بررسی نانوجاذب های سنتز شده بر پایه آلی و معدنی جهت حذف سرب با رویکرد ارزیابی چرخه حیات

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه محیط زیست، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

10.22034/AEJ.2022.329416.2756

چکیده

نانوجاذب­ ها به عنوان محصولی نوظهور نقش مهمی در حذف آلودگی­ های محیطی دارند. فعالیت­ های انسانی و افزایش فشار به محیط‌زیست، استفاده از رویکردهای جدید برای تعیین تاثیرات محیط­ زیستی یک محصول قبل از توسعه را ضروری می‌کند. لذا در این مطالعه به ارزیابی چرخه حیات با رویکرد گهواره تا مرحله استفاده برای تعیین شاخص ­های محیط ­زیستی شامل گرمایش جهانی، انرژی مصرفی، آب مصرفی، سمیت انسانی و سمیت محیطی بر اساس دو سناریو مورد مطالعه جاذب‌های سنتز شده بر پایه کربن (نانو صفحات اکسید گرافن مغناطیسی عامل‌دار شده با بتاسیکلودکسترین) و پایه Fe3O4 (نانوذرات مغناطیسی عامل‌دار شده با بتاسیکلو دکسترین) برای حذف یک کیلوگرم سرب از آب­ های آلوده پرداخته شده است. در مطالعه حاضر پس از سنتز نانو جاذب‌های MGO@β-CD و Fe3O4@β-CD، از نرم افزار Sima Pro ورژن 9.2 برای محاسبه میزان شاخص ­های مصرف انرژی، مصرف آب، گرمایش جهانی، سمیت محیطی و انسانی به ترتیب از روش های CED، ReCiPe و IPCC (100 ساله) و USEtox استفاده گردید. نتایج آنالیز واریانس یک‌طرفه جهت مقایسه اثرات محیط­زیستی برای حذف یک کیلوگرم سرب بین­ جاذب­ های سنتز شده نشان داد جاذب سنتز شده بر پایه کربن دارای اثرات محیط‌زیستی کم تری نسبت به جاذب بر پایه Fe3O4 است. این نتایج نشان داد که میانگین مقادیر گرمایش جهانی، آب مصرفی، انرژی مصرفی، سمیت انسانی و سمیت محیطی برای جاذب‌های نانو صفحات اکسید گرافن مغناطیسی و نانوذرات مغناطیسی عامل‌دار شده با بتاسیکلودکسترین به منظور حذف سرب به ترتیب 539403588 و 772235968 kg CO2 eq، 6856670 و 9816204 مترمکعب، 8043724501 و 11515811540 مگاژول (MJ)، 43889257263 و 62833049032 CTUe و 1365 و 1954 CTUh می‌باشد. نانو جاذب‌هایی که با استفاده از مواد دوست‌دار محیط‌‌زیست و فرآیندهای سازگار با محیط ‌زیست سنتز می‌شوند می‌توانند شاخص محیط‌زیستی نظیر سمیت انسانی و سمیت محیطی را بهبود بخشند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Evaluation of synthesized organic and inorganic based nanoadsorbents to lead removal with Life cycle assessment approach

نویسندگان [English]

  • Zahra Javanmir pour shirzadi
  • Fariba Zamani Hargalani
  • Maryam Robati
  • Lobat Taghavi
Department of Environment, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
چکیده [English]

Nanoadsorbents, as an emerging product, play a key role in the control and removal of environmental contaminants. Moreover, the enhancement of environmental pressure due to the human activities reveals the necessity for the utilization of novel approaches to identify the environmental impacts of new products. Therefore, this study was conducted to evaluate the cradle to grave Life Cycle (LCA) of synthesized nanoadsorbents including MGO@β-CD and Fe3O4@β-CD in term of determination of the environmental indicators involving global warming, energy consumption, water use, human toxicity and ecotoxicity, in order to removal of one kilogram of pb (II) from contaminated water. In the present study after the synthesis of MGO@β-CD and Fe3O4@β-CD nanoadsorbents through Sima pro 9.2, CED, ReCiPe, IPCC (GWP 100year) and USEtox methods were used to assess the energy use, water use, global warming, environmental and human toxicity, respectively. By utilizing one-way ANOVA analysis in order to compare the environmental effects of the study through removing one kilogram of lead from the synthesized adsorbents, it is shown that the carbon-based adsorbent has less environmental effects than the synthesized Fe3O4-based adsorbent. The results showed that the amounts of global warming, water use, energy consumption, human toxicity and ecotoxicity for the synthesized nanoadsorbents including MGO@β-CD and Fe3O4@β-CD in order to removal of pb (II) are 539403588 and 772235968 kg CO2 eq, 6856670 and 9816204 m3, 8043724501 and 11515811540 MJ, 1365 and 1954 CTUh ,43889257263 and 62833049032 CTUe. The nanoadsorbents that are synthesized using eco-friendly material and eco-friendly processes could improve the environmental indicator such as human toxicity and eco-toxicity.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nanoadsorbents
  • Life cycle assessment (LCA)
  • Lead adsorption
  • Human toxicity
  • Environmental toxicity

