عنوان

بررسی فرآیندهای اکسایش پیشرفته و کاربرد نانوکاتالیزورها به منظور حذف مقادیر کم آلاینده های آلی موجود در آب

‭۵۱۷۰پ‬

per

بررسی فرآیندهای اکسایش پیشرفته و کاربرد نانوکاتالیزورها به منظور حذف مقادیر کم آلاینده های آلی موجود در آب

/علیرضا ختائی

دانشگاه تبریز: دانشکده شیمی، گروه شیمی کاربردی

‮‭۱۴۷‬ص‬

چاپی

فاقداطلاعات کامل

دکتری تخصصی

شیمی گرایش :کاربردی

‮‭۱۳۸۶/۰۹/۱۴‬

دانشگاه تبریز: دانشکده شیمی، گروه شیمی کاربردی

از جمله فرآیندهایی که در سالهای اخیر برای حذف آلاینده های سمی موجود در آب از جمله مواد رنگزای آلی و سموم دفع آفات کشاورزی در مقادیر کم، مورد استفاده قرار گرفته است، فرآیندهای اکسایش پیشرفته ‮‭(AOP)‬ می باشند .از آنجا که مواد رنگزای آلی و سموم کشاورزی از مهمترین عوامل آلاینده محیط زیست بشمار می روند، حذف آنها از آبهای آلوده به روش مناسب ضروری می‌باشد .لذا در بخشی از این کار پژوهشی کارایی ‮‭۹‬ فرآیند مختلف فنتون و فتو فنتون در حذف ماده رنگزای اسید قرمز ‮‭۱۴‬به عنوان نمونه ای از مواد رنگزای آلی، از آب آلوده مورد بررسی و مقایسه قرار گرفت .در حذف ماده رنگزای مذکور بوسیله فرآیندهای ‮‭UV/H۲O۲/Fe(III)‬ و ‮‭UV/H۲O۲/Fe(II)‬ تأثیر عوامل مؤثر از قبیل نقش یونهای آهن دو و سه ظرفیتی، تابش نور‮‭UV‬ ، تاثیر حضور‮‭H۲O۲‬ ، مقدار اولیه یونهای آهن، ‮‭pH‬ محلول و غلظت اولیه ماده رنگزا مورد مطالعه قرار گرفت .نتایج آزمایشها نشان داد که فرآیند ‮‭UV/H۲O۲/Fe(III)/Oxalate‬ مناسبترین روش در رنگزدایی محلول حاوی ماده رنگزای اسید قرمز ‮‭۱۴‬ است .ثبت طیفهای جذبی و اندازه گیری مقادیر کل کربن آلی ‮‭(TOC)‬ قبل و بعد از فرآیند تصفیه به روش ‮‭UV/H۲O۲/Fe(III)/Oxalate‬ نشان داد که حذف ماده رنگزای فوق از یک نمونه آب چاه آلوده به آن به روش مذکور امکان پذیر می باشد .همچنین حذف علف کش اریوگلوسین به عنوان نمونه ای از سموم دفع آفات کشاورزی، با استفاده از فرآیندهای ‮‭UV/H۲O۲‬ و‮‭UV/TiO۲‬ بررسی گردید .در فرآیند‮‭UV/H۲O۲‬ ، تأثیر عوامل مؤثر مختلف نظیر تأثیر‮‭H۲O۲‬ و نور‮‭UV‬ ، زمان تابش نور‮‭UV‬ ، ‮‭pH‬ محلول، مقدار ‮‭H۲O۲‬ و غلظت اولیه آلاینده بررسی شده است .همچنین با در نظر گرفتن واکنشهای رادیکالی، مدل سینتیکی بین سرعت ظاهری فرآیند حذف و مقدار اولیه ‮‭H۲O۲‬ ارائه گردید.کارایی مدل سینتیکی بدست آمده، در ارزیابی میزان انرژی الکتریکی مصرف شده و پیش بینی مقدار مطلوب ‮‭H۲O۲‬ مورد نیاز جهت حذف چهار ماده رنگزای آلی و سم اریوگلوسین، مورد بررسی قرار گرفت.در بخش دیگری از این کار تحقیقاتی از ماده اولیه‮‭TiCl۴‬ ، نانو کاتالیزور ‮‭TiO۲‬ بصورت کنترل شده با ساختار کریستالی معین سنتز گردید .به منظور تعیین مشخصات نانو ذرات ‮‭TiO۲‬ مورد استفاده از تصاویر ‮‭SEM‬ و ‮‭TEM‬و طیفهای ‮‭XRD‬و‮‭IR -FT‬بهره گرفته شده است .ابعاد نانو ذرات سنتز شده در محدوده ‮‭۶‬ الی ‮‭۱۱‬ نانومتر است و ساختارهای کریستالی آنها عبارتند از آناتاز و روتیل هر یک به تنهایی و یا مخلوط ترکیب در صد معینی از این دو نوع .در ضمن میزان انرژی الکتریکی مصرف شده در هر یک از فرآیندهای فتوکاتالیزی مذکور ارزیابی و برای شرایط مختلف مقایسه و سنجش شده است .حذف فتوکاتالیزی علف کش اریوگلوسین با استفاده از نانو ذرات ‮‭TiO۲‬ سنتز شده، تحت تابش نور ‮‭UV‬ بررسی گردید و میزان کارایی هر یک از نانو کاتالیزورهای سنتز شده با توجه به ابعاد و ساختار کریستالی مورد مطالعه قرار گرفت .مقایسه کسر تبدیل و انرژی الکتریکی مصرف شده در حضور نانو ذرات ‮‭TiO۲‬ سنتز شده با ساختارهای کریستالی آناتاز و روتیل با نمونه های مشابه خریداری شده نشان داد که خاصیت فتوکاتالیزی نانو ذرات سنتز شده بدلیل وجود تعداد گروههای هیدروکسیل بیشتر در سطح کاتالیزور و اندازه ذرات ریزتر، بیشتر است .در ضمن نتایج آزمایشها نشان داد که کارایی نانو ذرات ‮‭TiO۲‬ با ساختار کریستالی آناتاز- روتیل در مقایسه با نوع روتیل و آناتاز) به تنهایی (در فرآیند اکسایش فتوکاتالیزی اریوگلوسین بطور بارزی بیشتر است .در فرآیند حذف فتوکاتالیزی اریوگلوسین در حضور نانو ذرات‮‭TiO۲‬ ، تاثیر عوامل مؤثر در فرآیند از قبیل زمان تابش نور‮‭UV‬ ، نقش نانو ذرات ‮‭TiO۲‬ و نور‮‭UV‬ ، ‮‭pH‬ محلول، غلظت اولیه آلاینده و مقدار نانوکاتالیزور ‮‭TiO۲‬ گزارش شده است .هم چنین بررسی سینتیکی حذف فتوکاتالیزی اریوگلوسین نشان داد که فرآیند مذکور از مدل سینتیکی لانگمویر- هینشلوود پیروی می کند .ثبت طیفهای جذبی و اندازه‌گیری مقادیر کل کربن آلی ‮‭(TOC)‬ قبل و بعد از فرآیند تصفیه به روش ‮‭UV/TiO۲‬ نشان داد که حذف اریوگلوسین از یک نمونه آب چاه آلوده به آن در حضور نانو ذرات ‮‭TiO۲‬ بصورت مطلوب امکان پذیر می باشد.

