بررسی حذف تولوئن از فاضلاب صنایع نساجی با استفاده از فرآیند تلفیقی فنتون و امواج فراصوت مبتنی بر اکسیداسیون پیشرفته

آبنیکی, میلاد; رحمانی, زهرا; یوسفی لیمایی, نرگس; شیرکوند هداوند, بهزاد

doi:10.22075/chem.2025.38598.2382

بررسی حذف تولوئن از فاضلاب صنایع نساجی با استفاده از فرآیند تلفیقی فنتون و امواج فراصوت مبتنی بر اکسیداسیون پیشرفته

نوع مقاله : مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان

میلاد آبنیکی ¹

زهرا رحمانی ¹

نرگس یوسفی لیمایی ²

بهزاد شیرکوند هداوند ¹

¹ گروه رزین‌ها و افزودنی‌ها، پژوهشگاه رنگ، تهران، ایران

² گروه پژوهش‌های زیست‌محیطی، پژوهشگاه رنگ، تهران، ایران

10.22075/chem.2025.38598.2382

چکیده

فاضلاب تولیدی نساجی حاوی حلال‌های خطرناکی مانند متیل ایزوبوتیل کتون، متانول، متیل اتیل کتون، زایلن و تولوئن است. این ترکیبات آلی فرار خطرناک، مانند تولوئن، خطرات قابل توجهی را برای سلامت انسان و اکوسیستم‌های آبی ایجاد می‌کنند. فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته (AOPs) به دلیل تولید رادیکال‌های هیدروکسیل بسیار واکنش‌پذیر، برای تجزیه آنها امیدوارکننده هستند. هدف از این مطالعه استفاده از AOP ترکیبی فنتون-اولتراسوند برای به حداکثر رساندن حذف تولوئن از پساب نساجی مصنوعی و واقعی بود. تأثیر غلظت H2O2 (50-200 میلی‌گرم در لیتر)، دوز Fe2+ (10-25 میلی‌گرم در لیتر)، غلظت اولیه تولوئن (10-70 میلی‌گرم در لیتر)، pH (3-7) و فرکانس اولتراسونیک (0 یا 35 کیلوهرتز) بر راندمان حذف بیش از 30 دقیقه در دمای 25 درجه سانتیگراد با استفاده از آزمایش‌های دسته‌ای ارزیابی شد. برای اندازه‌گیری مقادیر تولوئن از کروماتوگرافی گازی فضای فوقانی استفاده شد. 100 میلی‌گرم در لیتر H2O2، 10 میلی‌گرم در لیتر Fe2+، 10 میلی‌گرم در لیتر تولوئن و pH برابر با 3 شرایط ایده‌آل بودند. با ترکیب فنتون-اولتراسوند، بالاترین اثربخشی حذف 89.7 درصد بود، در حالی که این میزان برای فنتون به تنهایی 86.2 درصد و برای اولتراسوند به تنهایی 6 درصد بود. به دلیل تداخل آلاینده‌های همراه، از جمله زایلن و بنزن، 72.3 درصد حذف برای فاضلاب نساجی واقعی در این شرایط حاصل شد. برای حذف تولوئن در پساب‌های صنعتی، این روش یکپارچه کارایی و مقرون به صرفه بودن فوق‌العاده‌ای را نشان می‌دهد و گزینه‌ای مقیاس‌پذیر برای تصفیه فاضلاب پالایشگاه‌ها و نساجی‌ها ارائه می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

فاضلاب صنایع نساجی

فرآیند اکسیداسیون پیشرفته

فراصوت

آلاینده‌های آلی

فنتون

موضوعات

شیمی کاربردی

عنوان مقاله English

Investigating the Removal of Toluene from Textile Industrial Wastewater Using Integrated Advanced Oxidation-Based Fenton and Ultrasound Process

نویسندگان English

Milad Abniki ¹

Zahra Rahmani ¹

Nargess Yousefi-Limaee ²

Behzad Shirkavand Hadavand ¹

¹ Department of Resins and Additives, Institute for Color Science and Technology, Tehran, Iran

² Department of Environmental Research, Institute for Color Science and Technology, Tehran, Iran

