کاربرد پسماندهای صنایع کشاورزی در فرآیند رنگرزی دستبافته‌‌ها

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

استادیار طراحی و چاپ پارچه، دانشکده هنر، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران

چکیده

صنایع رنگرزی یکی از مهم‌‌ترین منابع آلاینده محیط‌‌زیست بوده است که سالانه مقادیر زیادی پساب سمی و خطرناک حاوی فلزات تولید می‌‌کنند. آلودگی و انباشت فلزات سنگین در خاک و آب به سبب تجزیه‌‌ناپذیر بودن و انباشت آنها در محیط، فراوانی منابع آلاینده و سمّیت، مشکلی جدی در سطح جهان است. امروزه ارائه راه‌‌کارهای ایمن و سازگار با محیط‌‌زیست در صنایع رنگرزی دستبافته‌‌ها، یک مسئله مهم است و دانشمندان را ترغیب نموده تا با جدیت بیشتری درصدد یافتن راه‌‌ حل باشند. در سال‌‌های اخیر افزایش آگاهی عمومی در مورد محیط‌‌زیست، اکولوژی و کنترل آلودگی سبب ترغیب صنایع نساجی به استفاده از مواد طبیعی شده است. در این راستا در این پژوهش برای اولین بار از پوست ‌‌پسته و تاج‌‌خروس به‌‌عنوان زائدات صنایع کشاورزی برای رنگرزی زیست‌‌سازگار نخ پشمی استفاده شد. روش پژوهش از نظر هدف کاربردی است و به منظور به حداقل رساندن میزان مواد مصرفی و زباله‌‌های تولیدی، از روش آماری رویه پاسخ از روش آماری رویه سطح پاسخ و از روش طراحی باکس - بهنکن بر پایه روش فاکتوریل ناقص سه سطحی استفاده شد. اثر سه پارامتر غلظت رنگزا، غلظت سیتریک اسید و مدت زمان رنگرزی بر میزان قدرت رنگی نسبی نمونه‌‌ها مورد ارزیابی قرار گرفت و بر اساس آنها شرایط بهینه رنگرزی معرفی شد. نتایج حاصل از ضرایب همبستگی که اختلاف کمی را بین ضریب تنظیم‌‌شده (9832/0) و ضریب پیش‌‌بینی‌‌شده (9307/0) نشان داد و همچنین ضریب همبستگی بالای مدل (9927/0) نشان داد که روش رویه - پاسخ قادر است تا فرآیند رنگرزی پشم با رنگزای تاج‌‌خروس را با تعداد کمی از آزمایش‌ها، پیش‌بینی و بهینه‌سازی کند. همچنین تمامی متغیرهای مستقل مورد بررسی در این پژوهش، مربع غلظت رنگزا و تداخل همزمان متغیرهای غلظت رنگزا و سیتریک اسید، با سطح اطمینان 95% بر متغیر پاسخ (قدرت‌‌رنگی نسبی) معنی‌‌دار و مؤثر می‌‌باشند. استفاده از بیودندانه زیست‌‌سازگار پوست‌‌ پسته در رنگرزی پشم با عصاره تاج‌‌خروس منجر به بهود میزان جذب رنگ توسط الیاف شده و ثبات‌‌های عمومی قابل‌‌قبولی را حاصل می‌‌سازد. استفاده از پوست‌‌پسته به‌‌عنوان یک بیودندانه زیست‌‌تخریب‌‌پذیر و پایدار جدید در صنایع رنگرزی نه تنها منجر به افزایش راندمان رنگرزی می‌‌شود، بلکه در به حداقل رساندن مشکلات زیست‌‌محیطی ضایعات کشاورزی و محصولات جانبی نیز مفید خواهد بود. بنابراین این روش می‌‌تواند به‌‌عنوان یک جایگزین عالی و اقتصادی برای دندانه‌‌های فلزی متداول درنظر گرفته شود و کمک شایانی به کاهش آلودگی محیط‌‌زیست و تولید مواد با ارزش افزوده بالا نماید.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Application of Agricultural Industry Wastes in the Dyeing Process of Handwovens

نویسنده [English]

  • Somayeh Baseri
Assistant Professor of Textile Design and Printing, Faculty of Art Department, Semnan University, Semnan, Iran
چکیده [English]

Textile processing industries are one of the major hazardous sources from an ecological point of view that produce large amounts of toxic and dangerous waste containing heavy metals every year. Heavy metal accumulation and contamination in water and soil is a serious problem throughout the world due to their non-biodegradable nature, toxicity, abundant sources, and accumulative behavior in the environment. There is an urgent need to explore biocompatible and safe ways for textile dying industries to use environment benign route. Recently, there has been greater interest in the use of natural products in the dyeing industry due to improving international awareness of waste disposal, water pollution, and the environment. In the present work, Pistacia shell and Amaranth were considered as bio-compatible mordant and dye for the wool dyeing process. The research method is practical in terms of purpose and response surface methodology based on Box-Behnken Design (BBD) was used to design experiments and minimize the amount of consumables and production waste. The effects of three main parameters i. e. dyeing time, dye concentration, and citric acid concentration on the color performance of wool yarns were investigated and the optimum conditions were specified. The validity of the model for optimization and prediction of the process with a low number of experiments was established by experimental results (low difference between adjusted correlation coefficient (0.9832) and predicted coefficient value (0.9307)) and also by a high value of model correlation (0.9927). Also, it was found that all independent factors, the quadratic effect of dyeing concentration, and the interaction terms citric acid-dyeing concentration were significant at a confidence level of 95%. The results show that the Pistacia shell used as a bio-mordant can improve the affinity of wool yarns to the dye extract and obtain acceptable dye fastness properties. The use of Pistacia shell as a biodegradable and new sustainable bio-mordant in the dyeing industry resulted not only in increasing dyeing efficiency but also in minimizing the environmental problem of agricultural waste and byproducts. Hence, the proposed novel approach might serve as an excellent and economical replacement for the common metallic mordants and provide a space for new businesses with value-added at no environmental costs.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Handwovens
  • Dyeing
  • Amaranth
  • Pistacia shell
  • Response surface methodology
انصاری اردلی، سجاد؛ آقاعلیخانی، مجید. (1394). اثر تراکم بوته و مقدار کود نیتروژن بر عملکرد و کیفیت علوفه تاج­خروس زراعی. مجله علوم زراعی ایران، 17(1)، 45-35.
باصری، سمیه؛ احمدزاده، سوران. (1401). رنگرزی ضدمیکروبی و سازگار با محیط زیست پشم توسط گال سیچکا. مجله علوم و فناوری رنگ، 16(2)، 122-109.
باصری، سمیه. (1402). استخراج ترکیبات زیست‌فعال ‌عناب توسط امواج فراصوت و بهینه‌سازی فرآیند رنگرزی خامه فرش دستباف با آن توسط رویه پاسخ. مجله علوم و فناوری رنگ، 17(1)، 32-17.
جعفری، راضیه؛ قرنجیک، کمال­الدین. (1397). مطالعه مشخصه­های رنگی الیاف طبیعی رنگرزی­شده با مواد رنگزای طبیعی. مجله علمی-ترویجی مطالعات در دنیای رنگ، 8(1)، 74-63.
صفایی، امیررضا؛ رضایی، مرتضی؛ راهنما، عبدالامیر. (1395). مقایسه خصوصیات کمی و ارزش غذایی علوفه سه رقم تاج خروس در مزارع استان البرز. فصلنامه تحقیقات کاربردی در علوم دامی، 5(20)، 42-31.
