مقاله انگلیسی رایگان

ترجمه فارسی رایگان 

بخشی از ترجمه فارسی مقاله:

چکیده :
کانسار Uyunisalar( بولیوی ) ، بزرگترین منبع لیتیوم جهان است که نه تنها شامل مقادیر بسیار زیادی لیتیوم می باشد بلکه حاوی درصد وزنی 1.3 wwمنیزیم در شورابه های قوی Nacl است .بازیابی Mg با اهمیت است چرا که این منابع می توانند مقادیر بسیار زیادی Mg را از طریق بازیابی تولید کنند .کربنات منیزیم هیدراته با خلوص بالا که از طریق بازیابی شورابه های کانسار Uyunisalar بدست می آید، محصولی پر فروش به حساب می آید.فرآیند ته نشینی به کار برده شده برای این فرآیند بازیابی، بر جداسازیCa به اضافه کردن اکسالید اسید با نسبت 6.6 : 1 تکیه دارد .اکسالیت به کلسیم اکسالیت اضافه شده باعث تولید منیزیم اکسالیت و کاهش Ph به مقدار 4 تا 7 می شود.کربنات منیزیم هیدراته با خلوص 97.3 – 99.6 منیزیم در طی فرآیند تولید می شود (25.3 – 25.9 % منیزیم تولید شده که مقدار تئوری منیزیم در منیزیم هیدرات 25.99 % است ).بدون جانشینی منیزیم اکسالیت، فرآیند تنها قادر به تولید 23.3 – 24.3 درصد منیزیم است تحت شرایطی که خشک کردن در دمای بالاتر از 65 درجه سانتیگراد انجام می شود و ته نشینی در دمای بالاتر از 55 درجه سانتیگراد صورت گیرد و فرآیند با سرعت بالاتری انجام می شود . همچنین محصول منیزیم هیدرات کریستال شده بیشتری در این شرایط دمایی نسبت به دما های پایین تر تولید می شود محصول کربنات منیزیم هیدرات دارای ظرفیت گرمایی سطحی معادل 1123 تا 1196 ژول بر گرم جامد خشک می باشد .محصول بدست آمده دارای ساختار ورقه ای که در مقایسه با هیدروکسید منیزیم به آسانی فیلتر می شود .
1-مقدمه
منیزیم، یک فلز آلکین و هشتمین عنصر فراوان پوسته زمین است و از زمان کشف منیزیم در سال 1808 ، منیزیم کاربرد های متفاوتی داشته است از جمله در صناییع هواپیما سازی ، اتومبیل، الکترونیک، شیمی، داروسازی و صنایع کشاورزی .به خاطر واکنش پذیری بالا منیزیم ، این فلز به صورت خالص به ندرت در طبیعت پیدا می شود .در منیزیم محصول های طبیعی مانند آب دریاها، آبهای ژئوترمال، شوراب ها یا تلخ آب ها وجود دارد . منیزیم همچنین در ساختار کانی هایی مانند دولومیت، منزیت، کارنالیت، کالک و اولیوین یافت می شود .
12 میلیارد تن کانه منیزیم ( عمدتا منیزیت ) در ذخایر معدنی مختلف شناسایی شده است در حالی که منیزیم موجود در آب دریاها نامشخص است .برآورد شده که تولید جهانی منیزیم از مقدار 499000 تن در سال 2002 به مقدار 905000 تن در سال 2012 افزایش یافته است .صنایع معدنی گزارش کرده اند که تولیدجهانی منیزیم از منزیت در حدود 8.5 است ( چین %49 ، روسیه %12 و استرالیا %3 تولید جهانی را در دست دارد ) علاوه بر این تولید جهانی ترکیبات دیگر مانند منیزیم اکسید و ترکیباتی که از شورابه ها بدست می آید در حدود 925000 تن تخمین زده شده است، که عمدتا در کشورهای ژاپن، برزیل، مکزیک و هلند، نروژ ، روسیه و آمریکا وجود دارد.علاوه بر این محصولات نسوز منیزیم از ترکیبات منیزیم دار مانند منیزیم هیدروکسید و منیزیم کربنات تولید می شود که این ترکیبات از شورابه ها و تلخ آبه ها بدست می آید.در مناطق بولیوی کانسارUyunisalar شامل بیش از %40 تولید جهانی لیتیوم است که غنی ترین کانسار لیتیوم در جهن است علاوه بر این شورابه های Uyunisalar دارای مقدار زیادی منیزیم هستند ( 13.6 gr/l یا 1.3 % w/w ) که در جدول 1 با سایر ذخایر مقایسه شده است .

تولید ترکیبات منیزیم از منابع شورابه ها در ابعاد صنعتی طی چند دهه آزمایش شده است .به وسیله واکنش دولومیت (Cao.Mgo) تولید می شود از طریق حرارت دادن دولومیت یا منیزیت با منیزیم موجود در آب دریا.در نتیجه منیزیم هیدروکسید بیشتر تکلیس می شود تا تولید اکسید منیزیم با خلوص 98 تا 99 درصد کند . استفاده از NaoH کاربرد وسیع یدر بازیابی منیزیم محلول های غنی از منیزیم دارد .Lartey ( 1997 ) منیزیم هیدروکسید را از تلخ آبها (4.24 Mg) را می توان با استفاده از NaoH رسوب داد که NaoH باعث تولید NaoH می شود بعد از خاکستر کردن .ساختار ذرات Mg(oH)2 در ابعاد نانو از کریستال های ضعیفی تشکیل شده که باعث به وجود آمدن مشکلاتی در بازیابی می شود در زمانی که از NaoH برای ته نشینی استفاده می شود . مقدار NaoH اندازه گیری شده است در بسیاری از مطالعات آزمایشگاهی .پیشنهاد شده است یک روش جدید در بازیابی Mg(oH)2 از اسمز معکوس شورابه های حاوی 2.6 g/lمنیزیم بر اساس تحقیق این مولف فرآیند بر مبنای ته نشینی Mg(oH)2 بر روی سطح ترکیبات مگنتیکی ( Fe3O6) در ابعاد میکرو و جدایش مغناطیسی مگنتیک در جهت بازیابی محصول است پس از آن اسید برای انحلال مجدد Mg(oH)2 در PH >4 ( برای جلوگیری از انحلال مگنتیک ) استفاده می شود که در نتیجه بازیابی منیزیم به میزان بیش از 97 درصد انجام می شود. با اضافه کردن Na2Hpo4 در دمای 20 درجه و کنترل PH در PH = 8Mg موجود در آب دریا ته نشین شده و منیزیم بازیابی می شود استخراج با حلال و تبادل یونی کاربرد وسیعی در تولید منیزیم از شورابه ها دارد. lee و joclcsn فرآیندی را به ثبت رساندند که طی آن برای جداسازی از شورابه های حاوی 1 g/lit منیزیم از سولفات ها و سولفونات های قلیایی استفاده کردند.پس از اختلاط منیزیم جداسازی می شود از مخلوط با استفاده از مواد انحلال پذیر در آب مانند Nacl
Maclcay( 1977 ) از دود سیفنیل – تری فلورومتیل پروپاندیون برای بازیابی جدایش منیزیم از ترکیبات آبهای دریایی که شامل 1.4 g منیزیم و در PH= 6-9 استفاده کرد
Maravievetal (1995) : فرآیندی را برای جدایش کلسیم و منیزیم از ترکیبات آبهای طبیعی و دریایی ثبت کرد . در محلول هایی که حاوی 0.11 منیزیم و .02 کلسیم می باشد از طریق استفاده از رزین های تبادل یونی ، کربوکسیلیک ، اکرلیک و کتاکریلیک
به مدت چندین سال بسیاری از روش های برای ترکیبات مختلف کربنات های منیزیم مانند نسکامونیت ( Mgco3.3H2o ) – دیپینگیت و یا هیدرومنیزیم مورد مطالعه قرار گرفت
بر اساس روش canterford (1984 ) : دیپینگیت ( یا منیزیم کربنات های هیدراته سنگین که HMC از نظر تجاری متداول است )درمواد محصول وجود دارد در طی فرآیند خالص سازی منیزیم از منزیت خام حاصل از کلسیفاسیون و لیچینگ Caceres and attiogbe (1997 )
یک روش برای تولید منزیت هیدرات از دولومیت پیشنهاد کرد که در ابتدا دولومیت را در فشار گاز CO2 و دمای 750 درجه حرارت میدهیم تا دولیم نیمه کلسینه شده (Mgo.CaCO3 ) فراهم آید
سپس دولیم نیمه کلسینه شده را در درجه حرارت 30 – 90 درجه مرطوب می شود تا فرآیند هیدراسیون اکسید منیزیم اتفاق بیفتد علاوه بر این کربناته شدن مجدد Mg(OH)2 به وسیله واکنش با CO2 که در این فرآیند تحت فشار است که باعث به وجود آمدن محلول از Mg(HcO3)2 می شود .
منیزیم هیدرات از طریق حرارت دادن Mg(HCO3)2 تا100 درجه سانتیگراد ( تاجایی که آب خود را از دست دهد ) بدست می آید
ته نشینی هیدرات منزیت و دیپینگیت از طریق تشکیل دوغاب منیزیت هیدروکسید و دمش گاز CO2 یا واکنش با سدیم کربنات صورت می گیرد سایر فرآیند ها در جدول 2 اشاره شده است
در مطالعات قبلی (BOTHA&STRYDOM 2001 ) نشان داده شده که به تفاوت در شکل منیزیم کربنات بستگی به
(a درجه حرارت تهنشینی
bدرجه حرارت خشک کردن
C مدت زمان خشک کردن دارد
Wanget (2009)تایید کرد که واکنش بین Mg2+ و کربنات در درجه حرارت پایین ( 50 – 60 ) تشکیل فرم نسکومونیت می دهد و این ئر حالی است که منیزیم هیدرات در 60 – 90 درجه تشکیل می شود . اما اطلاعاتی در مورد درجه حرارت خشک کردن داده نشده است نتیجه نهایی این تحقیقات نشان می دهد که دمای محیط ، درجه حرارت پایین خشک کردن ، و مدت کم خشک کردن نسکوهونیت تعیین کننده فرم تشکیل است وقتی درجه حرارت ته نشینی و خشک کردن تا60 درجه یا بالاتر افزایش یابد قطعات قابل جدا شدن تشکیل می شود منیزیم هیدرات در دمای 65 درجه یا بیشتر در طی فرآیند ته نشینی تشکیل می شود .خشک کردن در دمای 120 درجه دیپینگیت تولید می کند ( زمان خشک کردن 3 ساعت ) یا تولیده است منیزیم هیدرات طی 2 – 6 ساعت خشک کردن از نسکوهونیت
برطبق مطالعات قبلی ما در شورابه های Uyunisalar ، منیزیم در عیار پایین منیزیم هیدروکسید توسط سنگ آهک و در عیار بالا منیزیم توسط منیزیم اکسالات بازیابی می شود که این بازیابی بعد از جدایش که با جانشین Ca همراه است که بعد از بازیابی لیتیوم استفرآیند پیشنهادی این مطالعه اگرچه باعث جدایی Mg می شود اما محصول مرسوم برای فروش را تولید نمی کند آنها باید پاک کننده هایی را برای تصفیه اضافه کنند ( به عنوان مثال منیزیم هیدروکسید با عیار پایین ) یا حرارت بدهند تا اکسید منیزیم استاندارد و تجاری را تولید کنند . این مطالعه در جهت ارزیابی بازیابی منیزیم شورابهای Uyunisalar به عنوان ترکیبات منیزیم کربنات قابل عرضه به بازار انجام شده است در طی فرآیند در ابتدا با اضافه کردن اسید اکسالات Ca به صورت کلسیم اکسالات جانشین می شود شوراب فاقد کلسیم و اکسالات بدست می آید . پس از آن سدیم کربنات به محلول اضافه شده تا منیزیم ته نشین نشده به صورت مخلوطی با محصولات کربنات شامل نسکاهونیت و یا دیپینگیت . سپس این محصول حرارت داده می شود تحت شرایط دمایی مختلف تا هیدرومنیزیم تولید شود
انجام شرایط فوق ( حجم کلروفیک ، خلوص و اکسید منیزیم بالاتر ) را با شرایط ته نشینی اصلی مقایسه می شود

