Wastewater Disinfection by Synthesized Copper Oxide Nanoparticles Stabilized with Surfactant
Date
2013
Authors
Muath Khairi Hussein Mousa
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
CuO NPs were prepared by a quick precipitation method in the absence and presence of tetraoctylammonium bromide (TOAB) that was used as a stabilizer to control the nanoparticles size. X-Ray Diffraction (XRD) and Scanning electron microscope (SEM) were used to characterize CuO NPs. NPs average size was from 7-12 nm with rod-like shape that was controlled by the change of preparation temperatures and the presence of TOAB surfactant.
The antibacterial activity of the prepared CuO NPs were evaluated using total coliform (TC), fecal coliform (FC) and Enterococcus faecalis (E. faecalis) bacteria counts in wastewater. Different parameters were studied to obtain the optimum wastewater disinfection conditions, these parameters are size of nanoparticles with and without TOAB surfactant, nanoparticles concentration, contact time, pH, shaking and temperature of wastewater.
CuO-TOAB stabilized NPs showed higher antibacterial activity more than that without TOAB surfactant, where it was less than 100 and 1000 µg/ml for CuO NPs with and without TOAB surfactant, respectively. The effect of NPs size were studied where the sizes for CuO-TOAB stabilized NPs was found to be 11.5, 9.9 and 7.8 nm, while the sizes of CuO non-stabilized NPs was found to be 12.4, 11.4 and 9.1 nm, however, medium size for both CuO-TOAB stabilized NPs (9.9 nm) and CuO non-stabilized NPs (11.4 nm) have the highest antibacterial activity of other sizes. Contact time effect was small as there was slight difference in the antibacterial activity of both CuO NPs with and without TOAB. Noticeable high activity of CuO NPs with and without TOAB surfactant occurred when wastewater samples were treated at 25 ºC and 35 ºC, respectively. The antibacterial activity of CuO NPs with and without TOAB surfactant slightly increased by decreasing wastewater pH values. Antibacterial activity of CuO NPs without shaking showed lower activity of about 70 and 90% for CuO NPs without and with TOAB surfactant in comparison to the antibacterial activity with shaking. In all parameters were studied, the antibacterial activity of both CuO NPs with and without TOAB surfactant were higher against gram positive bacteria (E. faecalis) compared to the activity against gram negative (TC and FC). Flow up test proved the applicability of CuO-TOAB NPs as a novel wastewater disinfection technique.
حبيبات النانو يمكن ان تعرف بانها تجمع صغير لذرات عنصر ما، بحيث يشكل مجموع هذه الذرات جزيء يقل حجمه عن 100 نانو متر. تتميز هذه الجزيئات بانها تملك خصائص فيزيائية وكيميائية مختلفة عن الخصائص التي تملكها في حال كانت جزيئات كبيرة، وذلك بسبب الزيادة الكبيرة في مساحة سطحها بالمقارنة مع مساحة سطح الجزيئات الكبيرة. من العناصر المشهورة في هذا المجال هي الفضة والذهب واكسيد الزنك وكذلك اكسيد النحاس. يمكن تحضير جزيئات بحجم النانو من اكسيد النحاس بعدة طرق منها طريقة ترسيب اكسيد النحاس عن طريق اختزالها باستخدام عامل مختزل.هناك العديد من التطبيقات التي يدخل فيها اكسيد النحاس بحجم النانو منها استخدامها في خلايا الوقود والتطبيقات الطبية وكذلك في تعقيم المياه من البكتيريا. في هذه الدراسة تم تحضير اكسيد النحاس بحجم النانو بالشكل العصوي وبثلاثة احجام مختلفة واستخدامها كمضاد لثلاثة انواع من البكتيريا في المياه العادمة، وهذه الانواع هي TC و FC و E. faecalis، وتعتبر هذه الانواع كمؤشر لوجود انواع اخرى من الملوثات في المياه. وقد تم تحضير اكسيد النحاس بحجم النانو بطريقة ترسيب اكسيد النحاس باستخدام عامل مختزل عند دراجات حرارة مختلفة هي 65 و 75 و85 س وكذلك تم تغليف اكسيد النحاس باستخدام مثبت سطحي له خاصية مضادة للبكتيريا. وقد تم تشخيص اكسيد النحاس بحجم النانو لمعرفة حجم الجزيئات وشكلها باختلاف درجة حرارة التحضير وتأثير وجود المثبت على الحجم والشكل، وقد تم هذا التشخيص باستخدام اجهزة SEM و XRD. تم دراسة اثر العديد من المتغيرات على تأثير اكسيد النحاس بحجم النانو على البكتيريا الموجودة في المياه العادمة، وكانت هذه المتغيرات هي حجم جزيئات النانو بوجود وعدم وجود المثبت وتركيز جزيئات النانو ووقت المعالجة وتغيير درجة حموضة المياه العادمة ودرجة حرارتها وكذلك اثر تحريك جزيئات النانو في عينات المياه العادمة على فعاليتها في مكافحة البكتيريا. اظهرت النتائج ان حجم جزيئات النانو المُحَضَّرة كانت تتراوح بين 7 و 12 نانومتر، بحيث كانت العلاقة عكسية مع ارتفاع درجة حرارة التحضير بحيث كانت كلما ازدادت درجة حرارة التحضير كانت جزيئات النانو بحجم اصغر. وكذلك كانت العينات المثبتة اصغر حجما من العينات غير المثبة عند نفس درجات الحرارة. وكذلك فان جميع العينات المُحَضَّرة كانت بالشكل العصوي. اظهرت الدراسة فعالية قوية لاكسيد النحاس بحجم النانو المغلف بالمواد الفعالة سطحيا ضد البكتيريا المستهدفة في المياه العادمة، وكذلك كان هناك تأثير للعديد من المتغيرات على فعالية هذه الجزيئات حيث كانت الفعالية الاقوى للجزيئات ذات الحجم المتوسط للعينات المثبتة (9.9 نانومتر) و العينات غير المثبتة (11.4 نانومتر). وكذلك فان فعالية العينات المثبتة كانت اكبر من العينات غير المثبتة وكان هناك تأثير خفيف لزيادة الوقت وتغيير درجة الحموضة بحيث كانت الفعالية تزيد كلما زاد وقت المعالجة ومع انخفاض درجة الحموضة. وكانت اقوى فعالية للجزيئات المثبتة عند درجة حرارة 25 س بينما كانت 35 س للجزيئات غير المثبة. الفحص على عينات مياه عادمة من خلال تمريره في اكسيد النحاس المثبت اثبتت فعالية تمكن من استخدامها في التطبيقات العملية لتنقية المياه العادمة.