سیاری، محمد؛ حمیدی، مریم؛ عزیزی، علی؛ احمدوند، گودرز. (1400). بررسی برخی ترکیبات زیست­فعال و اسیدهای فنولیک گیاه تاج­خروس گسترده در مراحل مختلف فنولوژیکی. مجله پژوهش­های گیاهی، 36(2)، 223-210.
Ayele, M., Tesfaye, T., Mengistie, D. A., Limeneh, M. (2020). Natural dyeing of cotton fabric with extracts from mango tree: A step towards sustainable dyeing. Sustainable chemistry and pharmacy, 17, pp 1-8. https://doi.org/10.1016/j.scp.2020.100293 
Barreca, D., Laganà, G., Leuzzi, U., Smeriglio, A., Trombetta, D., Bellocco, E. (2016). Evaluation of the nutraceutical, antioxidant, and cytoprotective properties of ripe pistachio (Pistacia vera L., variety Bronte) hulls. Food Chem, 196, pp 493-502. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2015.09.077
Broadbent, A. D. (2001). Basic principles of textile coloration. Society of Dyers and Colorists, West Yorkshire.
Baseri, S. (2022). Ecological dyeing of cotton fabric with Matricaria recutita L. in the presence of human hair keratins as an alternative copartner to metallic mordants. Sustainable Materials and Technologies, 32, e00405. https://doi.org/10.1016/j.susmat.2022.e00405
Baseri, S. (2022). Sustainable dyeing of wool yarns with renewable sources. Environ. Sci. Pollut. Res., 29, pp 53238-53248. https://doi.org/10.1007/s11356-022-19629-6
Baseri, S. (2020). Eco-friendly production of anti-UV and antibacterial cotton fabrics via waste products. Cellulose, 27, pp 10407–10423. https://doi.org/10.1007/s10570-020-03471-5
Dias, M.,  Valério, A., Oliveira, D.,  Ulson de Souza, A. A., Guelli U. de Souza, S. M. (2020). Adsorption of natural annatto dye by kaolin: kinetic and equilibrium. Environmental Technology, 41, pp 2648-2656. https://doi.org/10.1080/09593330.2019.1578418  
Ferreira, S. L. C., Bruns, R. E., Ferreira, H. S., Matos, J. D., David, J. M., Brandão, G. C., da Silva, E. G. P., Portugal, L. A., dos Reis, P. S., Souza, A. S., dos Santos, W. N. L. (2007). Box-Behnken design: An alternative for the optimization of analytical methods. Anal. Chim. Acta., 597, pp 179-186.
Harsito, C., Prabowo, A. R., Prasetyo, S. D., Arifin, Z. (2021). Enhancement stability and color fastness of natural dye: A review. De Gruyter, 11, pp 548-555.
Khattab, T. A., Abdelrahman, M. S., Rehan, M. (2020). Textile dyeing industry: environmental impacts and remediation. Environmental Science and Pollution Research, 27, pp 3803–3818. https://doi.org/10.1007/s11356-019-07137-z
Li, C. J., Zhang, Y. J., Chen, H., He, P. Y., Meng, Q. (2022). Development of porous and reusable geopolymer adsorbents for dye wastewater treatment. Journal of Cleaner Production, 348, pp 131278. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2022.131278
Li, M., Chai, J., Liu, Y., Cao, G., Wang, Y., Ji, H., Wu, J., Sheng, D., Xia, L., Xu, W. (2024). Coloration of cotton fibers with natural plant dyes using an overlay dyeing method. Industrial Crops and Products, 212, 118284, https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2024.118284.
Macchi, S., Siraj, N., Viswanathan, T. (2021). Kinetic and mechanistic study of dye sorption onto renewable resource-based doped carbon prepared by a microwave-assisted method. Environmental Technology, 42(26), pp 4115-4124. https://doi.org/10.1080/09593330.2020.1745293
Mahmoodi, N. M., Arami, M. (2009). Degradation and toxicity reduction of textile wastewater using immobilized titanian anophotocatalysis. J. Photochem. B: Biol., 94, pp 20-24. https://doi.org/10.1016/j.jphotobiol.2008.09.004 
