عنوان

بررسی فرآیند سونوکاتالیزوری ناهمگن در حضور کالکوزیت نانوساختار جهت تخریب آلاینده رنگزای مورد استفاده در صنایع معدن‌کاری

‭۱۸۰۹۰پ‬

per

بررسی فرآیند سونوکاتالیزوری ناهمگن در حضور کالکوزیت نانوساختار جهت تخریب آلاینده رنگزای مورد استفاده در صنایع معدن‌کاری

/رعنا هنرنژاد خسروشاهی

: شیمی

، ‮‭۱۳۹۶‬

، افشاری

چاپی

کارشناسی ارشد

شیمی کاربردی

‮‭۱۳۹۶/۰۶/۱۳‬

تبریز

در کار پژوهشی حاضر، برای اولین بار کارایی فرآیند سونولیز و سونوکاتالیزوری ناهمگن در حضور نانوذرات کالکوزیت جهت حذف سدیم ایزوپروپیل زانتات‮‭(SIPX)‬ ، آلاینده رنگزای مقاوم و مورد استفاده در صنایع معدن‌صکاری مورد بررسی و مقایسه قرار گرفت .به منظور کاهش اندازه‌صی ذرات کاتالیزور طبیعی در حد نانومتر از تکنیک آسیاب گلوله‌صای سیاره‌صای پرانرژی در مدت زمان‌صهای مختلف‮‭۵/۰‬ ،‮‭۵/۱‬ ، ‮‭۳‬ و ‮‭۵/۴‬ ساعت استفاده شد .جهت شناسایی خواص شیمیایی و فیزیکی کاتالیزور قبل و بعد از بکارگیری آسیاب گلوله‌صای سیاره‌صای پرانرژی از آنالیزهای ‮‭XRD‬،‮‭IR - FT‬، ‮‭SEM‬ ،‮‭mapping- Dot‬، ‮‭NSD‬ ، ‮‭EDX‬ ، ‮‭BET‬ و ‮‭DRS‬ بهره گرفته شد .نتایج آنالیز ‮‭XRD‬ نشان داد که فازهای کریستالی تتراگونال و مکعبی در نمونه مورد استفاده وجود دارند .نتایج آنالیز‮‭IR - FT‬وجود گروه‌صهای عاملی‮‭O‬ = ‮‭C‬ ، ‮‭O‬ = ‮‭S‬ و‮‭O‬ - ‮‭H‬در سطح کاتالیزور اثبات نمود .همچنین نتایج تصاویر ‮‭SEM‬ و ‮‭NSD‬ نشان داد که آسیاب گلوله‌صای سیاره-ای پرانرژی در مدت زمان ‮‭۵/۰‬ ساعت قادر به تولید نانوذرات کالکوزیت در محدوده‌صی‮‭۲۰ - nm ۴۰‬می‌صباشد .نتایج آنالیز‮‭mapping - Dot‬توزیع یکنواخت عناصر مس و گوگرد در سطح کاتالیزور را نشان داد .نتایج طیف‌صهای ‮‭EDX‬ نشان داد که مس و گوگرد به عنوان عناصر اصلی در ماتریس کالکوزیت حضور دارند .نتایج آنالیز ‮‭BET‬ نشان داد که مساحت سطح ویژه‌صی نانوذرات کالکوزیت تهیه شده با تکنیک آسیاب گلوله‌صای سیاره‌صای پرانرژی در مدت ‮‭۵/۰‬ ساعت از ‮‭m۲/g ۹۲۰۵۴/۰‬ به ‮‭m۲/g ۵۸۲۵/۲‬ افزایش یافته است .در ادامه نانوذرات تهیه شده با تکنیک آسیاب گلوله‌صای سیاره‌صای پرانرژی به عنوان کاتالیزور در فرآیند سونوکاتالیزوری ناهمگن جهت حذف آلاینده‌صی سدیم ایزوپروپیل زانتات بکار برده شد .تأثیر پارامترهای عملیاتی مختلف از جمله ‮‭pH‬ اولیه، غلظت کاتالیزور، توان اولتراسونیک و غلظت اولیه‌صی ‮‭SIPX‬ بررسی و شرایط بهینه هر یک از پارامترها به ترتیب‮‭۳/۷‬ ،‮‭g/L ۵/۱‬ ،‮‭W۱۵۰‬ ، ‮‭mg/L ۱۰‬ در مدت زمان ‮‭min ۶۰‬ تعیین گردید .نتایج آنالیز تکرار پذیری و پایداری نشان داد که نانوذرات کالکوزیت تهیه شده در مدت ‮‭۵/۰‬ ساعت فرآیند آسیاب گلوله‌صای، قابلیت استفاده مجدد و پایداری قابل قبول در شرایط عملیاتی را دارد .همچنین به منظور تعیین گونه‌صهای اکسید کننده‌صی اصلی شرکت کننده در فرآیند سونوکاتالیزوری ناهمگن از بازدارنده‌صهای آلی و معدنی اتانول، اتیلن دی آمین تترا استیک اسید، سدیم کلرید و سدیم سولفات استفاده شد .نتایج نشان داد که رادیکال هیدروکسیل و حفره دو گونه‌صی اصلی اکسید کننده در فرآیند تخریب سونوکاتالیزوری سدیم ایزوپروپیل زانتات هستند .همچنین به منظور افزایش بازدهی فرآیند سونوکاتالیزوری ناهمگن از افزایش دهنده‌صهای معدنی پتاسیم پریدات، پتاسیم پراکسی دی سولفات و هیدروژن پراکسید استفاده شد و نهایتا سیستم ‮‭US/Cu۲S/ S۲O۸۲‬ به عنوان یک فرآیند تلفیقی جدید معرفی گردید .در ادامه با استفاده از آنالیز‮‭MS - GC‬حد واسطصهای تولید شده در طول فرآیند سونوکاتالیزوری ناهمگن شناسایی شدند .همچنین سمیت آلاینده، کاتالیزور و محصولات میانی حاصل از تخریب سونوکاتالیزوری با استفاده از نمونه گیاهی ‮‭Lemna. minor‬ بررسی شد .نتایج نشان داد که با افزایش زمان فرآیند از ‮‭۲۰‬ تا ‮‭۶۰‬ دقیقه سمیت محلول به طور منظم کاهش می‌صیابد .در انتها سینتیک فرآیند تخریب از طریق مدلسازی بر پایه‌صی واکنش‌صهای بنیادی ابتدایی و مدلسازی سینتیکی تجربی بر پایه‌صی رگرسیون غیر خطی مورد بررسی قرار گرفت