حبيبات النانو يمكن ان تعرف بانها تجمع صغير لذرات عنصر ما، بحيث يشكل مجموع هذه الذرات جزيء يقل حجمه عن 100 نانو متر. تتميز هذه الجزيئات بانها تملك خصائص فيزيائية وكيميائية مختلفة عن الخصائص التي تملكها في حال كانت جزيئات كبيرة، وذلك بسبب الزيادة الكبيرة في مساحة سطحها بالمقارنة مع مساحة سطح الجزيئات الكبيرة. من العناصر المشهورة في هذا المجال هي الفضة والذهب واكسيد الزنك وكذلك اكسيد النحاس. يمكن تحضير جزيئات بحجم النانو من اكسيد النحاس بعدة طرق منها طريقة ترسيب اكسيد النحاس عن طريق اختزالها باستخدام عامل مختزل.هناك العديد من التطبيقات التي يدخل فيها اكسيد النحاس بحجم النانو منها استخدامها في خلايا الوقود والتطبيقات الطبية وكذلك في تعقيم المياه من البكتيريا. في هذه الدراسة تم تحضير اكسيد النحاس بحجم النانو بالشكل العصوي وبثلاثة احجام مختلفة واستخدامها كمضاد لثلاثة انواع من البكتيريا في المياه العادمة، وهذه الانواع هي TC و FC و E. faecalis، وتعتبر هذه الانواع كمؤشر لوجود انواع اخرى من الملوثات في المياه. وقد تم تحضير اكسيد النحاس بحجم النانو بطريقة ترسيب اكسيد النحاس باستخدام عامل مختزل عند دراجات حرارة مختلفة هي 65 و 75 و85 س وكذلك تم تغليف اكسيد النحاس باستخدام مثبت سطحي له خاصية مضادة للبكتيريا. وقد تم تشخيص اكسيد النحاس بحجم النانو لمعرفة حجم الجزيئات وشكلها باختلاف درجة حرارة التحضير وتأثير وجود المثبت على الحجم والشكل، وقد تم هذا التشخيص باستخدام اجهزة SEM و XRD. تم دراسة اثر العديد من المتغيرات على تأثير اكسيد النحاس بحجم النانو على البكتيريا الموجودة في المياه العادمة، وكانت هذه المتغيرات هي حجم جزيئات النانو بوجود وعدم وجود المثبت وتركيز جزيئات النانو ووقت المعالجة وتغيير درجة حموضة المياه العادمة ودرجة حرارتها وكذلك اثر تحريك جزيئات النانو في عينات المياه العادمة على فعاليتها في مكافحة البكتيريا. اظهرت النتائج ان حجم جزيئات النانو المُحَضَّرة كانت تتراوح بين 7 و 12 نانومتر، بحيث كانت العلاقة عكسية مع ارتفاع درجة حرارة التحضير بحيث كانت كلما ازدادت درجة حرارة التحضير كانت جزيئات النانو بحجم اصغر. وكذلك كانت العينات المثبتة اصغر حجما من العينات غير المثبة عند نفس درجات الحرارة. وكذلك فان جميع العينات المُحَضَّرة كانت بالشكل العصوي. اظهرت الدراسة فعالية قوية لاكسيد النحاس بحجم النانو المغلف بالمواد الفعالة سطحيا ضد البكتيريا المستهدفة في المياه العادمة، وكذلك كان هناك تأثير للعديد من المتغيرات على فعالية هذه الجزيئات حيث كانت الفعالية الاقوى للجزيئات ذات الحجم المتوسط للعينات المثبتة (9.9 نانومتر) و العينات غير المثبتة (11.4 نانومتر). وكذلك فان فعالية العينات المثبتة كانت اكبر من العينات غير المثبتة وكان هناك تأثير خفيف لزيادة الوقت وتغيير درجة الحموضة بحيث كانت الفعالية تزيد كلما زاد وقت المعالجة ومع انخفاض درجة الحموضة. وكانت اقوى فعالية للجزيئات المثبتة عند درجة حرارة 25 س بينما كانت 35 س للجزيئات غير المثبة. الفحص على عينات مياه عادمة من خلال تمريره في اكسيد النحاس المثبت اثبتت فعالية تمكن من استخدامها في التطبيقات العملية لتنقية المياه العادمة.