Manyelo, T. G., Amenda Sebola, N., Mohammed Hassan, Z., Mabelebele, M. (2020). Characterization of the phenolic compounds in different plant parts of Amaranthus cruentus grown under cultivated conditions. Molecules, 25(18), pp 4273. https://doi.org/10.3390/molecules25184273
Mirjalili, M., Nazarpoor, K., Karimi, L. (2011). Eco-friendly dyeing of wool using natural dye from weld as co-partner with synthetic dye. Journal of Cleaner Production. 19, pp 1045-1051. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2011.02.001
Mohsin, M., Farooq, U., Ali Reza, Z., Ahsan, M., Afzal, A., Nazir, A. (2014). Performance enhancement of wool fabric with environmentally-friendly bio-cross-linker. Clean Prod., 68, pp 130-134. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2013.12.083
Nwuzor, I. C., Adinoyi, B. J., Okey-Onyesolu, C. F., Oyeoka, H. C. (2023). Hibiscus sabdariffa natural dye extraction process with central composite design for optimal extract yield. Sustainable Chemistry for the Environment, 2, 100008, https://doi.org/10.1016/j.scenv.2023.100008.
Obinnaa, I. B., Eberea, E. C. (2019). A Review: Water pollution by heavy metal and organic pollutants: Brief review of sources, effects, and progress on remediation with aquatic plants. Analytical Methods in Environmental Chemistry Journal, 2, pp 5-38. https://doi.org/10.24200/amecj.v2.i03.66  
Ogrodowska, D., Czaplicki, S., Zadernowski, R., Mattila, P., Hellstrom, J., Naczk, M. (2012). Phenolic acids in seeds and products obtained from Amaranthus cruentus. Journal of food and nutrition research, 51(2), pp 96-101.
Ogugbue, C. J., Sawidis, T. (2011). Bioremediation and detoxification of synthetic wastewater containing triaryl methane dyes by Aeromonas hydrophila isolated from industrial effluent. Biotechnol. Res. Int., 2011, pp 1-10. https://doi.org/10.4061/2011/967925
Ozbeck, H. N., Halahlih, F., Gogus, F., Yanik, D. K., Azaizeh, H. (2020). Pistachio (Pistacia vera L.) hull as a potential source of phenolic compounds: Evaluation of ethanol-water binary solvent extraction on antioxidant activity and phenolic content of pistachio hull extracts. Waste Biomass Valorization, 11(2), pp 2101–2110. https://doi.org/10.1007/s12649-018-0512-6
Rehman, A., Irfan, M., Hameed, A., Saif, M. J., Abdul Qayyum, M., Farooq, T. (2022). Chemical-Free Dyeing of Cotton with Functional Natural Dye: A Pollution-Free and Cleaner Production Approach. Front. Environ. Sci., 16,  https://doi.org/10.3389/fenvs.2022.848245
Shaikhiev, I. G., Kraysman, N. V., Sverguzova, S. V. (2023). Review of Pistachio (Pistacia) Shell Use to Remove Pollutants from Aqua Media. Biointerface Research in Applied Chemistry, 13(4), 389, https://doi.org/10.33263/BRIAC134.389
Uddin, M. G. (2014). Effects of different mordants on silk fabric dyed with onion outer skin extracts. J. Text., 2014, pp 1-8. http://dx.doi.org/10.1155/2014/4056266
Zeng, K., Tong, Z., Ma, L., Zhu, W. H., Wu, W., Xie, Y. (2020). Molecular engineering strategies for fabricating efficient porphyrin-based dye-sensitized solar cells. Energy Environ. Sci., 13, pp 1617-1657. https://doi.org/10.1039/C9EE04200H
Zhang, Y., Zhou, Q., Xia, W., Rather, L. J., Li, Q. (2022). Sonochemical mordanting as a green and effective approach in enhancing cotton bio-natural dye affinity through soy surface modification. Journal of Cleaner Production, 336, pp 130465. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2022.130465.