چکیده English

The manufactured wastewater of textiles contains perilous solvents like methyl isobutyl ketone, methanol, methyl ethyl ketone, xylene, and toluene. These hazardous volatile organic compounds, like as toluene, pose significant risks to human health and aquatic ecosystems. Advanced oxidation processes (AOPs) are promising for their degradation due to the generation of highly reactive hydroxyl radicals. The purpose of this study was to use a combined Fenton-ultrasound AOP to maximize the removal of toluene from both synthetic and actual textile effluent. The impact of H2O2 concentration (50–200 mg/L), Fe2+ dose (10–25 mg/L), beginning toluene concentration (10–70 mg/L), pH (3–7), and ultrasonic frequency (0 or 35 kHz) on removal efficiency over 30 min at 25 °C was assessed using batch tests. Headspace-gas chromatography was used to measure the amounts of toluene.100 mg/L H2O2, 10 mg/L Fe²⁺, 10 mg/L toluene, and pH 3 were the ideal circumstances. With combined Fenton-ultrasound, the highest removal effectiveness was 89.7%, as opposed to 86.2% for Fenton alone and 6% for ultrasound alone. Due to interference from co-pollutants, including xylene and benzene, 72.3% clearance was attained for actual textile wastewater under these circumstances. For the remediation of toluene in industrial effluents, this integrated method exhibits exceptional efficiency and cost-effectiveness, providing a scalable option for the treatment of wastewater from refineries and textiles.

کلیدواژه‌ها English

Textile manufacturing wastewater

Advanced oxidation process

Ultrasound

organic pollutants

Fenton

[1] Shirkavand Hadavand, B., Abniki, M., Rahmani, Z., Esmaili Salmi, R., & Rezaei Behbahani, P. (2023). The process of removing paratoleic acid by advanced oxidation process from the effluent of terephthalic acid production in textile fiber production industries. Journal of Textile Science and Technology, 12(1), 17-26.

[2] Alborji, A., Abniki, M., & Moghimi, A. (2024). Magnetic dispersive solid-phase extraction of ciprofloxacin drug as β-cyclodextrin functionalized magnetic nanotubes on Fe₃O₄ nanoparticles. Revue Roumaine de Chimie, 69(7-8).

[3] Moghimi, A., Qomi, M., Yari, M., & Abniki, M. (2019). Solid phase extraction of Hg (П) in water samples by nano-Fe. Int. J. Bio-Inorg. Hybr. Nanomater, 8(4), 163-172. [4] Rahmani, Z., Mousavi, M., Shirkavand Hadavand, B., Petrů, M., Vosáhlo, J., Rahimian Koloor, S.S. (2024). The role of urethane acrylate in improving the elasticity of nano chitosan UV-curable hydrogel nanocomposite, Nano-Structures & Nano-Objects, 39, 101293.

[5] Yousefi-Limaee, N., Shirkavand Hadavand, B., Rahmani Z. (2022). Study the adsorption performance of methylene blue by modified UV-curable hydrogel/chitosan nanocomposite: Isotherm and kinetics approach, Pigment & Resin Technology, 52(3), 341-348.

[6] Soltani Mohammadi, H., Rahmani, Z., Shirkavand Hadavand, B. (2023). Polymeric membranes and their role in the removal of dyes, Journal of Studies in Color World, 13(3), 253-267.

[7] Dhar, K., Subashchandrabose, S. R., Venkateswarlu, K., Krishnan, K., & Megharaj, M. (2020). Anaerobic microbial degradation of polycyclic aromatic hydrocarbons: A comprehensive review. Reviews of Environmental Contamination and Toxicology, 251, 25-108.

[8] Abniki, M., Rahmani, Z., Soleimani-Gorgani, A., & Shirkavand Hadavand, B. (2024). Recent advances in green flame retardant compounds for application in polymers: A review. Polymers from Renewable Resources, 20412479251345678.

[9] Esmaeilpour, M. and Faghihi, M. (2025). Fabrication of a novel molecularly imprinted polymer magnetic adsorbent and investigation of its performance for removing copper ions from water. Applied Chemistry Today, 20(74), 313-338. doi: 10.22075/chem.2025.34840.2293

[10] Abniki, M., Azizi, Z., Poorebrahim, S., & Moniri, E. (2023). Development of p-amino acetanilide functionalized multi-walled carbon nanotubes as an effective carrier for lansoprazole release. Biomedical Physics & Engineering Express, 9(4), 045021.

[11] Boczkaj, G., & Fernandes, A. (2017). Wastewater treatment by means of advanced oxidation processes at basic pH conditions: A review. Chemical Engineering Journal, 320, 608-633.