مراجع

  1. Shahri, E., Sayadi, M.H., Yousefi, E., 2020. Evaluation of heavy metal pollution of Zinc, Nickel, Chromium, Lead, Cadmium, Copper and Iron in water, surface sediments and algae of the northern shores of Makran Sea in summer 2020. Journal of Animal Environment. 12(4): 593-603. (In Persian)
  2. Baharvand, F., Varvanii, J., Torajzar, H., Hedayati, A.A. and Ahamadi, A., 2020. Evaluation of total concentration of petroleum hydrocarbons and heavy metals (lead, cadmium) in petroleum effluents. Journal of Animal Environment. 12(3): 389-394. (In Persian)
  3. Kazemi, A., Bahramifar, N., Heydari, A. and Olsen, S.I., 2018. Life cycle assessment of nanoadsorbents at early stage technological development. Journal of Cleaner Production. 174: 527-537.
  4. Arvidsson, R., Nguyen, D. and Svanström, M., 2015. Life cycle assessment of cellulose nanofibrils production by mechanical treatment and two different pretreatment processes. Environmental science & technology. 49(11): 6881-6890.
  5. Kim, H.C. and Fthenakis, V., 2013. Life cycle energy and climate change implications of nanotechnologies. Journal of industrial ecology. 17(4): 528-541.
  6. Mahdavi, M., Ahmad, M.B., Haron, M.J., Gharayebi, Y., Shameli, K. and Nadi, B., 2013. Fabrication and characterization of SiO2/(3-aminopropyl) triethoxysilane-coated magnetite nanoparticles for lead (II) removal from aqueous solution. Journal of Inorganic and Organometallic Polymers and Materials. 23(3): 599-607.
  7. Marimón-Bolívar, W. and González, E.E., 2018. Green synthesis with enhanced magnetization and life cycle assessment of Fe3O4 nanoparticles. Environmental Nanotechnology, Monitoring & Management. 9: 58-66.
  8. Vukelic, D., Boskovic, N., Agarski, B., Radonic, J., Budak, I. and Pap, S., 2018. Eco-design of a low-cost adsorbent produced from waste cherry kernels. Journal of Cleaner Production. 174: 1620-1628.
  9. Yami, T.L., Du, J., Brunson, L.R., Chamberlain, J.F., Sabatini, D.A. and Butler, E.C., 2015. Life cycle assessment of adsorbents for fluoride removal from drinking water in East Africa. The International Journal of Life Cycle Assessment. 20(9): 1277-1286.
  10. William, S., Hummers, J. and Offeman, R.E., 1958. Preparation of graphitic oxide. J Am Chem Soc. 80(6): 1339.
  11. Kazemi, A., Bahramifar, N., Heydari, A. and Olsen, S.I., 2019. Synthesis and sustainable assessment of thiol-functionalization of magnetic graphene oxide and superparamagnetic Fe3O4@ SiO2 for Hg (II) removal from aqueous solution and petrochemical wastewater. Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers. 95: 78-93.
  12. Zheng, H., Gao, Y., Zhu, K., Wang, Q., Wakeel, M. and Wahid, A., 2018. Investigation of the adsorption mechanisms of Pb (II) and 1-naphthol by β-cyclodextrin modified graphene oxide nanosheets from aqueous solution. Journal of colloid and interface science. 530: 154-162.
  13. Martínez, E., Sanz, F., Pellegrini, S., Jiménez, E. and Blanco, J., 2009. Life cycle assessment of a multi-megawatt wind turbine. Renewable energy. 34(3): 667-673.
  14. Arvanitoyannis, I.S., 2008. ISO 14040: life cycle assessment (LCA)–principles and guidelines. Waste management for the food industries. 97-132.
  15. Arvidsson, R., Kushnir, D., Sandén, Br A. And Molander, S., 2014. Prospective life cycle assessment of graphene production by ultrasonication and chemical reduction. Environmental science & technology. 48(8): 4529-4536.
  16. Healy, M.L., Dahlben, L.J. and Isaacs, J.A., 2008. Environmental assessment of single‐walled carbon nanotube processes. Journal of Industrial Ecology. 12(3): 376-393.
  17. Walser, T., Demou, E., Lang, D.J. and Hellweg, S., 2011. Prospective environmental life cycle assessment of nanosilver T-shirts. Environmental science & technology. 45(10): 4570-4578.
  18. Rajaeifar, M.A., Akram, A., Ghobadian, B., Rafiee, S., Heijungs, R. and Tabatabaei, M., 2016. Environmental impact assessment of olive pomace oil biodiesel production and consumption: A comparative lifecycle assessment. Energy. 106: 87-102.
  19. Azizi, K., Karimi, M., Nikbakht, F. and Heydari, A., 2014. Direct oxidative amidation of benzyl alcohols using EDTA@ Cu (II) functionalized superparamagnetic nanoparticles. Applied Catalysis A: General. 482: 336-343.
  20. Pini, M., Rosa, R., Neri, P., Bondioli, F. and Ferrari, A.M., 2015. Environmental assessment of a bottom-up hydrolytic synthesis of TiO 2 nanoparticles. Green Chemistry. 17(1): 518-531.
  21. Gavankar, S., Suh, S. and Keller, A.A., 2015. The role of scale and technology maturity in life cycle assessment of emerging technologies: a case study on carbon nanotubes. Journal of Industrial Ecology. 19(1): 51-60.
فصلنامه محیط زیست جانوری
دوره 14، شماره 4
بهمن 1401
صفحه 309-316

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار