بررسی حذف بخارات تولوئن با استفاده از جاذب چارچوب آلی- فلزی
ارتقای ایمنی و پیشگیری از مصدومیت ها,
دوره 11 شماره 2 (1402),
5 February 2024
,
صفحه 127 - 116
https://doi.org/10.22037/iipm.v11i2.43147
چکیده
سابقه و هدف: تولوئن (متیل بنزن) یک ترکیب آلی فرار (VOCs) است که مواجهه مزمن با غلظتهای پایین آن ممکن است باعث طیف وسیعی از اثرات سوء سلامتی مانند اختلالات ایمونولوژیک و عصبی شود. علاوه بر این، انتشار تولوئن در اتمسفر باعث ایجاد مشکلات زیستمحیطی مختلفی از جمله کاهش ازن استراتوسفر، تولید مه دود فتوشیمیایی و افزایش اثر گلخانهای میشود. هدف از این تحقیق حذف تولوئن از جریان هوا با استفاده از چارچوب ایمیدازولات زئولیت (ZIF-8) به منظور کاربرد در فرایندهای پاکسازی هوا و پیشگیری و کاهش ریسک مواجهه با این آلاینده مخاطرهآمیز محیطهای شغلی و محیطزیست بود.
روش کار: چارچوب ایمیدازولات زئولیتی (ZIF-8) به روش سنتز درجا ساخته شد و ساختار آن توسط آزمونهای ساختاری (پراش اشعه X و طیفسنجی مادونقرمز تبدیل فوریه، میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی و آزمون BET) بررسی گردید. عملکرد جذب تولوئن بر روی جاذب در فاز گاز با استفاده از یک سیستم جذب دینامیکی در مقیاس آزمایشگاهی مطابق روش استاندارد ایزو BS EN ISO 10121-1:2014 و مطالعات پیشین مورد مطالعه قرار گرفت.
یافتهها: نتایج آزمونهای ساختاری نشان داد سنتز ماف موفقیت آمیز بوده است. مساحت ویژه آن نیز در مقایسه با تعدادی از مقالات مشابه بیشتر تعیین شد. ميانگين ظرفیت جذب تولوئن (سه بار تکرار آزمایش) ماف ZIF-8 در دمای 5/30 درجه سانتی گراد، رطوبت نسبی 33% و دبی 300 میلیلیتر بر دقیقه با جرم 10 میلیگرم برابر با 91/2828 میلیگرم در گرم بود. علاوه بر آن راندمان حذف اولیه ماف ZIF-8 برابر با %67/88 بود. زمان شکست 100 درصدZIF-8 برابر 21660 ثانیه تعيين شد. ميزان بازیابی جاذب پس از 6 چرخه همچنان تا %7/84 گزارش شد.
نتیجهگیری: ماف ZIF-8 داراي ظرفيت جذب بالایي براي تولوئن از فاز گازي است، ضمن آنكه راندمان حذف اولیه و زمان شکست بالایی نيز برخوردار است. به سبب عملکرد مناسب این ماف در جذب تولوئن، ميتواند با انجام مطالعات تکمیلی و مد نظر قرار دادن ملاحظات مربوط به جاذبهای صنعتی، در فرايندهاي تصفيه و پاکسازی هوا مورد توجه واقع شود.
به این مقاله، به صورت زیر استناد کنید:
Mohammad-Gholikhan-Khalaj P, Farhang Dehghan S, Hasanzadeh M, Panahi D. The removal of toluene vapors using metal-organic framework adsorbent. Irtiqa Imini Pishgiri Masdumiyat. 2023;11(2):116-127. Doi:https://doi.org/ 10.22037/iipm.v11i1.43147
- آلودگی هوا; پاکسازی،; پیشگیری; تولوئن; چارچوب آلی- فلزی
ارجاع به مقاله
مراجع
Neghab M, Tayefeh Rahimian J, Jahangiri M, Karimi A, Nasiri G, Aghabeigi M, et al. Evaluation of hematotoxic potential of benzene, toluene, xylene, ethyl benzene and n-hexane in petrochemical industries. Irtiqa Imini Pishgiri Masdumiyat (Safety Promotion and Injury Prevention). 2015; 2(4):293-302.
Wang J, Muhammad Y, Gao Z, Shah SJ, Nie S, Kuang L, et al. Implanting polyethylene glycol into MIL-101 (Cr) as hydrophobic barrier for enhancing toluene adsorption under highly humid environment. 2021; 404:126562.
Chen PW, Kuo TC, Liu ZS, Lu HF. Assessment of the mutagenicity of two common indoor air pollutants, formaldehyde and toluene. Indoor air. 2021; 31(5):1353-63.
Ansari S, Jafari MJ, Sedghi R, Rezazadeh Azari M, Zendehdel R. Toluene vapors adsorption in the fixed and fluidized bed by Nano-Zeolite. Irtiqa Imini Pishgiri Masdumiyat (Safety Promotion and Injury Prevention). 2016; 3(3):160 - 55.
Heydari M, Sabbaghi S, Zeinali SJIJoES, Technology. Adsorptive removal of toluene from aqueous solution using metal–organic framework MIL-101 (Cr): removal optimization by response surface methodology. 2019; 16(10):6217-26.
Allahabady A, Yousefi Z, Mohammadpour Tahamtan RA, Payandeh Sharif ZJEHE, Journal M. Measurement of BTEX (benzene, toluene, ethylbenzene and xylene) concentration at gas stations. 2022; 9(1):23-31.
Saqlain S, Zhao S, Kim SY, Kim YDJJoHM. Enhanced removal efficiency of toluene over activated carbon under visible light. 2021:126317.
Carabineiro S, Chen X, Martynyuk O, Bogdanchikova N, Avalos-Borja M, Pestryakov A, et al. Gold supported on metal oxides for volatile organic compounds total oxidation. Catalysis Today. 2015; 244:103-14.
Cha BJ, Kim SY, Choi CM, Sung JY, Choi MC, Seo HO, et al. Ultra-low loading of iron oxide on Pt/Al2O3 for enhanced catalytic activity of CO oxidation at room temperature: A simple method for applications. Chemical Engineering Journal. 2021; 404:126560.
Djurišić AB, He Y, Ng AM. Visible-light photocatalysts: prospects and challenges. APL Materials. 2020; 8(3).
Weon S, Kim J, Choi W. Dual-components modified TiO2 with Pt and fluoride as deactivation-resistant photocatalyst for the degradation of volatile organic compound. Applied Catalysis B: Environmental. 2018; 220:1-8.
Zhang Y, Cui X, Xing H. Recent advances in the capture and abatement of toxic gases and vapors by metal–organic frameworks. Materials Chemistry Frontiers. 2021.
McEwen J, Hayman J-D, Yazaydin AOJCP. A comparative study of CO2, CH4 and N2 adsorption in ZIF-8, Zeolite-13X and BPL activated carbon. 2013; 412:72-6.
Jameh AA, Mohammadi T, Bakhtiari O, Mahdyarfar MJJoECE. Synthesis and modification of Zeolitic Imidazolate Framework (ZIF-8) nanoparticles as highly efficient adsorbent for H2S and CO2 removal from natural gas. 2019; 7(3):103058.
Mohammad-Gholikhan-Khalaj P, Hasanzadeh M, Panahi D, Yazdankhah Z, Dehghan SFJJoECE, https://doi.org/10./j.jece..110885. Feasibility study on the removal of toluene from the air stream by activated carbon/zeolite imidazolate framework composite material. 2023.
Liu B, Younis SA, Kim K-H. The dynamic competition in adsorption between gaseous benzene and moisture on metal-organic frameworks across their varying concentration levels. Chemical Engineering Journal. 2021; 421:127813.
Khoshakhlagh AH, Beygzadeh M, Golbabaei F, Saadati Z, Carrasco-Marín F, Shahtaheri SJ. Isotherm, kinetic, and thermodynamic studies for dynamic adsorption of toluene in gas phase onto porous Fe-MIL-101/OAC composite. Environmental Science and Pollution Research. 2020; 27(35):44022-35.
ISO 10121-1:2014,Test method for assessing the performance of gas-phase air cleaning media and devices for general ventilation — Part 1: Gas-phase air cleaning media. Geneva, Switzerland ISO: International Organization for Standardization; 2014.
Ligotski R, Sager U, Schneiderwind U, Asbach C, Schmidt F. Prediction of VOC adsorption performance for estimation of service life of activated carbon based filter media for indoor air purification. Building and Environment. 2019; 149:146-56.