[12] Elmobarak, W. F., Hameed, B. H., Almomani, F., & Abdullah, A. Z. (2021). A review on the treatment of petroleum refinery wastewater using advanced oxidation processes. Catalysts, 11(7), 782.

[13] Srivastav, M., Gupta, M., Agrahari, S. K., & Detwal, P. (2019). Removal of refractory organic compounds from wastewater by various advanced oxidation process: A review. Current Environmental Engineering, 6(1), 8-16.

[14] Abhilasha, J., Ashma, A., & Marazban, K. (2016). A greener approach for the degradation of dye methylene blue by organic additive catalysed photo-fenton process. Journal of the Chilean Chemical Society, 61(3), 3043-3048.

[15] Wang, H., Ge, D., Cheng, Z., Zhu, N., Yuan, H., & Lou, Z. (2020). Improved understanding of dissolved organic matter transformation in concentrated leachate induced by hydroxyl radicals and reactive chlorine species. Journal of Hazardous Materials, 387, 121702.

[16] Ali, H. R., Mostafa, H. Y., Husien, S., & El-hoshoudy, A. (2023). Adsorption of BTX from produced water by using ultrasound-assisted combined multi-template imprinted polymer (MIPs): Factorial design, isothermal kinetics, and Monte Carlo simulation studies. Journal of Molecular Liquids, 370, 121079.

[17] Duan, W., Meng, F., Wang, F., & Liu, Q. (2017). Environmental behavior and eco-toxicity of xylene in aquatic environments: A review. Ecotoxicology and Environmental Safety, 145, 324-332.

[18] Rickert, D. A., Singh, V., Thirukumaran, M., Grandy, J. J., Belinato, J. R., Lashgari, M., & Pawliszyn, J. (2020). Comprehensive analysis of multiresidue pesticides from process water obtained from wastewater treatment facilities using solid-phase microextraction. Environmental Science & Technology, 54(24), 15789-15799.

[19] Mousel, D., Bastian, D., Firk, J., Palmowski, L., & Pinnekamp, J. (2021). Removal of pharmaceuticals from wastewater of health care facilities. Science of The Total Environment, 751, 141310.

[20] Lhotský, O., Krákorová, E., Mašín, P., Žebrák, R., Linhartová, L., Křesinová, Z., & Cajthaml, T. (2017). Pharmaceuticals, benzene, toluene and chlorobenzene removal from contaminated groundwater by combined UV/H2O2 photo-oxidation and aeration. Water Research, 120, 245-255.

[21] Sampaio, E. F., Guimarães, V., Soares, O. S., Pereira, M. F. R., Rodrigues, C. S., & Madeira, L. M. (2022). Degradation of toluene from gas streams by heterogeneous Fenton oxidation in a slurry bubble reactor with activated carbon-based catalysts. Nanomaterials, 12(19), 3274.

[22] Pakizeh, M., Rouhani, R., & Pourafshari Chenar, M. (2023). A new route for ZIF-8 synthesis and its application in MMM preparation for toluene removal from water using PV process. Chemical Engineering Research and Design, 190, 730-744.

[23] Molina, E. A. R., Park, S., Park, S., & Kelley, S. S. (2023). Effective toluene removal from aqueous solutions using fast pyrolysis-derived activated carbon from agricultural and forest residues: Isotherms and kinetics study. Heliyon, 9(5), e15983.

[24] Ali, H. R., Mostafa, H. Y., Husien, S., & El-hoshoudy, A. N. (2023). Adsorption of BTX from produced water by using ultrasound-assisted combined multi-template imprinted polymer (MIPs): Factorial design, isothermal kinetics, and Monte Carlo simulation studies. Journal of Molecular Liquids, 370, 121079.

[25] Shokri, A., Nasernejad, B., & Sanavi Fard, M. (2023). Challenges and future roadmaps in heterogeneous electro-fenton process for wastewater treatment. Water, Air, & Soil Pollution, 234(3), 153.

[26] Duca, C., Bogo, H., Litter, M. I., & San Román, E. (2023). Heterogeneous photo-Fenton process with zerovalent iron nanoparticles for degradation of toluene in aqueous solution. Catalysis Communications, 183, 106767.

[27] Pretell, V., & Ing, M. V. P. Xylene and toluene removal from wastewater in petrochemical storage terminals: Application of the fenton process.