بخشی از مقاله انگلیسی:

ABSTRACT

Uyuni Salar (Bolivia), the largest resource of lithium (Li) in the world not only contains a high level of Li but also ~1.3% w/w magnesium (Mg) in strong NaCl brines. The recovery of Mg is therefore essential as the resources represent high value of Mg by-products if recovered. High purity hydrated magnesium carbonate (HMC as dypingite or hydromagnesite) could be recovered from the Uyuni salar brines as an easy-saleable product. The precipitation process used for this recovery relies on the selective removal of Ca by adding excess oxalic acid at an oxalate/Ca molar ratio of 6.6:1. The excess oxalate has to be subsequently removed as Mg oxalate by adjusting the pH to pH 4 – 7. HMC products of 97.3 – 99.6% purity could be produced as a result (equivalent to 25.3 – 25.9% Mg in the product compared to a theoretical value of 25.99% Mg for hydromagnesite). Without removing Mg oxalate, products could only reach 23.3- 24.3% Mg. The light HMC (hydromagnesite) product could be precipitated at ambient conditions as long as the drying was set at >65 oC. Precipitation at >55 oC also yields more crystalline hydromagnesite compared to those obtained at lower temperatures. The light HMC product has a heat adsorbing capacity (endothermic) of 1123-1196 J/g dry product. The product has a sheetlike structure and is easily filtered, compared to magnesium hydroxide.

1. Introduction

Magnesium (Mg), an alkaline earth metal, is the 8th most abundant element in the Earth‟s crust. Since its discovery in 1808, Mg has been used in a number of applications such as in the production of magnesium metal used in alloys, aircraft, automobiles, electronics, and in chemical, pharmaceutical and agricultural industries. Due to its highly reactive nature, Mg is rarely found in the pure metallic form in nature. Mg thus is found in natural liquors such as seawater, geothermal water, brines or bitterns and in minerals such as dolomite, magnesite, brucite, carnalite, talc, olivine, etc [Wikipedia-Magnesium, 2014]. A total of 12 billion tonnes of Mg ores (mainly magnesite) is identified in various mineral resources while the Mg in seawater is unlimited [USGS, 2014]. The world production of Mg metal is estimated to have increased from 499,000 tonnes in 2002 to 905,000 tonnes in 2012 [Roskill, 2012]. Industrial Mineral (2015) reported that the global production of magnesia from magnesite is ~8.5 Mtpa (China produces 49% of the total world market, Russia 12% and Australia 3%). Additionally, the global manufacture of synthetic MgO and other Mg chemicals from brines is also estimated to be about 925,000 tpa, mainly from Japan, Brazil, Mexico, Holland, Norway, Russia and USA. Together with the production of refractory magnesia from minerals, synthetic magnesium products such as Mg chloride, hydroxide, carbonate, etc. can also be produced from brines and bitterns. Located in the highland of Bolivia, Salar de Uyuni contains over 40% of the global lithium and is known to have the richest Li salar brines in the world. Moreover, the Uyuni salar brines also contain a high level of Mg (~13.3 g/L or 1.3 %w/w Mg) compared to other brine sources as shown in Table 1 (Boryta et al., 2011; An et al., 2012; Wikipedia-Sea water, 2015). The manufacture of Mg products from brines has been in practice on an industrial scale for several decades (Robinson et al., 1943; Panda and Mahapatra, 1983; Dave and Ghost, 2005; CMI Group, 2013; Nakai, 2014) by reacting dolime (CaO.MgO) produced from roasting dolomite or magnesite with the Mg contained in seawater. The resultant Mg hydroxide was then further calcined to produce MgO of 98-99% purity. The use of NaOH has also been extensively applied for the recovery of magnesium from magnesium-rich liquors. Lartey (1997) precipitated magnesium hydroxide from a bittern (4.24% Mg) using NaOH to produce MgO after sintering. The formation of nano-sized Mg(OH)2 particles of poor cystallinity, which caused difficulty for its recovery when NaOH was used for precipitation, was dealt with in many laboratory studies (Baird et al., 1988; Henrist et al., 2003; Alamdari et al., 2008). Lehmann et al. (2014) proposed a new approach to recover Mg(OH)2 from reverse osmosis brines bearing 2.6 g/L Mg. According to these authors, the process used was based on Mg(OH)2 precipitation on the surface of synthesised magnetite (Fe3O4) micro-particles and magnetic separation to recover the product. Thereafter, acid was used to redissolve Mg(OH)2 at pH >4 (to avoid dissolution of magnetite), recovering a high purity (>97% Mg) solution. The recovery of magnesium by adding Na2HPO4 at 20 oC and controlling pH at pH 8 was conducted to precipitate Mg from seawater (Golubev et al., 1999) or Ca-free seawater (Golubev et al., 2001) as (Ca,Mg)4H(PO4)3.xH2O or Mg3(PO4)2.8H2O, respectively. Solvent extraction and ion-exchange were also applied to produce magnesium from brines. Lee and Jackson (1970) patented a process to extract magnesium from a brine containing 1 g/L Mg using alkyl sulphates and sulphonates. After loading, Mg was stripped from the mixture by a water-soluble strippant such as NaCl. Mackay (1977) used 1-dodecylphenyl-3- triflouromethyl-1,3-propanedione to selectively recover Mg from synthetic seawater bearing 1.4 g/L Mg and other elements at pH 6-9. Later, Muraviev et al. (1995) proposed a process to separate calcium and magnesium from artificial and natural seawater, which contained 0.11 g/L Mg and 0.02 g/L Ca, respectively, by carboxylic ion-exchange resins of acrylic and methacrylic types. For several years, many methods have been studied to synthesise different magnesium carbonate compounds such as nesquehonite (MgCO3.3H2O), dypingite ((MgCO3)4.Mg(OH)2.5H2O or (MgCO3)4.Mg(OH)2.8H2O) and hydromagnesite ((MgCO3)4.Mg(OH)2.4H2O). As stated by Canterford and Tsambourakis (1984), dypingite (or heavy hydrated magnesium carbonate, HMC as commonly known commercially) was found in materials yielded during the production of high purity magnesia from crude magnesite by a calcination/CO2-leaching process. Caceres and Attiogbe (1997) suggested a technique to produce hydromagnesite (or Light HMC) from dolomite which was first roasted in a CO2 atmosphere at 750 oC to obtain semi-calcined dolime (MgO.CaCO3). The semi-calcined dolime was then wet ground at 30-90 oC to completely ensure the hydration of MgO. Further re-carbonation of Mg(OH)2 by reacting with CO2 under pressure formed an aqueous Mg(HCO3)2 solution. Hydromagnesite was yielded by heating Mg(HCO3)2 to 100 oC to remove all water and then drying the solid at 120 oC. The precipitation of hydromagnesite and dypingite via the formation of magnesium hydroxide slurry and sparging CO2 gas or reacting with sodium carbonate were also mentioned in several other studies as summarised in Table 2. In a previous study, Botha & Strydom (2001) showed that different Mg carbonate products were formed depending on (a) precipitation temperature, (b) drying temperature and (c) drying time. Wang et al. (2008) confirmed that the reaction between Mg2+ and carbonate will form nesquehonite at a low temperature (30-50 oC) whereas hydromagnesite was formed at 60 oC. Cheng et al. (2009) produced nesquehonite at 0-40 oC, whereas dypingite was formed at 50 oC and hydromagnesite at 60-90 oC, but no information was given on drying time. The conclusions reached from these studies indicate that (a) at room temperature and low drying temperature and short drying time nesquehonite is preferentially formed, (b) however when the temperature of either precipitation and drying is raised to 65oC or higher dypingite or a transitional species is formed and (c) hydromagnesite is formed at high temperature (65oC or higher) of precipitation and (d) drying at 120 oC will produce dypingite (3 h drying time) or hydromagnesite (6-24 h) from nesquehonite. In our previous studies on the Uyuni salar brines, Mg was first recovered as a low grade Mg hydroxide using lime (An et al., 2012) or high purity Mg oxalate after first selectively removing Ca (Tran et al., 2013) before lithium is recovered. The processes proposed in these studies, although effectively removed Mg, did not produce conventional products ready for sale. They have to be further purified (as in the case of low grade Mg hydroxide) or roasted to produce standard commercial MgO products. The present study therefore aims to recover Mg from the Uyuni salar brine (containing ~13 g/kg Mg) as marketable magnesium carbonate compounds. During the process, Ca was first removed selectively as Ca oxalate by adding oxalic acid, followed by removal of the excess oxalate in the form of Mg oxalate. The Ca and oxalate free brine obtained was subsequently added with sodium carbonate to precipitate Mg as a mixed carbonate product containing nesquehonite and/or dypingite. This precursor was then heat treated at different temperatures to produce hydromagnesite, having superior properties (calorific value, purity and higher MgO content) compared to the original precipitate.

سنتز سبز نانوذرات a-Fe2O3 برای تصفیه آرسنیک (V) با جنبه تازه ای برای تصفیه لجن

Green synthesis of a-Fe2O3 nanoparticles for arsenic(V) remediation with a novel aspect for sludge management

Abstract

A simple, single step and eco-friendly approach was taken for synthesizing iron oxide nanoparticles using Aloe vera leaf extract. The nanoparticles were characterized by various techniques and used for arsenic(V) remediation in synthetic system with an initial concentration range of 2–30 mg/L. The effect of pH, particle dosage and initial arsenic concentration on arsenic adsorption was investigated using response surface methodology involving five levels Central Composite Design (CCD) considering adsorption capacity as the response. The nanoparticles showed a high sorption capacity of 38.48 mg/g in the experimental range of concentration compared to other inorganic oxide based adsorbents.

A novel approach was adopted for utilization of arsenic contained sludge. As(V) sorbed nanoparticles were used in the preparation of colored soda lime silicate glass. The basic properties such as density, thermal and optical properties were measured for the experimental glass sample and compared with samples containing commercial Fe2O3.

The overall study indicates that the green synthesized iron oxide nanoparticle is a prospective candidate for arsenic remediation in contaminated water. The arsenic contained sludge may be used in preparation of coloured glasses which have wide application in making container bottles and building glasses.

1 Introduction

Nanotechnology has introduced a new dimension in the field of environmental remediation of various toxic contaminants like heavy metals, dyes and pesticides etc. Controlling the particle size and shape at nanoscale results into a large surface area to volume ratio which imparts greater reactivity. Apart from the smaller particle sizes, presence of a large numbers of active sites and the catalytic potential of nanoparticles enable them as potential candidates for wide range of contaminants [1]. Nanoscale iron particles have shown efficiency for detoxification of chlorinated organic solvents, organochlorine pesticides and PCBs [2]. Zhang et al. prepared ferromagnetic carbon coated Fe nanoparticle which could remove over 95% of chromium (VI) in wastewater [3]. Manganese based nanoparticle synthesized using micro-emulsion process and coated with gold was observed as efficient nanosorbents for removal of heavy metals from wastewater [4]. Copper (II) oxide nanoparticles synthesized by thermal refluxing process were found as a potential nano-adsorbent for arsenic removal [5].

Iron oxide based components have a natural affinity for arsenic sorption [6]. Removal of As(V) using magnetic Fe3O4 from municipal waste water has been reported [7]. Fe(III) crosslinked alginate nanoparticles were used in fixed bed column for arsenic (V) removal [8]. Apart from being an effective adsorbent of As(V), the nano-sorbent demonstrated antimicrobial property also. The adsorption–desorption behaviour for As(V) was studied using hydrated iron oxide particles in combination with a macroporous ion-exchange resin at neutral pH [9]. A novel composite material was developed with high arsenic adsorption capacity by encapsulating g-Fe2O3 nanoparticles in macroporous silica [10].

Most of the research studies focus on synthesis of iron oxide nanoparticles by chemical route using reducing agents [11]. Chemical reagents are often toxic, flammable and expensive in nature. In the process of synthesizing magnetite nanoparticles using toxic solvents, hazardous byproducts may generate and the process involves high energy consumption [12]. Therefore, biogenic or green synthesis of nanoparticles has emerged as an environment friendly and promising approach. Application of various plant extracts has been reported for biosynthesis of gold and silver nanoparticles using rapid and nontoxic process [13]. Presence of different phytochemicals, viz. glutathiones, polyphenols, alkaloids as well as various types of proteins, enzymes, polysaccharides and alcoholic compounds in plant extracts facilitate reduction of metal ions and formation of stable nanoparticles [12]. Extracts of Aloe vera leaves were used for production of silver nanoparticles and its antimicrobial activity has been studied [14]. The gel of A. vera leaf acts as a bio-reducing agent for preparation of metal oxide and metal nanoparticle, semiconductors, etc. [15]. Nanocrystalline zinc-aluminate had been synthesized using A. vera leaf extract [15]. Biosynthesis of iron oxide nanoparticles with less than 5 nm were achieved in preferential cubic arrays deriving into magnetite and wuestite-like clusters using alfalfa [16].

مقاله انگلیسی رایگان

ترجمه فارسی رایگان 

بخشی از ترجمه فارسی مقاله:

چکیده
در این ناحیه ها نیاز به ارزیابی خاک C در مناطق گرمسیری و نیمه گرمسیری و جود دارد. هدف ما تعیین داده های جغرافیایی غلظت کربن آلی خاک(SOC) و ذخایر تحت استفاده زمین های مختلف و انواع خاک در محدوده ای 8118 هکتاری در جنوب برزیل است. خاک های رایج در این منطقه عبارتند از اینسپتیسول ها، آلتیسول و مولیسول و خاک مورد استفاده غالب که خاک جنگل و تاکستان است. داده های کربن آلی خاک با 5 معیار عمق استخراج از توابع عددی مدل شدند. برای مدل کردن غلظت کربن آلی خاک برای هر عمق تاcm 100 و برای تولید نقشه عمق خاک از کریجینگ رگرسیون استفاده شد. عدم قطعیت با استفاده از روش تجربی و با استفاده از شبیه سازی زمین آماری پی در پی گاوس از رسوبات برآورد شد. روش پیش بینی پوشش گیاهی طبیعی کربن خاک(PNVSC) برای ارزیابی تغییرات در کربن خاک برای تغییر کاربری خاک استفاده شد. تراکم زیاد به وسیله توابع انتقالی محاسبه شد. ذخایر کربنی آلی خاک با استفاده از پیش بینی کربن آلی خاک محاسبه شدند، و تراکم زیاد و نقشه عمق خاک، و ذخایر کربنی آلی خاک به وسیله مختصات جرم تجمعی اصلاح شدند. مدل ها پیش بینی غلظت کربن آلی خاک را در حدود 44% مغایرت در عمق 30 – 60 cm با مقادیر نسبتاً کمتری برای عمق های دیگر توضیح دادند. متغیرهای مهم برای پیش بینی، ترتیب لایه های خاک (انتیسول ها)، مختصات X ، بعد و مدل سه بعدی دیجیتال ارتفاع خاک ( DEM( بودند. این مدل برای پیش بینی عمق 43% مغایرت را نشان داد که متغیرهای مهم ترتیب لایه های خاک (انتیسول، مولیسول، آلتیسول)، عمق دره و TWI بودند. خاک های جنگلی، کربن را بیش از 30 cm انباشته می کنند درحالیکه خاک های مراتع سطح کربن آلی بیشتر و عمق بیشتری دارند. خاک های محصولات زراعی و تاکستان ها کمترین غلظت کربن آلی خاک را دارند. غلظت کربن آلی خاک به وسیله عمق ، و همچنین پیش بینی فواصل عدم قطعیت، تا عمق 60cm افزایش می یابد. ذخایر کربن آلی خاک (100-0) در مقایسه با هنگامی که پیش بینی می شد آنها در خاک های جنگل باشند بین 104 tc/هکتار نسبت به آلفیسول ها در تاکستان و 280 هکتار/tc در محدوده های مرتعی نسبت به آکسیسول متغیر است. تجزیه تحلیل های پیش بینی پوشش گیاهی طبیعی کربن خاک PNVSC نشان دادند که قسمت بیشتری از خاک در مقایسه با هنگامی که آنها در خاک های جنگلی وجود داشتند کربن آلی را از دست داده بود.
1- مقدمه
ارزیابی مقدار و توزیع سطوح کربن آلی خاک (SOC) به اندازه فراهم کردن اطلاعات مورد حاصلخیزی خاک، درجه های جدا سازی کربن، بهبود خاک تخریب شده یا به اندازه تأثیر تغییرات کاربری زمین اهمیت دارد. نقشه برداری غلظت کربن آلی خاک و ذخایر به خاطر تغییر و انعطاف پذیری قابل ملاحظه ای، چالش برانگیز است. تغییرات موقتی کربن آلی خاک به وسیله عوامل طبیعی و آنتروپیک تحت تأثیر قرار گرفته اند که شامل شیوه های مدیریت و تغییرات کاربری زمین می شود.
مطالعات اخیر کربن آلی خاک را پیش بینی و به تصویر کشیده اند
(Adhikariet al., 2014; Padarian et al., 2012; Kirsten et al., 2015; Malone et al.2009Mendonça-Santos et al., 2010; Ross et al., 2013; Zhang and
Shao, 2014)
و این محاسبه بر اساس رابطه بین متغیرهای کمکی ( کاربری زمین، نوع خاک، شیب، بعد، و غیره) و سطوح کربن آلی خاک می باشد. متغیرهای کمکی مختلف برای توضیح توزیع کربن آلی خاک در مدل ها یافت شدند. Thompson and Kolka (2005) متوجه شدن که بیش از 71% تغییر کربن آلی خاک می تواند به وسیله شیب، بعد، انحنا، شاخص رطوبت توپوگرافی و فاصله جریان زمینی توضیح داده شود. ویسمر و همکاران. (2014) متوجه شدن که مهمترین عوامل برای پیش بینی ذخایر کربن آلی خاک کاربری زمین، نوع خاک، رطوبت خاک، و آب و هوا هستند. آدیکاری و همکاران. (2014) غلظت کربن آلی خاک در عمق های مختلف خاک را پیش بینی کردند و گزارش دادن که اهمیت متغیرها به وسیله عمق تغییر می کند. میناسنی و همکاران (2013) مطالعات تصویر برداری دیجیتال زیادی را از کربن های آلی خاک باهم ترکیب کردند و به این نتیجه رسیدند که متغیرهای کمکی مختلف می توانند تغییر کربن آلی خاک وابسته به پیچیدگی خاکبرداری را تفسیر کنند. ارزیابی موجودی کربن آلی خاک تا به امروز بیشتر بر روی لایه های سطحی 20-0cm یا 30-0cm تمرکز کرده است، در حالیکه مقدار قابل توجهی از کربن آلی خاک می تواند در عمق بیشتری در نمایه خاک ارائه شود
Lal, 2005; Rumpel and Kögel-Knabner, 2011; Minasny et al., 2013; Boddey et al., 2010).Sisti et al. (2004(.
گفتند که ذخایر کربن آلی خاک مطالعه شده تا خاکورزی یعنی 100cm در عمق و خاکورزی مرسوم و یافت شده، در چرخش با باقلای کاشته شده به عنوان محصول سبز- کود زمستانی، کربن خاک بسیار زیاد و غلظت نیتروژن زیرصفر خاکورزی، با بیشترین اختلاف دقت در عمق 85-30 cm، کاهش می یابد. انگرس و اریکسن-همل (2008) تفاسیر مختلفی از ذخایر کربن آلی خاک، هنگامی که عمق های مختلف مورد نظر در خاکورزی صفر کشت و زرع تمام وارونه وجود نداشتند را نشان دادند. خاکورزی تمام وارونه می تواند کربن بیشتری را در کف لایه شخم انباشت کند، اما کربن آلی خاک به طور کامل افزایش تحت خاکورزی صفر در سطح افق را جبران نمی کند. محققان اهمیت در نظر گرفتن نمایه کامل برای درک توزیع ذخایر کربن آلی خاک را برجسته کردند.
کاربری زمین تأثیر عمده ای بر روی غلظت و ذخایر کربن آلی خاک دارد. هرچند، این تأثیرات نیز به وسیله طبقه و عمق خاک تحت تأثیر قرار می گیرند ( هارتمینک و مک سوئینی، 2014؛ نیدر و بنبیو 2008). تغییرات در کاربری خاک بر روی سطوح کربن آلی خاک تأثیر می گذارد و ویژگی های خاک را اصلاح می کند. مطالعات مختلفی تغییرات کربن آلی خاک با تغییر کاربری زمین را شرح داده اند. کانانت و همکاران. (2011)، 115 تحقیق را بازبینی کردند و فهمیدند که در حدود نزدیک به 70% تحقیقات تغییر از زمین اصلی ( بیشتر جنگل های انبوه) به مراتع، باعث افزایش محتوای کربن خاک شده است. گوا و جیفرد (2002)، با تدوین 74 نشریه، فهمیدند که دخایر کربن آلی خاک بعد از کاربری تغییر یافته از مرتع به کشت و زرع (10%-)، جنگل اصلی به کشت وزرع (13-%)، جنگل اصلی به محصولات کشاورزی(42-%) و مرتع به محصولات کشاورزی (59-%) کاهش یافته اند. هرچند، ذخایر کربن آلی خاک هنگامی که، جنگل اصلی به مرتع (8+%)، محصولات کشاورزی به مرتع (19+%)، محصول به کشت و زرع (18+%)، و محصول به جنگل ثانویه (53+%) تبدیل شدند، افزایش یافتند. کری و آندروکس (1990) نشان دادن که سطوح کربن بعد از 50 سال کشت نیشکر، در سائوپولوی برزیل 46% از سطوح جنگل های اولیه را تشکیل دادند.
اگرچه در اینجا مقدار قابل ملاحظه ای از تحقیقات بر روی تصویربرداری دیجیتال از کربن آلی خاک در مناطق معتدل وجود دارد، اما مطالعات کمی در مورد محدوده های گرمسیری و نیمه گرمسیری انجام شده اند. مثال هایی از این مطالعات عبارتند از برهانگری و همکاران (2013) محاسبه ذخایر کربن آلی خاک در پامپاس آرژانتین، چنگ و همکاران، (2004) پیش بینی غلظت کربن آلی خاک در منطقه نیمه گرمسیری در چین، وسک و همکاران (2010) محاسبه ذخایر کربن آلی خاک در حوضه نیمه گرمسیری در فلوریدا. تصویر برداری دیجیتال از خاک در برزیل به کار گرفته شد ( گیاشن و همکاران 2006؛ مندوکا-سانتوز و سانتوز، 2007) و مثال هایی از پیش بینی های کربن آلی خاک شامل مطالعات انجام شده توسط مندوکا و همکاران (2010) می شوند، کسی که برای ارزیابی ذخایر کربن آلی خاک در ایالت ریو دوژانیرو از روش کرجینگ – رگرسیون استفاده کرد و دسوزا و همکاران نیز در سال 2014 برای پیش بینی کربن آلی خاک و محتوای خاک در ریو دوس بیسین از این روش استفاده کردند. تحقیقات دیگری نیز در اینجا وجود داشتند (برای مثال، کری و همکاران، 2007؛ ترنکیست و همکاران، 2009) جایی که مدل های اکوسیستمی مانند مدل کربن راثمند یا سنچری را برای محاسبه پویایی های کربن آلی خاک در لایه های بالایی خاک از مناطق مختلف در برزیل به کار گرفته شدند.
هدف این تحقیق این است که توزیع کربن خاک در ناحیه رشد انگور در منطقه وال دوس ویندوس، در ایالت گرند ریو دو سل، برزیل، تجزیه تحلیل کند. اهداف عبارتند از: (i) تعیین و درک تغییر جغرافیایی غلظت کربن آلی خاک به وسیله عمق از طریق تصویربرداری دیجیتال از خاک، و برای ارزیابی عدم قطعیت، (ii) تعیین و به تصویر کشیدن ذخایر کربن آلی خاک، و (iii) محاسبه تغییرات کربن آلی خاک به خاطر تغییر کاربری زمین.

بخشی از مقاله انگلیسی:

Abstract There is a need for soil C assessment in the soils of tropical and subtropical areas. We have aimed to quantify the spatial extent of SOC concentration and stocks under different land use and soil types in an 8118 ha area in southern Brazil. Common soils are Inceptisols, Ultisols and Mollisols, and the dominant land use is forest and vineyard. SOC data were modeled by 5 depths deriving values from spline functions. Regression kriging was used to model SOC concentration for each depth to 100 cm, and for producing a soil depth map. Uncertainty was estimated by empirical approach, using sequential Gaussian geostatistical simulation of the residuals. The Projected Natural Vegetation Soil Carbon (PNVSC) approach was used to evaluate changes in soil carbon due to land use change. Bulk density was estimated by pedotransfer functions. SOC stocks were calculated using the SOC prediction, bulk density and the soil depth map, and the stocks were corrected by cumulative mass coordinates. The models for SOC concentration prediction explained about 44% of the variance at 30–60 cm depth and with slightly lower values for other depths. Important covariates for prediction were Soil Order (Entisols), coordinate X, Aspect and the DEM. The model for the prediction of soil depth explained 43% of variance and important covariates were Soil Order (Entisol, Mollisol, Ultisol), Valley Depth and TWI. Soils under forest accumulated more carbon in the top 30 cm whereas soils under pasture had higher SOC levels with depth. Soils under arable crops and vineyard had the lowest SOC concentration. SOC concentration decreases by depth, as well as prediction intervals of uncertainty, until 60 cm depth. The SOC stocks (0–100 cm) varied between 104 t C/ha in vineyards on Alfisols, and 280 t C/ha in pasture areas on Oxisols. The PNVSC analysis showed that most soils had lost SOC compared to when they were projected to be under forest.

1. Introduction

Assessing the amount and distribution of soil organic carbon (SOC) levels is important as it provides information about soil fertility, rates of sequestration of carbon, recovery of degraded soil, or the impact of land use changes. Mapping the SOC concentration and stocks is challenging because of the considerable variation and dynamics. Spatial and temporal SOC changes are affected by natural and anthropic factors including management practices and land use changes. Several recent studies have predicted and mapped SOC (Adhikari et al., 2014; Padarian et al., 2012; Kirsten et al., 2015; Malone et al., 2009; Mendonça-Santos et al., 2010; Ross et al., 2013; Zhang and Shao, 2014) and the estimation is based on relation between covariates (land use, soil type, slope, aspect, etc.) and SOC levels. Different covariates were found in models to explain SOC distribution. Thompson and Kolka (2005) found that more than 71% of SOC variation could be explained by slope, aspect, curvature, topographic wetness index and overland flow distance. Wiesmeier et al. (2014) found that the most important factors to predict SOC stocks were land use, soil type, soil moisture and climate. Adhikari et al. (2014) predicting SOC concentration, at different soil depths, reported that the importance of variables differed by depth. Minasny et al. (2013) synthesized a large number of digital SOC mapping studies and concluded that different covariates could explain the variation of SOC depending on the complexity of the landscape. The majority of SOC inventory assessments to date focused the 0–20 cm or 0–30 cm surface layers, whereas considerable amounts of SOC may be present deeper in the soil profile (Lal, 2005; Rumpel and Kögel-Knabner, 2011; Minasny et al., 2013; Boddey et al., 2010). Sisti et al. (2004) studied SOC stocks down to 100 cm depth with zero tillage and conventional tillage and found, in rotations with vetch planted as a winter green-manure crop, significantly higher soil carbon and nitrogen concentrations under zero tillage, with most of the differences occurring at 30–85 cm depth. Angers and Eriksen-Hamel (2008) showed different interpretation of SOC stocks when considering different depths, in no till and full-inversion tillage. Full-inversion tillage could accumulate more carbon at the bottom of the plow layer, but the SOC does not completely offset the gain under no till in the surface horizon. The authors highlight the importance of taking into account the whole profile to understand the distribution of SOC stocks. Land use has major impacts on SOC concentration and stocks. However, these effects are also affected by soil class and depth (Hartemink and McSweeney, 2014; Nieder and Benbi, 2008). Changes in land use impacts the SOC levels and modifies soil characteristics. Several studies explained the changes of SOC with land use change. Conant et al. (2001), reviewing 115 studies, found that conversion from native land (mostly rain forest) to pasture increased soil C content for nearly 70% of the studies. Guo and Gifford (2002), compiling 74 publications, found that SOC stocks declined after land use changed from pasture to plantation (−10%), native forest to plantation (−13%), native forest to crop (−42%), and pasture to crop (−59%). However, the SOC stocks increased when the native forest was converted to pasture (+8%), crop to pasture (+19%), crop to plantation (+18%), and crop to secondary forest (+53%). Cerri and Andreux (1990) showed that C levels after 50 years of sugarcane cultivation, in São Paulo, Brazil, were 46% of the levels under primary forest. Although there is a considerable body of research on the digital mapping of SOC in temperate regions, few studies have been conducted in the tropical and subtropical areas. Examples include Berhongaray et al. (2013) estimating SOC stocks in Argentine Pampas, Cheng et al. (2004) predicting SOC concentration in a subtropical area in China, Vasques et al. (2010) estimating SOC stocks in a subtropical watershed in Florida. Digital soil mapping has been used in Brazil (Giasson et al., 2006; Mendonça-Santos and Santos, 2007) and examples of SOC predictions include the studies by Mendonça-Santos et al. (2010) whom used regression-kriging for evaluate the SOC stocks in Rio de Janeiro State, and de Souza et al. (2014) using regression-kriging to predict SOC and clay content in Rio Doce Basin (Minas Gerais State). There have been other studies (e.g., Cerri et al., 2007; Tornquist et al., 2009b) where ecosystem models such as Century or Rothamsed C Model were applied to estimate SOC dynamics in the upper soil layers from different areas in Brazil. The present study aimed to analyze the distribution of soil C in the grape growing region of Vale dos Vinhedos, in Rio Grande do Sul State, Brazil. The objectives were as follows: (i) to quantify and understand the spatial variation of SOC concentration by depth through digital soil mapping, and to assess the uncertainty, (ii) to quantify and map SOC stocks, and (iii) to estimate SOC changes due to land use change.

مقاله انگلیسی رایگان (PDF)

ترجمه فارسی رایگان (PDF)

خرید ترجمه با فرمت ورد

بخشی از ترجمه فارسی مقاله:

مقدمه
جدا از خواص مطلوب دیگر مانند ضریب ویسکوزیته بالا، پاکیزگی، روان‌سازی، نقطه پایین بریدن و خوردگی، و غیره، یک ویژگی مهم روان‌سازها، پایداری بالای اکسیداسیون آن است، زیرا آن عامل اصلی فرسودگی روان¬ساز است که منجر به تیره شدن، تشکیل لجن، از دست دادن روانکاری، و غیره می‌گردد. قرار گرفتن در معرض گرما و هوا، به مقدار زیادی تخریب جزء روغنی را افزایش می‌دهد. بنابراین حتی امروزه وقتی تکنولوژی‌های روغن روان کننده پایه سنتزی با عملکرد بالا در دسترس باشد حداقل یک آنتی‌اکسیدان در هر فرمولاسیون روان کننده برای افزایش مشخصات کارایی اضافه می‌شود. به‌طورکلی بیودیزل توسط واکنش تبادل استری روغن‌های گیاهی (تری گلیسیرید) با متانول به دست می‌آید. اگر این تری گلیسیرید دارای جزء چربی غیراشباع باشد، پایداری اکسایشی بیودیزل کاهش پیدا می‌کند. اگرچه این ویژگی از پایداری اکسایشی کم، بیودیزل را زیست تجزیه‌پذیر می‌سازد، اما عمر مفید را محدود می‌کند. بنابراین پایداری اکسایشی بالا، به دلیل دیدگاه‌های کیفیتی یک موضوع مهم برای بیودیزلی است که با افزودن یک آنتی‌اکسیدان خوب به دست می‌آید. در حال حاضر، کلاس‌های متعددی از آنتی‌اکسیدان‌ها برای روان‌سازها و سوخت‌های مختلف مانند ترکیبات گوگرد و فسفر، ترکیبات بور، آمین‌های آروماتیک، فنول¬ها و ترکیبات آلی فلزی در دسترس هستند. فنول¬ها با موانع استری یک گروه مهم از آنتی‌اکسیدان‌ها هستند که از سال‌های 1960 به‌طور گسترده‌ای برای روان‌سازها، گریس‌ها و بیودیزل استفاده می‌شود؛ مانند BHT (هیدروکسی تولوئن بوتیله)، BHA (هیدروکسی آنیزول بوتیله) و TBHQ (ترشیو بوتیل هیدروکینون). بازده اکسایشی بالای anti-36 ، سمیت کم و عدم وجود رنگ ناخواسته در ترکیب، برخی از مزایای مهم مرتبط با این آنتی‌اکسیدان‌ها هستند، اما فراریت کم و تقریباً غیرقابل انعطاف بودن آن‌ها، محدودیت‌های اصلی هستند که منجر به تبخیر آن‌ها در شرایط عملیاتی می‌شود. روند اخیر در توسعه آنتی‌اکسیدان‌ها، طراحی آنتی‌اکسیدان با وزن مولکولی بالا و درنتیجه فراریت کم با ماهیت قابل پراکندگی و سمیت کم به‌منظور عملکرد در شرایط اکسیداسیون در دمای بالا می‌باشند. بررسی‌های اخیر برخی از مزایای استفاده از ترکیبات فنولی با مانع را نشان می‌دهد که دارای وزن مولکولی بالا هستند مانند تتراکیس ]3-(3،3-ترشیو-بوتیل-4-هیدروکسی فنیل) پروپیونیل اکسی متیل[ متان است که به‌طور گسترده‌ای به‌عنوان آنتی‌اکسیدان تجاری شناخته می‌شود از طریق واکنش تبادل استری بین متیل –(3-5-دی ترشیو بوتیل-4- هیدروکسی فنیل) و پتنا اریتریول سنتز می‌شود. استر ترکیبی با فراریت کم از دی پنتا اریل اریتریول با 3-(5،3- ترشیو بوتیل-4- هیدروکسی فنیل) پروپیونیک اسید و ایزو استئاریک اسید سنتز شد. وقتی‌که این ماده توسط RBOT (تست اکسیداسیون بمب چرخنده) به‌عنوان افزودنی آنتی‌اکسیدان در استر سنتزی مورد ارزیابی قرار گرفت، توانایی بالای آنتی‌اکسیدانی را از خود نشان داد. همچنین مخلوطی از پنتا اریتریول با اسید اولئیک، اسید گالیک و 5،3-دی ترشیو-بوتیل-4-هیدروکسی بنزوئیک اسید به‌عنوان افزودنی چند عامله با فعالیت آنتی‌اکسیدانی در N- بوتیل پالمیتات/ استئارات (یک مایع مرجع) ارزیابی گردید. 5،3،1-تریس(5،3-ترشیو بوتیل-4- هیدروکسی بنزیل)-5،3،1-تیازین-6،4،2-(1H،3H، 5H)-تری ان به‌عنوان افزودنی اولیه آنتی‌اکسیدان همراه با سایر آنتی‌اکسیدان¬های ثانویه در فرمولاسیون روان‌ساز مورد استفاده قرار گرفت. برخی از ترکیبات فنولی با استرهای شاخه‌دار شده با گروه آلکیل با مانع و وزن مولکولی بالا مثل اکتیل-5،3-دی ترشیو بوتیل-4-هیدروکسی هیدروکسینامات،5،3،1-تری متیل-6-4-2-تریس(5،3-دی ترشیو بوتیل-4-هیدروکسی بنزیل) بنزن و بنزن-پروپیونیک اسید،5،3-بیس (1،1-دی متیل اتیل)-4-هیدروکسی-، C7-9 برای روغن‌های موتور و کاربردهای صنعتی روان‌سازها شناخته شده‌اند. به‌منظور کاهش فراریت قابل چشم‌پوشی مربوط به افزایش محتوای ماده آروماتیک، در این مقاله ما یک استر فنولی با مانع و وزن مولکولی بالا Bz–4–tBz را از واکنش بین 5،4،2،1-بنزن تترا کربوکسیلیک اسید و 5،3-دی ترشیو- بوتیل-4- هیدروکسی بنزیل الکل را سنتز کردیم و از مقایسه با BHT و BHA کارکردهای استر را معرفی کردیم. Bz-4-tBz با آنالیز CHN، FT-IR، NMR و TG و غیره شناسایی شد. ارزيابي عملكرد افزودني سنتز شده به عنوان آنتي اكسيدان با استفاده از آزمون اكسيداسيون بمب چرخنده (RBOT) در پلی¬ال (مايع مرجع پايه روان‌ساز) انجام شد و آزمون Rancimat براي ارزيابي فعاليت آنتی‌اکسیدانی در بيوديزل B100 (Bz-4-tBz)و دیزل مخلوط شده با بیودیزل (B20) به کار گرفته شد.

بخشی از مقاله انگلیسی:

Introduction

Apart from the other desirable properties like high viscosity index, cleanliness, lubricity, low pour point and corrosion, etc, an important characteristic for lubricants is the high oxidation stability since it is considered as principle cause of the lubricant aging leading to the blackening, formation of sludge, loss of lubrication, etc [1]. Exposure to heat and air greatly accelerates the lube degradation [2]. So even today when the high performance synthetic lubricant base oil technologies are available, at least one antioxidant is added in every lubricant formulation for enhancing performance characteristics [3]. Biodiesel is obtained generally by the transesterification reaction of vegetable oils (triglycerides) with the methanol [4]. If this triglyceride has the unsaturated fatty component, it leads the low oxidative stability of the biodiesel [5]. Although this property of low oxidative stability makes the biodiesel biodegradable but this limits its shelf life. So high oxidative stability it is a matter of great concern for biodiesel too for the sake of quality standpoints which is generally achieved by addition of a good antioxidant [6]. By now numerous classes of antioxidants are available for lubricants and fuels e.g., sulphur and phosphorus compounds, boron compounds, aromatic amines, hindered phenols and organometallic compounds. Sterically hindered phenols are important class of antioxidants being extensively used for lubricants, greases and biodiesel since 1960s e.g., BHT (butylated hydroxytoluene), BHA (butylated hydroxyanisole) and TBHQ (tert-butylhydroquinone). High anti- oxidative efficiency, low toxicity and no unwanted colour contribution to the blend are some important advantages associated with these antioxidants, but their low volatility and 38 somewhat difficult dispersiblity are the main limitations leading to their evaporation in the operating conditions [3]. The recent trend in the development of the antioxidants is to design the antioxidants with high molecular weight so low volatility with easy dispersible nature and low toxicity in order to function under high-temperature oxidation conditions. Recent literature indicates some advantages to synthesize the  hindered phenolic compounds having high molecular weight too e.g., tetrakis [3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxy phenyl)propionyl oxymethyl] methane is a widely known commercial antioxidant additive which is synthesized by the transesterification reaction between methyl-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxy phenyl)propionate ester and pentaerythritol [7,8]. A mixed ester of dipentaerythritol with 3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionic acid and isostearic acid was synthesized which was found to have the low volatility. When evaluated as antioxidant additive in synthetic

بررسی حذف فلزات سنگین توسط نانو جاذب ها

Removal of heavy metals by nanoadsorbents: A review

Abstract

Discharge of heavy metals from industrial, municipal, agricultural and domestic wastewater has become a serious threat for the ecosystem. New class of adsorbents developed during past couple of decades has helped to overcome this growing threat. They have gained popularity due to their distinct characteristic and have shown excellent potential in treatment of wastewater and industrial effluents to be reused for various purposes for the sustainable development of growing society. This paper presents a scientific review of the nanoadsorbents used in recent times in the removal of heavy metals from wastewater, highlighting their efficiency, advantages and the mechanism involved in the removal.

1 Introduction

Lead, mercury, nickel, chromium, thallium, zinc, copper, cobalt, selenium, arsenic and cadmium are the heavy metals known for their toxicity and persistency. Unlike organic pollutants, they do not easily degrade, but are mostly non-biodegradable. They find their way into water bodies through refineries, sludge disposal, mining operations, manufacturing industries such as paints, electronic and electrical devices, batteries, fertilizers, pesticides etc. Their presence in water may pose serious threats to all forms of life, because they may be mutagenic and carcinogenic. Their presence above prescribed limits in body can cause severe damages to vital organs of the body, such as kidney, liver and brain, reproductive and nervous system (Goel, 2006). The conventional methods of wastewater treatment employed since decades, such as ion exchange, lime coagulation, evaporation, reverse osmosis, electrochemical treatment methods, solvent extraction chemical precipitation and filtration, redox reactions resulted in low metal removal efficiencies for high operational costs and hence these are reported as expensive and inadequate.

Adsorption is a known phenomenon in water treatment since ancient times. It is a common phenomenon in gaseous phase, but is used effectively in treatment of wastewater. Granular activated carbon (GAC) has been used for treatment of wastewaters for decades because of its properties, such as adsorption capacity, ion selectivity, thermal stability, ease of activation and regeneration and resistance to transportation losses. Red mud, green sand, slags are the industrial waste found effective adsorbents for organic and inorganic materials including heavy metals from wastewater (Vigneswaran and Moon, 1999). Living or dead cells produced by sea bacteria used for biosorption of trace heavy metals helped in detoxification of wastewater (Lopez-Cortes and Ochoa, 1999). Low cost adsorbents prepared from agricultural waste were proved very effective in removal of heavy metals from wastewater even at very low concentrations. Also, these adsorbents have found to be promising in long terms as there are many materials available locally and abundantly which can be utilized as low cost adsorbents (Babel and Kurniawan, 2003). Polymeric membranes used in wastewater treatment are cross linked polyamide, poly sulfone and cellulose acetate materials and exhibit special characteristics such as chemical stability, high flux rate, better metal ion binding with chelating mechanism and resistance to ultraviolet radiations, ozone and chlorine (Lakshmanan, 2013). During last few decades, new classes of materials have been developed, such as derivatives of carbon, carbonaceous nanoporous materials, inorganic nano materials, magnetic and nano-magnetic materials, microporous glasses, molecular sieves, polymers, ceramics, silica nanoparticles etc. (Kumar, 2009). They have gained interest of new generation of researchers due to vast scope of research in treatment of wastewater using materials with distinct characteristics of reuse for the sustainable development of growing society. They also have been reported to exhibit high adsorption capacity for heavy metals from wastewater as compared to the materials used traditionally and commercially as adsorbents.

مبتدی (مناسب برای درک مفهوم کلی مطلب) 

سنگ معدن های فلز دار عمدتا حاوی کوارتز فلدسپار، موسکویت، سرسیت، کلریت و کلیست است(کالیز و لوریرو 1971). در دهه 1980 معدن به منظور استخراج (و فراوری) Cu از سولفیدها (سنگ مس و کلکوسیت ) و کربنات (مالاچیت) بهره برداری شد. بعد از اینکه معدن در سال 1987 بسته شد، مواد معدنی فراوری شده روی تراس هایی که بر روی شیب ساخته شده بود جمع آوری و ذخیره گردید و در نتیجه فقدان نگهداری مناسب تراس ها، برخی از این توده ها خورده شده و زباله های معدنی به فاصله 1.5 کیلومتر در شیب پخش گردید.(شکل 2).
توده زباله معدنی ناهمگن است و گستره وسیعی از مواد نرم تا تخته سنگ را شمال می شود. این توده ضرورتا شامل ماده دیواره سخره (ماده سنگ معدن فلزدار) که برای دسترسی به کانی کنده شده، و زباله فراوری تولید شده به وسیله فرآیند هیدرو فنالوژیکی کانی (یعنی مالاچیت، کاکوپیریت و کلکوسیت است.)

2.2 فرآیند نمونه گیری و آنالیز
2.2.1 گیاهان
گونه های کمی از گیاهان به طور طبیعی در محل رشد می کند. به منظور مطالعه، تنها گونه های که مستقیما در ناحیه آلوده به زباله رشد نموده اند انتخاب گردید.
گونه ها و مکان نمونه گیری در شکل 2 نشان داده شده است. نمونه از هر گونه جمع آوری شد. کل گیاه pityrogramma calomelanos (شکل A2) و Bidens pilosa (شکل B2) جمع آوری و در آزمایشگاه به بخش های برگ (حدود 20 برگ از هر کدام ) و ریشه تقسیم شد. Rueliia paniculata (شکل C2) و combretum leprosum (شکل 2D) گیاهان بزرگتری ایجاد می کنند و در نتیجه 20 عدد برگ برای هر نمونه جدا گردید. نمونه های ریشه پس از خاکبرداری در عمق 0-20 سانتی متری جمع آوری گردید.
در آزمایشگاه برگ ها و ریشه ها به وسیله شیراب و سپس سه مرتبه آب مقطر شسته شد سپس در 60 °c به مدت 48 ساعت خشک گردید. در آسیاب سرامیکی آسیاب شد .سپس نمونه ها قبل از آنالیز در یخچال ذخیره و نگهداری شد. یک پیش نمونه از ریشه ها برای حذف ذرات خاکی که ممکن است به وسیله آب جدا نشده باشد با سدیم دی تیونیت و سدیم سیترات (DC) شسته شد. این فرایند روش اغلب برای حذف آهن اکسید / هیدروکسید های که به ریشه چسبیده شده استفاده می شود (لیو و همکاران 2004-2006)؛ فرایندی که با استفاده از استخراج DCB که توسط تیلور و کرودر (1983) توصیف شده و معمولا برای مینیمم کردن آسیب های ساختاری ممکن برای ریشه های آسیب پذیر به کار می رود
سدیم سیترات (Na3C6H5O7.2H2O) و 0.8g سدیم دی تیونیت (Na2S2O4) اضافه شد. سپس لوله ها به مدت 16 ساعت در دمای اتاق تکان داده شد؛ نمونه های ریشه جداشد و سه بار با آب دیونیزه شسته شد و پس از آن به مدت 48 ساعت در 60°c خشک شده و تا زمان آنالیز درون یخچال قرار گرفت.
برای تعیین غلظت مس دریافت های گیاه، ماده خشک گیاه در لوله های تفلونی قرارداده شده و سپس 9 میلی لیتر نیتریک اسید 65% (HNO3) به آن اضافه گردید و نمونه ها به مدت 4 ساعت در دمای اتاق تجزیه گردید. 3 میلی لیتر پرکلریک اسید (HClO4) به لوله افزوده شد و به مدت یک شب محلول باقی ماند. لوله ها به مدت 35 قیقه در اجاق ماکروویو (labstation-milestone Ethos plus microwave) در دمای کنترل شده (200°c) قرار داده شد. مواد استخراج شده در اسپکتروفتومتر (سه برابر ) جذب اتمی آنالیز شد (مدل پرکس المر 2380). به منظور کنترل کیفیت، ماده مرجع (1547°N، برگ هلو – NIST) نیز آنالیز گردید. نرخ بازیابی مس برابر 104±3% بود.

2.2.2 خاک توده و ریشه
خاک توده اطراف گیاه از 3cm تا حدود 30cm از گیاه و در عمق 0-20 سانتی متر جمع آوری گردید. دقت گردید که نمونه شامل ریشه نباشد. نمونه ها جمع آوری و مخلوط شد تا نمونه مخلوطی از خاک توده به دست آید.
برای نمونه خاک ریشه، ریشه گیاه جمع آوری شدن خاک تکان داده شد. خاک باقی مانده که به ریشه چسبیده بود با تکان دادن شدید و با مسواک جدا شد (برای جزئیات بیشتر به این منبع مراجعه کنید Chung and zazoski1994) نمونه های جمع آوری گردید.
پس از اینکه خاک توده و ریشه جداسازی شد نمونه ها به مدت 72 ساعت در 40°c خشک شد و صافی 2 میلی متری عبور داده شد و قبل از آنالیز در یخچال (4°c) قرار داده شد. PH آب تعیین گردید (نسبت خاک به محلول 1:1.25) . S کلی در آنالیز در LECo SC-144DR و (TN) N کل و C کل (TC) در 2000-CNS LECo اندازه گیری شد. کربن آلی کل با استفاده از روش هایی که در مرجع شرح داده شده ( Cambardella و همکاران 2001) تعیین گردید.
ما از 3 حلال با کمک شکل های مختلف Cu حاصل از خاک استفاده کردیم. مس کاملا در دسترس با محلول 188 از MgCl2 در PH برابر 7 (Cu-MgCl2) استخراج گردید. مس دارای پتانسیل دسترسی توسط محلول Melich3 (2 مولار CH3COOH 0.25 مولار NH4NO3،0.015 مولار، NH4F 0.013 مولار EDTAو HNO3 0.001 مولار استخراج شد) (Cu-Me) و غلظت کلی Cu پس از تجزیه در ماکروویو با محلول آبی (HNO3 و HCL به نسبت 3:1) تعیین شد.
نمونه های خاک مرجع به عنوان نمونه شاهد به کاربرده شد. خاک مرجع SO-2 و SO-3 از مرکز کانادایی تکنولوژی معدن و انرژی آنالیز شد و درصد بازیابی Cu به ترتیب برابر 108±6% و 98±7% بود. همه مواد استخراج شده توسط اسپکتر و متری جذب اتمی شعله (مدل پرکین المر 2380) و حد تشخیص Cu(d.L) برابر 0.05mg/kg بود.

مواجهه با رادون به عنوان یک مسئله بهداشت عمومی- یک بازنگری

Exposure to Radon as a Public Health Issue- A Review

Abstract

Radon (222Rn) is a noble gas formed from the decay of radium (226Ra), which is a decay product of Uranium (238U). Radon is an inert noble gas, having a half-life of 3.8 days emanating from rocks and soils and tending to concentrate in enclosed spaces like underground mines or houses. Radon was classified as a human carcinogen by the International Agency for Research on Cancer in 1988, a review of the major studies of underground miners exposed to radon that were available in the 1990s and case-control study of residential radon exposure confirmed radon as a carcinogen. This paper reviews the publications of the World Health Organization, the International Atomic Energy Agency and other relevant publications specifically on sources and historical perspectives of radon, the association between lung cancer and radon, health effects and radon risk communication.

2- RADON HISTORICAL PERSPECTIVE

High mortality rate from respiratory diseases among miners in Central Europe had been identified before the seventeen century. In the nineteen century, it was confirmed that the disease was lung cancer. Radon was first suspected as the primary cause of these cancers. As early as in the 1950s, domestic and drinking water from drilled wells were observed to have high concentrations of radon. By the mid1970s, building materials was recognized to emanate radon in some areas due to the use of alum shale with enhanced levels of radium. In 1978, soil gas infiltration became recognized as the most important source of radon as indoor radon concentration were found not to be associated with well water transport or emanation from building materials [3]. Radon has been classified as a human carcinogen [6,7] based on the epidemiological studies of High mortality rate from respiratory diseases among miners in Central Europe had been identified before the seventeen century. In the nineteen century, it was confirmed that the disease was lung cancer. Radon was first suspected as the primary cause of these cancers. As early as in the 1950s, domestic and drinking water from drilled wells were observed to have high concentrations of radon. By the mid1970s, building materials was recognized to emanate radon in some areas due to the use of alum shale with enhanced levels of radium. In 1978, soil gas infiltration became recognized as the most important source of radon as indoor radon concentration were found not to be associated with well water transport or emanation from building materials [3]. Radon has been classified as a human carcinogen [6,7] based on the epidemiological studies of underground miners exposed to high radon concentrations in their workplaces.

A large number of studies have examined the relationship between indoor radon and lung cancer since then. The three pooled-analyses from the major studies in Europe, North America and China present very similar pictures of the risks of lung cancer from residential exposure to radon. Together, they provide overwhelming evidence that radon is causing a substantial number of lung cancers in the general population and they provided a direct estimate of the magnitude of the risk. They also suggested that an increased risk of lung cancer cannot be excluded even below 200 Bq/m3 , which is the radon concentration at which action is currently advocated in many countries [3]. Radon is now recognized as the second most important cause of lung cancer after smoking in the general population [3].

مقاله انگلیسی رایگان

ترجمه فارسی رایگان 

بخشی از ترجمه فارسی مقاله:

افزایش تاثیر پسماندهای غیر قابل تجزیه پلاستیک یک نگرانی رو به رشد است. به عنوان یک روش جایگزین، محققین در تلاش برای پیدا کردن منابع طبیعی جهت تولید پلاستیک های زیستی براساس مبنای تجزیه زیستی هستند و به دلیل هزینه های تاثیر طبیعی امروزه دانشمندان در جستجوی منابع جایگزین مانند سیانوباکترهای فیتواتوتروف هستند. در این بررسی اهمیت نویدبخش و آگاهی های رو به رشد استفاده از سیانوباکترها به عنوان منبع PHB گزارش شده است. بسیاری از مقالات چاپ شده بر این موضوع گواهی می دهند که گونه های مختلف سیانوباکترها، پلی بتاهیدروکسی بوتیرات درون سلولی گرانولی را به عنوان منبع انرژی و کربن درون سلول های خود در زمانیکه در شرایط استرس قرار می گیرند جمع می کنند. PHB، قابل تجزیه زیستی ، دوستدار محیط زیست و سازگار با پلاستیک های گرمادوست است. تغییر در ضخامت و انعطاف بسته به فرمولاسیون آن ها، همچون بسیاری از پلاستیک های پتروشیمی غیر قابل تجزیه زیستی به طور رایج استفاده می شود. استراتژی های نوید بخش مهندسی ژنتیک، میکروارگانیسم ها را جهت تولید در دو دهه گذشته مورد بررسی قرار داده است. برخی از تحقیقات در رابطه با استفاده از مواد اولیه جایگزین، استخراج روش های جدید، افزایش گونه های ژنتیکی و ترکیب روش های کشت جهت تهیه PHB از سیانوباکترها (جلبک سبز-آبی) بیشتر به صورت تجاری ارایه و بحث شده است.
مقدمه
پلی بتاهیدروکسی بوتیرات یک ترکیب عظیم ذخیره شده درون سلولی در ارگانیسم های پروکاریوت است. ویژگی های پلی بتاهیدروکسی بوتیرات خالص شامل توانایی تولید پلاستیک های گرمادوست، مقاومت کامل نسبت به آب و تجزیه زیستی کامل استدلال می کند که PHB می تواند جهت تهیه پلاستیک های معمولی استفاده شود و به خوبی با استراتژی های جدید مدیریت پسماند سازگار شود. استفاده از PHB تولید شده توسط تخمیر باکتری به عنوان یک کالای پلی مر، به دلیل هزینه های بالای تولید آن در مقایسه با برخی پلاستیک های مشتق از نفت خام محدود می شود. تعداد ، انواع و کیفیت های ذاتی آنها به طور متوسط تولید برخی مواد را مانند اپوکسایدهاو پلی سولفون ها را افزایش می دهد و یکی از وسیع ترین محصولات استفاده شده در سراسر دنیا می شود.
دوام و مقاومت نسبت به تجزیه شدن در زمان کاربرد پلاستیک ها ویژگی های مطلوبی هستند اما زمانیکه غیر قابل مصرف می شوند سبب بروز مشکلاتی می شوند. این پلاستیک های غیر قابل تجزیه در محیط به میزان 25× 106 تن در هر سال جمع می شود که به برنامه مدیریت پسماند خاک آسیب های جدی وارد می کنند. امروزه در علوم و تکنولوژی جدید، پلاستیک ها یکی از گسترده ترین مواد مورد استفاده در سراسر دنیا هستند و این کاربردها در جابجایی ها، موارد خانگی، تجهیزات کامپیوتری و دارویی مهم هستند. کیفیت پلاستیک ها و استفاده روزانه آنها به دلیل عدم سازگاری آنها با محیط زیست و عدم تجزیه پذیری آنها مورد پسند نمی باشد. بنابراین امروزه تقاضای پلاستیک های با قابلیت تجزیه پذیری زیستی یکی از مهم ترین اهداف جهت تحقیقات پایه و کاربردی می باشد.
اوایل 1920 لیمونگینه که یک میکروب شناس در موسسه پاستور در پاریس بود یک پلیمر از Bacillus megaterium را توسط کلروفرم جدا کرد و تعیین نمود که این یک پلی استراز 3- هیدروکسی بوتیریک اسیداست. از زمانیکه لیمونگینه PHB را کشف کرد، پلیمر چالش های زیادی برای میکروب شناسان و شیمی دانانی ایجاد کرد که در مورد عملکردهای فیزیولوژیکی و متابولیسم تحقیق می کردند.
دانش عمومی میکروبی PHB، ابتدا در یک بررسی مذاکره ای توسط داوز و سینور در سال 1973 خلاصه شد. بعدها مشخص شد که PHB فقط یک نوع در خانواده بزرگ پلی مرها هستند که در مجموع به عنوان پلی هیدروکسیال کانوات (PHA) می شوند. در سال 1974 PHB توسط کلروفرم از لجن های فعال جدا شد. مونومرهای جدا شده با کلروفرم در لجن گنداب، 3- هیدروکسی والریت (HV3) و 3- هیدروکسی هگزانوات (HH3) به ترتیب اجزای اصلی و فرعی بودند. تقریبا یک دهه بعد به دنبال شناسایی هتروپلیمرها آنالیز ته نشین های دریایی توسط کروماتوگرافی گازی حضور HV3 و HH3 را به عنوان اجزای اصلی در میان 11 زنجیره کوتاه دیگر مونومرهای 3- هیدروکسی آلکانوات نشان داد. همچنین تحقیق روی کشف PHB های جدید ادامه دارد.
در حدود 150 نوع مختلف از پلی هیدروکسی آلکانوییدها که قبلا شناخته شدند هوموپلیمر هیدروکسی بوتیرات مانند PHB در گروه های مختلف تاکسونومیکی پروکاریوت ها شامل سیانوباکترهای شایع بودند. ویژگی های PHB خالص شامل فرایند تولید پلاستیک های گرمادوست، آب گریز، تجزیه پذیری زیستی کامل و سازگاری های زیستی با خلوص دید به طور فزاینده ای جهت تهیه پلاستیک های قابل تجزیه مورد توجه قرار گرفته است.
سیانوباکترها می توانند به عنوان یک سیستم میزبان جایگزین به دلیل نیاز غذایی اندک و فتواتوتروف بودن مورد توجه قرار گیرند. گونه های مختلف سیانوباکترها مقادیر قابل توجهی از PHB را جمع می کنند. براساس مقالات در دسترس در رابطه با تولید PHB سیانوباکترها این بررسی با یک دید و روش روی موقعیت کنونی، پیشگویی آینده و نیازهای اصلاحی در این زمینه گردآوری و گزارش شد.

بخشی از مقاله انگلیسی:

Abstract

The increasing effect of non-degradable plastic wastes is a growing concern. As an alternative, researches are being attempted from living resource to produce bio plastics on the basis of their biodegradability. Due to their cost effect nature, now the scientists are searching an alternative resource like photoautotrophic cyanobacteria. In this review the promising importance and growing awareness of using cyanobacteria as PHB resource are being reported. Many publications evidenced that various cyanobacterial species accumulate intracellular poly-β-hydroxybutyrate granules as energy and carbon reserves inside their cells when they are in stress conditions. PHB is biodegradable, environmental friendly and biocompatible thermoplastics. Varying in toughness and flexibility, depending on their formulation, they can be used in various ways similar to many non-biodegradable petrochemical plastics currently in use. Promising strategies involve genetic engineering of microorganisms to introduce production pathways are being investigated for the past two decades. Such kind of researches focusing on the use of alternative substrates, novel extraction methods, genetically enhanced species and mixed cultures with a view to make PHB from cyanobacteria (blue green algae) more commercially attractive are presented and discussed.

1. Introduction

Poly-β-hydroxybutyrate is a wide spread intracellular storage compound typically in prokaryotic organisms [1–5]. The properties of pure poly-β-hydroxybutyrate including thermoplastic process ability, absolute resistance to water and complete biodegradability suggest that PHB could be an attractive to common plastics and would fit well with new waste management strategies [6–9]. The use of PHB produced by bacterial fermentation as a commodity polymer is limited by its high production cost compared to some widely used petroleum derived plastics. The number as well as the types and potential qualities have greatly increased the production of superior materials such as epoxides, and polysulfones, and have become one of the most widely used products all over the globe [10–14]. Durability and resistance to degradation are desirable properties when plastics are in use, but they pose problems for disposal when out of use. These non-biodegradable plastics accumulate in the global environment at a rate of 25 × 106 t per year passing serious threats to the solid waste management program [15–18]. In today’s modern era of science and technology plastics have become one of the most widely used materials all over the world [19–23], and applications are nearly universally important in automobiles, home appliances, computer equipment packages and even medical applications. The quality of plastics and its uses in day today life have long been vilified because they are environmentally unfriendly and they are not biodegradable [24–27]. So today’s demand for biodegradable plastics is one of the most important targets both for basic and applied research. In the early 1920s, Lemoigne a microbiologist at Pasteur Institute in Paris isolated a polymer from Bacillus megaterium by chloroform extraction and demonstrated that it was a polyester of 3-hydroxybutyric acid [28–32]. Since Lemoigne discovered PHB, the polymer has presented many challenges to microbiologists and biochemists who are interested in its physiological functions and metabolism. The general knowledge of microbial PHB was first summarized in a comprehensive review by Dawes and Senior in the year 1973. Later, it was found that PHB is only one type in a huge family of polymers collectively known as polyhydroxyalkanoate (PHA). In 1974, PHB was isolated by chloroform extraction of activated sludge [33–35]. The monomers that were detected in chloroform extracts of activated sewage sludge are 3-hydroxyvalerate (3HV) and 3-hydroxyhexanoate (3HH) as the major and minor constituents respectively. About a decade later following the identification of heteropolymers, the analysis of marine sediments by capillary gas chromatography revealed the presence of 3HB and 3HV as the predominant components among 11 other short chain 3-hydroxyalkanoate monomers [36–38]. Likewise, research on finding new PHBs is also in the streamline. Among the 150 different types of polyhydroxyalkanoids identified so far, the homopolymer of hydroxybutyrate like PHB is widespread in different taxonomic group of prokaryotes including cyanobacteria. The properties of pure PHB including thermoplastic processibility, hydrophobicity, complete biodegradability and biocompatibility with optical purity have increasingly become of interest as a raw material for biodegradable plastics [15,39,40]. Cyanobacteria can be considered as an alternative host system due to their minimal nutrient requirements and photoautotrophic nature. Cyanobacterial species have the ability to accumulate the homopolymer of PHB under photoautotrophic condition [41,42,26] Cyanobacteria are capable of accumulating PHB. Industrial utilization of cyanobacteria as PHB producers has the advantage of converting waste carbon dioxide, a greenhouse gas to environmental friendly plastics using the energy of sunlight. Various species of cyanobacteria accumulate considerable amounts of PHB [43,44]. Based on the literature available on the cyanobacterial PHB production, this review has been compiled and reported with a clear view on the current status, future prospect and needed improvement in this area.

نقش ساکاریدسازی توده زیستی علف Kans در قند بالاتر در مقایسه با توده زیستی که به آن اسید پیش اضافه سازی شده است

Saccharification of alkali treated biomass of Kans grass contributes higher sugar in contrast to acid treated biomass

Abstract

Economical production of biofuel is prerequisite to depletion of fossil fuel. In recent years, biomass of numerous food crops was used as a feedstock for bioethanol production. Unfortunately, due to limited availability as well as confliction with food, these sources may hold back for continuous production of bioethanol. Therefore, in the present study a waste land crop “Kans grass” was utilized as feedstock for microbial production of bio-ethanol. The Kans grass biomass obtained after NaOH pretreatment at optimum conditions (in term of lignin removal) was subjected to enzymatic saccharification by using crude enzyme (obtained from Trichoderma reesei) to total reducing sugars (TRSs), which was further fermented for bioethanol production using yeast strains. Different time (30, 60, 90 and 120 min), concentrations of NaOH (0.5%, 1%, 1.5% and 2%) as well as temperatures (100, 110 and 120 °C) were used for pretreatment study. At 120 °C, approximately more than 50% of delignification was observed. Moreover, subsequent enzymatic saccharification contributed 350 mg g−1 dry biomass of total reducing sugar (TRS) production. Interestingly, TRS was approx. fivefold higher than enzymatic saccharification of acid pretreated biomass (69.08 mg g−1) as reported previously (Kataria et al., 2011) and fermentation of enzymatic hydrolysate using microbes resulted in the 0.44–0.46 g g−1 ethanol yield which is a high yield when compared to the other existing literature. Another advantage of alkali pre-treatment was without production of toxic compounds in comparison to acid pre-treatment method. In conclusion, Kans grass was shown as potential feedstock for biofuel production via alkali and enzymatic saccharification in contrast to acid pre-treatment.

1 Introduction

The overall energy consumption is increasing with the growing world population and rapid industrial growth, as a result resources of non-renewable energy are depleting very fast and that results in increase the price. Bio ethanol is one of the alternative clean liquid fuels that can be produced by fermentation of sugars or simple starch such as sugarcane, maize etc. However, those sources may have adverse effect on farmland or forest diversity and as well as on soil, water and food resources. Among potential alternative bio-energy resources, lignocellulosics have been accepted for production of next generation fuel [1]. Lignocellulosic substances contain cellulose, hemicellulose and lignin. The different Sources of lignocellulosics including wood, agricultural residues, water plants, grasses, and other plant substances are well known for the starting material for bioethanol. Kans grass (Saccharum spontaneum) is one of the novel and potential non food source of lignocellulosic material that can be cultivated on waste lands without conflicting the food crop. This plant biomass is available throughout the year without much cultivation efforts and with low supply of water. Addition to this, it is composed of sufficient amount of holocellulose content (cellulose and hemicellulose, 64.67%) and can be utilized for bioethanol production [2]. For conversion of lignocellulosic biomass to ethanol, there are majorly three steps: pretreatment, hydrolysis (sachharification) and fermentation. Pretreatment is one of the important steps where the three dimensional cell wall is disrupted for sufficient availability of cellulose by removing lignin, which is the main obstacle for cellulase action (for monomer sugar production).Cellulose (a polymer of glucose sugar) and hemicellulose (polymer of Xylose, mannose and arabonise sugar) portion of plant biomass first depolymerised in to monomer sugars and further these monomer sugar are utilized by microorganisms (yeast and bacteria).

Two approaches have been developed in parallel for conversion of lignocelluloses to fermentable sugars that may be acid based and enzyme based. The enzyme based technology is advantageous over acid based treatment (conc. H2SO4) due to higher conversion efficiency, absence of substrate loss due to chemical modification, lack of inhibitory compounds production, low cost, no need of recycling of acid and the use of more moderate and non-corrosive conditions like low temperatures, neutral pH [3]. Use of biodegradable and non toxic reagents is more economical than any other method. The substrate usually requires a pretreatment process before being subjected for enzymatic breakdown which is aimed at increasing the susceptibility of cellulose to enzyme. The overall performance of cellulase enzyme is highly dependant on the residual lignin present along with cellulose.