nano particle size distribution (NSD), energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX), Brunauer, Emmett and Teller surface analysis (BET) and UV-Visible Diffuse Reflectance Spectroscopy (DRS). The results obtained from XRD analysis implied that the tetragonal and cubic crystalline phases were maintained in the samples after milling process. The FT-IR analysis confirmed the presence of C=O, S=O and O-H functional groups on the surface of the samples. Moreover, the SEM and NSD analyses showed that the high-energy planetary ball milling method was able to produce Cu2S nanoparticles at the range of 20- 40 nm. The homogenous dispersion of the S and Cu elements over the catalyst surface was also supported by X-ray dot mapping analysis and the EDX spectra revealed these two elements as the main chemical elements on the surface of the samples. Furthermore, of BET analysis exposed- that the specific surface area of the Cu2S nanoparticles was improved from 0.92054 to 2.5285 m2/g after 0.5 h ball milling process compared with the un-milled sample. Subsequently, the so-prepared Cu2S nanoparticles through high-energy planetary ball milling method at different milling times of 0.5, 1.5, 3 and 4.5 h were used as catalysts in the heterogeneous sonocatalytic process for degradation of SIPX. Besides, the effects of the operational parameters, including pH, catalyst concentration, ultrasonic power and SIPX initial concentration were investigated on SIPX removal efficiency. The optimum conditions obtained for the studied operational parameters were respectively 7. 3, 1.5 g/L, 150 W and 10 mg/L during 60 min of the sonolysis. The results obtained from the reusability and stability experiments confirmed an acceptable outcome for the Cu2S nanoparticles produced during 0.5 h of ball milling process under the operated conditions. On the other hand, two organic and two inorganic compounds, including ethanol, EDTA, NaCl and Na2SO4 were used as scavengers to determine the main radical species in the studied heterogeneous sonocatalytic process. The results obtained from the application of these scavenger compounds verified that OH radicals and h+ were the main oxidizing species in the SIPX sono-degradation process. Moreover, different enhancers, including potassium periodate (KIO4), sodium persulfate (K2S2O8), and H2O2 were employed to enhance the efficiency of the SIPX sonocatalytic degradation and US/Cu2S/S2O82 was introduced as the efficient hybrid system for complete degradation of SIPX. Later on, gas chromatography-mass spectrometry (GCMS) was used to identify the generated intermediates from the SIPX degradation. On the other hand, the phytotoxicological effects of SIPX, chalcocite and treated solutions were evaluated on an aquatic plant, L. minor. The obtained data demonstrated that the toxicity of the treated solution was decreased by proceeding the reaction from 20 to 60 min. Finally, the kinetic of the SIPX degradation process was studied by intrinsic elementary reactions and through an empirical kinetic model using nonlinear regression analysis ،In the present work, the performance of the heterogeneous sonocatalytic process was investigated for degradation of SIPX, as a model recalcitrant pollutant present in the mining wastewater, in the presence of Cu2S nanoparticles. The high energy planetary ball milling method at different milling times of 0.5, 1.5, 3 and 4.5 h was employed to decrease the particle size of natural chalcocite to nanometer scale. The physical and chemical properties of chalcocite samples before and after ball milling process were analyzed using X-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), scanning electron microscopy (SEM(, X-ray Dot-mapping

هنرنژاد خسروشاهی، رعنا

ختایی، علیرضا، استاد راهنما

فتحی‌نیا، مهرانگیر، استاد مشاور

سیاه و سفید

نمایه‌سازی قبلی