.‮‭Advanced Oxidation Processes (AOPs) have been used to remove of traces hazardous pollutants such as organic dyes and pesticides in recent years. Since organic dyes and pesticides are considered as the important environmental pollutants, it is necessary to remove them from wastes. Hence, in one part of this research work, the efficiency of nine various Fenton and photo-Fenton processes in removal of C.I. Acid Red ۱۴ (AR۱۴) from contaminated water have been studied. In UV/H۲O۲/Fe(II) and UV/H۲O۲/Fe(III) processes, the effect of different system variables like initial concentration of Fe(II) or Fe(III), effect of UV light irradiation, presence of H۲O۲, pH and initial concentration of the azo dye was investigated. The results revealed that UV/H۲O۲/Fe(III)/Oxalate was reasonably the appropriate process for decolorization of the dye solution containing AR۱۴. Results of recording UV-Vis spectra and Total Organic Carbon (TOC) analyses of dye solutions, before and after treatment, indicated that removal of AR۱۴ from water wall by UV/H۲O۲/Fe(III)/Oxalate process was possible. Meanwhile, removal of the herbicide, erioglaucine, as a typical example of pesticides by using UV/H۲O۲ and UV/TiO۲ was investigated. In the UV/H۲O۲ process, effect of different parameters such as effect of H۲O۲ and UV light, UV irradiation time, pH, concentration of H۲O۲ and erioglaucine has been studied. By considering reaction between radicals, a kinetic model between apparent removal rate and initial concentration of H۲O۲ was proposed. The efficiency of the kinetic model was investigated in evaluation of the electricity consumption and prediction of required H۲O۲ concentration for removal of four organic dyes and erioglaucine.In another part of this project, crystal phase-controlled TiO۲ nanocatalyst was synthesized from TiCl۴ as precursor. The synthesized samples were characterized by X-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), transmission electron microscopy (TEM) and scanning electron microscopy (SEM) methods. The average particle size of the synthesized catalysts was in the range of ۶-۱۱ nm. Their crystal phases were only rutile, or only anatase or rutile-anatase with determined ratio. Electricity consumption of the mentioned photocatalytic processes was evaluated. Photocatalytic removal of the herbicide, erioglaucine, in the presence of the synthesized nanostructured TiO۲ with different sizes and phases under UV irradiation was investigated. Comparing photocatalysis convention and electricity consumption in the presence of synthesized nanostructured TiO۲ with those of commercial TiO۲ revealed that the photocatalytic activity of the synthesized samples were much higher. The higher photoactivity of synthesized TiO۲ was attributed to higher hydroxyl content and smaller size. The results indicated that photocatalytic activity of rutile-anatase TiO۲ was considerably higher than that of only anatase or only rutile TiO۲. Also studied the influence of the basic photocatalytic parameters such as irradiation time, the effect of nanostructured TiO۲ and UV light, pH of the solution, initial concentration of erioglaucine and amount of nanostructured TiO۲ were studied. Experimental results indicated that the photocatalytic process could be explained in terms of the Langmuir-Hinshelwood kinetic model. Results of recording UV-Vis spectra and TOC analyses, before and after treatment, indicated that removal of erioglaucine from water wall by UV/ TiO۲ process was reasonably possible‬

Fenton

Wastewater treatment

Nanoparticles

Azo dyes

Pesticides

Advanced Oxidation Processes

Synthesis of Nanophotocatalyst

Photo

ختائی، علیرضا

دانشور، نظام الدین، استادراهنما

سالاری، داریوش، استادمشاور

نیایی، علیقلی، استادمشاور

سیاه و سفید

نمایه‌سازی قبلی