Pretreatment by sodium hydroxide is one of the conventional methods among the all pretreatment methods that received high interest over the years. It is a low energy demanding and relatively inexpensive technique which has beet studied with various lignocellulosic materials. Sodium hydroxide disrupt the structural linkages, affect the lignin barriers, reduce the cellulose crystallinity, and increase the cellulose accessibility by exposing up the structure and make it more accessible to the cellulase enzyme, which results in a sharp increase in sugar yield.

As cellulase enzyme production accounts for 40% of total cost in overall production of bioethanol [4], hence to reduce cost of production, on site production of crude enzyme is more viable than commercial cellulase due to their reasonable cost (exclusion of enzyme purification step), high enzyme production capacity, etc. The reduction in cost paves cost effective way for ethanol production [5]. Trichoderma reesei has been used for industrial cellulase production since 1960s [6]. But it was mainly used in food, pulp and paper and textile industry. Due to increase cost of fermentation process for bioethanol, cellulase production is one of the key steps for hydrolysis of the lignocellulosic materials. Several different strains have been developed since then to enhance the production of cellulase from the fungal strain QM6a [7] that is the first industrially used strain and nearly all strains have been obtained by mutating this strain in some way [8].

In the present investigation, dilute NaOH pretreatment was optimized for lignin removal for a novel lignocellulosic material Kans grass and delignified biomass was saccharified by using crude cellulase enzyme [2] to obtain reducing sugars, which further utilized for bioethanol production by using yeast strains Pichia stipitis and Saccharomyces cerevisiae.

مقالات انگلیسی و ترجمه های فارسی رایگان با فرمت PDF آماده دانلود رایگان میباشند

همچنین ترجمه مقاله با فرمت ورد نیز قابل خریداری و دانلود میباشد

مقاله انگلیسی رایگان (PDF)

ترجمه فارسی رایگان (PDF)

خرید ترجمه با فرمت ورد

فهرست مقاله:

چکیده

1- مقدمه

2- استخراج فاز جامد

3- میکرو استخراج فاز جامد

4- نتیجه گیری

بخشی از ترجمه فارسی مقاله:

1- مقدمه
تاریخچه نانو ساختار های کربنی در 1985 شروع شد زمانی که فولرن باکمینستر C60 توسط کروتو و همکاران(1985 ) کشف شد. از آن زمان به بعد، تعداد ساختار های کشف شده به سرعت افزایش یافت. مثال های مربوط به این ها شامل نانو لوله های کشف شده توسط ایجیما(1991)، خانواده فلورن ها( کازو و همکاران 1994، دارست و فریر 2001)، نانو مخروط های کربنی( کی و ساتلر 1994)، نانوشیپور های کربنی( نیشا و همکاران 2000) و سایر نانوذرات کربنی الوتروپیک مختلف می باشند. برخی از نمونه های مربوط به نانوساختار های کربنی در شکل 1 نشان داده شده است. خواص این مواد نظیر سطح مقطع بالا، نسبت عرضی زیاد، مقاومت مکانیکی بالا و نیز رسانایی الکتریکی و گرمایی موجب شده است تا آن ها طیف وسیعی از کاربرد ها را داشته باشند. با این حال نانولوله های کربنی مهم ترین مواد نانوساختاری کربنی هستند. آن ها را می توان به صورت ورقه های گرافیتی لوله ای به شکل نانو توصیف کرد.
دو شکل ساختاری نانولوله ها به صورت زیر است : نانولوله های تک دیواره ای موسوم به SWCNT و نانولوله های چند دیواره ای MWCNT شکل1). طول CNT می تواند کم تر از چند صد نانومتر تا بیشتر از چند میکرون باشد. SWCNT دارای قطر بین 1 و 10 نانومتر هستند و انتهای آن ها بسته است. بر عکس نانولوله های چند دیواره MWCNT دارای قطر بزرگ تری هستند زیرا ساختار آن ها متشکل از چندین استوانه هم مرکز یا متحد المرکز است که توسط نیروی وان در والسی به هم متصل شده اند( واپسنیک و همکاران 2010).
در حال حاضر، سه روش اصلی برای سنتز و تولید CNT شال تخلیه قوس الکتریکی، کند و سوز لیزری و رسوب بخار شیمیایی می باشد( هوزکو 2002، کینگستونو سیمارد 2003). آخرین روش ، مهم ترین روش برای تولید نانولوله کربنی به دلیل دمای رشد پایین، تولید بالا و خلوص بالا است. از این روی دمای سنتز پایین غلب منجر به تراکم بالای نانولوله های کربنی می شود. چون نانولوله های کربنی دارای ناخالصی های کربنی یا فلزی می باشند، تخلیص ، یک مسئله مهم است. پیشرفت های زیادی در تخلیص CNT گزارش شده اند و برخی از این روش ها شامل اکسیداسیون شیمیایی، تفکیک فیزیگی و ترکیبی از روش های فیزیکی و شیمیای می باشند که برای بدست اوردن CNT با خلوص مطلوب به کار برده شده اند( هو و همکاران 2008). مطالعات زیادی به بررسی شناسایی ساختاری و شیمیایی نانولوله های کربنی پرداخته اند( بیر و همکاران 2010ف واپسنیک و همکاران 2010، زانگ و یان 2010).

خواص استثنایی و منحصر به فرد این مواد موجب شده است تا پیشرفت های علمی و مهندسی زیادی حاصل شود. در زمینه پایش زیست محیطی، خواص نانو ساختار های کربن، فرصت را برای طیف وسیعی از کاربرد ها برای تشخیص و احیای الاینده های مختلف و تصفیه فاضلاب فراهم کرده است. آفات کش ها بیشتر از هر گونه الاینده محیطی دیگر مطالعه شده اند زیرا آن ها برای حفاظت از گیاهان در برابر بیماری ها، علف های هرز و حشرات استفاده شده اند.
آن ها تحت یک سری تغییرات قرار گرفته و یک الگوی پیچیده ای از متابولیت ها را فراهم می کنند. به دلیل سمیت آن ها و نیز اثرات زیست محیطی آن ها، اتحادیه اروپا علف کش ها را در لیست الاینده ها قرار داده و سطح حداکثر را برای بقایای افات کش ها بر طبق قانون شماره 396/2005، اصلاحیه دستور العمل شورای 91/414/EEC گزارش کرده است. دستورالهعمل 128 اتحادیه اروپا که درنوامبر 2009 تصویب شد، به دنبال کاهش خطرات و اثرات بر روی سلامت انسان و محیط زیست ناشی از استفاده از آفت کش ه می باشد. از این روی توسعه روش های تحلیلی برای تعیین آن ها در محیط های مختلف در بقایای حداکثر موجب محدود شدن تقاضای روش های پیشرفته برای اماده سازی نمونه، تفکیک اتالیت ها و تشخیص و کمی سازی شده است( لاگاندا و همکاران 2002، الندره و پیکو 2004)
با در نظر گرفتن توجه بیش از حد به نانو ساختار های کربنی، جای تعجبی وجود ندارد که آن ها کاربرد زیادی در تحلیل آفت کش ها داشته باشند. این مقاله به بررسی کاربرد روز افزون نانو لوله های کربنی در روش های تفکیک می پردازد: برای پیش تغلیظ و غنی سازی با استفاده از استخراج فاز جامد و میکرو استخراج. کار برد نانولوله های کربنی در علوم تحلیلی در مقالات قبلی بحث شده است( مرکوسی 2006، ولاکروسل و همکاران 2007، پیرزسکا 2008، رالو چرز و همکاران 2010)

بخشی از مقاله انگلیسی:

1. Introduction

The history of carbon nanostructures began in 1985, when the Buckminsterfullerene C60 was discovered by Kroto et al. (1985). Since that time, the number of discovered structures has rapidly increased. The examples of them include nanotubes discovered by Ijima (1991), the family of fullerenes (Kuzuo et al., 1994; Dorset and Fryer, 2001), carbon nanocones (Ge and Sattler, 1994), carbon nanohorns (Nisha et al., 2000) and other different allotropic carbon nanoparticles. Some examples of carbon nanostructures are presented in Fig. 1. The extreme properties of these materials, such as high surface areas, large aspect ratios, remarkably high mechanical strength as well as electrical and thermal conductivities have spurred a broad range of applications. However, carbon nanotubes (CNTs) are presently the hottest carbon nanostructured material. They can be described as a graphite sheet rolled up into a nanoscale-tube. Two structural forms of CNTs exist: single-walled (SWCNTs) and multi-walled (MWCNTs) nanotubes (Fig. 1). CNT lengths can be as short as a few hundred nanometers or as long as several microns. SWCNT have diameters between 1 and 10 nm and are normally capped at the ends. In contrast, MWCNT diameters are much larger (ranging from 5 nm to a few hundred nanometers) because their structure consists of many concentric cylinders held together by van der Waals forces (Wepasnick et al., 2010). At present, the three main methods for CNT synthesis are arcdischarge, laser ablation and chemical vapor deposition (Huczko, 2002; Kingston and Simard, 2003). The last method seems to be the most promising for possible scale-up due to the relatively low growth temperature, high yields and high purities that can be achieved. It should be mentioned, however, that low synthesis temperature often results in high defect density of the obtained CNTs. Because as-prepared CNTs usually contain carbonaceous or metallic impurities, purification is an essential issue to be addressed. Considerable progress in the purification of CNTs has been made and a number of purification methods including chemical oxidation, physical separation, and combinations of chemical and physical techniques have been developed for obtaining CNTs with desired purity (Hou et al., 2008). Extensive reviews covering chemical and structural characterization of various carbon nanostructures have been published recently (Baer et al., 2010; Wepasnick et al., 2010; Zhang and Yan, 2010). The exceptional properties that these materials possess open new fields in science and engineering. In the field of environmental monitoring, the properties of carbon nanostructures offer opportunities for a wide range of applications for detection and remediation of different contaminants and wastewater treatment. Pesticides continue to be studied more than any other environmental contaminant, because they are widely used to protect plants from disease, weeds and insect damage. They could undergo a variety of transformations that provide a complex pattern of metabolites. Because of their toxicity and environmental fate the European Union has included pesticides in their list of priority pollutants and has established the maximum levels for pesticide residues according to the regulation (EC) No. 396/2005 amending Council Directive 91/414/EEC. The Framework Directive 2009/ 128/EC, which became law in November 2009, aims to reduce the risks and impacts on human health and the environment related to the use of pesticides. Thus, the development of analytical methods for their determination in various of environmental media at the required maximum residue limits demands state-of-art techniques for sample preparation, analyte separation, detection and quantification (Lagana et al., 2002; Andreu and Picó, 2004). Taking into account the widespread interest in carbon nanostructures, it is not surprising that they are also found some application in analysis of pesticides. This article illustrates a growing number of application of CNTs in separation techniques; for preconcentration and enrichment using solid-phase extraction and microextraction. This survey will attempt to cover the state of-the art from 2006 to 2010. The general application of carbon nanotubes in analytical sciences has been discussed in the earlier reviews (Merkoçi, 2006; Valcárcel et al., 2007, 2008; Pyrzynska, 2008; Ravelo-Perez et al., 2010).