Pellejero I, Almazán F, Lafuente M, Urbiztondo MA, Drobek M, Bechelany M, et al. Functionalization of 3D printed ABS filters with MOF for toxic gas removal. Journal of Industrial and Engineering Chemistry. 2020; 89:194-203.
Khoshakhlagh AH, Beygzadeh M, Golbabaei F, Saadati Z, Carrasco-Marín F, Shahtaheri SJ. Isotherm, kinetic, and thermodynamic studies for dynamic adsorption of toluene in gas phase onto porous Fe-MIL-101/OAC composite. Environmental Science and Pollution Research. 2020; 27:44022-35.
Zhang C, Zhang J, Ou K, Liu Y, Guo Z, Chen X, et al. ZIF-8-coated CdS popcorn-like photocatalyst with enhanced visible-light-driven photocatalytic activity for degradation of toluene. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2021; 615:126257.
Khoshakhlagh AH, Golbabaei F, Beygzadeh M, Carrasco-Marín F, Shahtaheri SJ. Toluene adsorption on porous Cu–BDC@ OAC composite at various operating conditions: optimization by response surface methodology. RSC Advances. 2020; 10(58):35582-96.
Jafari S, Ghorbani-Shahna F, Bahrami A, Kazemian H. Effects of post-synthesis activation and relative humidity on adsorption performance of ZIF-8 for capturing toluene from a gas phase in a continuous mode. Applied Sciences. 2018; 8(2):310.
Lin K-YA, Chang H-A. Ultra-high adsorption capacity of zeolitic imidazole framework-67 (ZIF-67) for removal of malachite green from water. Chemosphere. 2015; 139:624-31.
Khoshnamvand N, Jafari A, Kamarehie B, Faraji M. Optimization of adsorption and sonocatalytic degradation of fluoride by zeolitic imidazole framework-8 (ZIF-8) using RSM-CCD. Desalin Water Treat. 2019; 171:270-80.
Bahri M, Haghighat F, Kazemian H, Rohani S. A comparative study on metal organic frameworks for indoor environment application: Adsorption evaluation. Chemical Engineering Journal. 2017; 313:711-23.
Hunter‐Sellars E, Saenz‐Cavazos PA, Houghton AR, McIntyre SR, Parkin IP, Williams DR. Sol–Gel Synthesis of High‐Density Zeolitic Imidazolate Framework Monoliths via Ligand Assisted Methods: Exceptional Porosity, Hydrophobicity, and Applications in Vapor Adsorption. Advanced Functional Materials. 2021; 31(5):2008357.
Khoshakhlagh AH, Golbabaei F, Beygzadeh M, Shahtaheri SJ. Study of the dynamic adsorption process of toluene by a microporous copper metal-organic framework. Journal of Health and Safety at Work. 2021; 11(4):556-76.
Mohammadi P, Ghorbani Shahna F, Bahrami A, Rafati AA, Farhadian M. Enhanced photocatalytic activity of hydrothermally synthesised SrTiO3/rGO for gaseous toluene degradation in the air: modelling and process optimisation using response surface methodology. International Journal of Environmental Analytical Chemistry. 2022; 102(1):222-42.
Khoshakhlagh AH, Golbabaei F, Beygzadeh M, Shahtaheri SJ. Study of the dynamic adsorption process of toluene by a microporous copper metal-organic framework %J Journal of Health and Safety at Work. 2021; 11(4):556-76.
Baytar O, Şahin Ö, Horoz S, Kutluay SJES, Research P. High-performance gas-phase adsorption of benzene and toluene on activated carbon: response surface optimization, reusability, equilibrium, kinetic, and competitive adsorption studies. 2020; 27:26191-210.
Xie L, Liu D, Huang H, Yang Q, Zhong C. Efficient capture of nitrobenzene from waste water using metal–organic frameworks. Chemical Engineering Journal. 2014; 246:142-9.
Nahm SW, Shim WG, Park Y-K, Kim SC. Thermal and chemical regeneration of spent activated carbon and its adsorption property for toluene. Chemical engineering journal. 2012; 210:500-9.
- چکیده مشاهده شده: 72 بار
- pdf 4 دانلود شده: 53 بار