفت. در نهایت شاخص جوانه زنی برای سمیت گیاهی پساب ها نیز مورد نیز استفاده قرار گرفت. نتایج: در مورد ازن/نانوفریت مس/پروکسی مونوسولفات تجزیه کامل 2,4-D در شرایط 6=pH، 2 میلی مول پروکسی مونوسولفات، 16 میلی گرم بر لیتر ازن، 2/0 گرم نانوفریت مس و زمان 40 دقیقه اتفاق افتاد. نانوفریت مس در مقایسه با اکسید مس و اکسید آهن عملکرد بهتری از خود نشان داد. نتایج آزمایشات اسکونج کننده ها نشان داد که رادیکال های سولفات، هیدروکسیل، سوپر اکساید و اکسیژن سینگلت در تجزیه 2,4-D مشارکت دارند. 3/67% از کربن آلی و 7/42% از کلر در طول اکسیداسیون 2,4-D حذف شدند. میزان تجزیه پذیری زیستی 2,4-D بعد از تصفیه به شکل قابل توجه ای افزایش یافت. در نهایت 7 محصول جانبی در طول اکسیداسیون 2,4-D با فرایند ازن/نانوفریت مس/پروکسی مونوسولفات شناسایی شد. در مورد ازن/یون فرو/پروکسی مونوسولفات برای تصفیه خاک آلوده، 3/87% از 2,4-D با استفاده از آب لوله کشی شهری استخراج یافت. آب حاصل از شست و شو با استفاده از فرایند ازن/یون فرو/پروکسی مونوسولفات مورد تصفیه قرار گرفت. 88% از 2,4-D از پساب حاصل از شست و شو خاک با آب لوله کشی شهری حذف گردید در حالیکه تنها 40% آن در محلول TX100 به عنوان حلال استخراج کننده تصفیه شد. عملکرد فلزات واسطه در حذف 2,4-D به صورت Co>Fe>Cu>Mn حاصل شد. TX100 باعث افزایش بار آلی محلول شست و شو گردید. در همین راستا عملکرد فرایند ازن/یون فرو/پروکسی مونوسولفات در حذف COD در محلول TX100 کاهش یافت. آزمون سمیت گیاهی نشان داد که حضور TX100 سمیت را افزایش می دهد، در حالیکه 2,4-D در آب شهری لوله کشی برای گیاه گوجه فرنگی غیر سمی بود. نتیجه گیری: براساس نتایج به دست آمده فرایند ازن/کاتالیست/پروکسی مونوسولفات توانست به شکل قابل قبولی 2,4-D را از آب و خاک تصفیه نماید. در همین راستا 2,4-D به شکل قابل قبولی در آب و خاک توسط به ترتیب توسط ازن/نانوفریت مس/پروکسی مونوسولفات و ازن/یون فرو/پروکسی مونوسولفات سم زدایی و تصفیه گردید. می توان اذعان کرد که این فرایند اکسیداسیون پیشرفته هیبریدی می تواند به عنوان یک فرایند نوظهور و نوید بخش برای تصفیه آلاینده های مقاوم مورد استفاده قرار گیرد. Background & Aims: 2,4-Dichlorophenoxyacetic acid (2,4-D) is one of the most applicable herbicides in the world. Therefore, its residue in aquatic environment threatens the human health and ecosystems. In this study, ozone/catalyst/peroxymonosulfate was used to degrade 2,4-D in the soil and water. In case of polluted water, ozone/CuFe2O4/peroxymonosulfate was applied to treat 2,4-D while ozone/Fe2+/peroxymonosulfate was exerted for contaminated soil. Methods: Magnetic copper ferrite nanoparticles (MCFNs) were successfully synthesized by co-precipitation method. CuO and Fe2O3 were synthesized by hydrothermal methods. The characteristics of the obtained MCFNs were determined using X-ray powder diffraction (XRD), field emission scanning electron microscopy (FESEM), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), and Brunauere-Emmette -Teller (BET) technique. The catalytic activity of MCFNs was evaluated for the activation of peroxymonosulfate (PMS) and ozone for the degradation of 2,4-D. The effects of the operating parameters (pH, PMS, O3, MCFNs, initial 2,4-D and temperature) were studied for the PMS/MCFNs/O3 system. The by-products were determined by LC/MS analysis. Biodegradability was evaluated by Zahn & Wellens test. In case of contaminated soil, first, contaminated soil was washed by tap water to extract 2,4-D and then soil washing wastewater was treated by ozone/Fe2+/PMS. The operating parameters were assessed for 2,4-D removal. The function of various transition metals was compared with ferrous ion in presence of ozone and PMS. The performance of system was assessed in TX100 as washing agent. Finally, germination index was used to evaluate phytotoxicity of the effluents. Results: In case of PMS/MCFNs/O3, complete 2,4-D degradation occurred in pH=6.0, 2 mM PMS, 16 mg/L O3, 0.2 g/L MCFNs and 40 min reaction time. MCFNs provided higher degradation compared to CuO and Fe2O3 in ozone/PMS system. The results of scavenging experiments showed that SO4•-, HO•, O2•- and 1O2 participated in 2,4-D degradation . 67.3% of TOC and 42.7% of chlorine of 2,4-D were removed. A significant increase in biodegradabiliwas obtained after treatment by PMS/MCFNs/ozone system. Finally, seven by-products formed during PMS/MCFNs/ozone process were identified. In case of PMS/Fe2+/O3 for remediation of contaminated soil, 87.3% of 2,4-D was recovered by tap water and soil washing wastewater containing 2,4-D was treated using PMS/Fe2+/O3. 88% of2,4-D was removed from soil washing effluent (tap water) while this value was only 40% in TX100 as extracting agent. The order of performance of transition metals was Co>Fe>Cu>Mn. TX100 increased organic content of soil washing wastewater. In this way, the performance of PMS/Fe2+/O3 in COD removal is decreased in TX100 solution. Finally, phytotoxicity test showed that TX100 increased toxicity while treated 2,4-D containing tap water was non-toxic for potato. Conclusion: In the basis of the results, the application of PMS/catalyst/O3 for remediation of 2,4-D in soil and water was successful. 2,4-D was detoxified and treated during oxidation processes of PMS/CuFe2O4/O3 and PMS/Fe2+/O3 in water and soil respectively. It can be stated that the hybrid advanced oxidation processes can be a promising technology for degradation of refractory organic pollutant.