عنوان

بررسی حذف برخی مواد رنگزای آلی از پساب‌های مصنوعی و حقیقی توسط فرآیند انعقاد و لخته‌سازی الکتروشیمیایی با استفاده از الکترودهای آهن و آلومینیوم

Number

‭۴۴۱۵پ‬

.Language of Text, Soundtrack etc

per

Title Proper

بررسی حذف برخی مواد رنگزای آلی از پساب‌های مصنوعی و حقیقی توسط فرآیند انعقاد و لخته‌سازی الکتروشیمیایی با استفاده از الکترودهای آهن و آلومینیوم

First Statement of Responsibility

/علیرضا امانی قدیم

Name of Publisher, Distributor, etc.

تبریز : دانشگاه تبریز ،دانشکده شیمی، شیمی کاربردی

Specific Material Designation and Extent of Item

‮‭۱۴۷‬ ص‬

Text of Note

چاپی

Dissertation or thesis details and type of degree

دکتری

Discipline of degree

شیمی کاربردی

Date of degree

‮‭۱۳۹۱/۰۴/۰۶‬

Body granting the degree

تبریز : دانشگاه تبریز ،دانشکده شیمی، شیمی کاربردی

Text of Note

در کار پژوهشی حاضر، به بررسی حذف ماده رنگزای راکتیو قرمز ‮‭۴۳ (۴۳RR)‬ به عنوان آلاینده مدل و برخی مواد رنگزای آلی دیگر از پساب‌های مصنوعی و حقیقی توسط فرآیند انعقاد و لخته‌سازی الکتروشیمیایی ‮‭(ECF)‬ پرداخته شد .آزمایش‌ها در یک راکتور ناپیوسته که در آن از دو آند آهنی) فرآیند‮‭Fe) - ECF‬و یا دو آند آلومینیومی) فرآیند‮‭Al) - ECF‬به همراه دو کاتد استیل که در حالت تک قطبی و اتصال موازی قرار داشتند، انجام شدند .ابتدا تاثیر عوامل موثر شامل نوع و غلظت آنیون، دانسیته جریان الکتریکی، و ‮‭pH‬ اولیه پساب در کارایی هر دو فرآیند در حذف ‮‭۴۳RR‬ بررسی شدنتایج حاصل از ارزیابی تاثیر نوع آنیون‌های کلراید، سولفات و نیترات نشان دادند که در فرآیند‮‭Al - ECF‬در حضور آنیون سولفات به دلیل تشکیل لایه اکسیدی مقاوم از انحلال الکتروشیمیایی آند آلومینیومی جلوگیری می‌شد .در حضور نیترات و کلراید انحلال الکتروشیمیایی آلومینیوم با بازده جریان بزرگتر از ‮‭۱۰۰‬ اتفاق افتاد .بالاترین میزان حذف در حضور آنیون کلراید حاصل شد .همچنین با افزایش غلظت آنیون و یا اضافه شدن آنیون سولفات و نیترات به پساب حاوی آنیون کلراید میزان حذف بطور چشمگیری کاهش یافت .در فرآیند‮‭Fe- ECF‬، بیشترین میزان حذف در حضور یون‌های سولفات و کلراید بدست آمد .حضور یون نیترات موجب تشکیل لایه رویین در سطح آند آهنی و مانع انحلال الکتروشیمیایی آن شد .لایه رویین تشکیل شده با اضافه شدن کلراید از بین می‌رفت بررسی تاثیر دانسیته جریان، مدت زمان الکترولیز و ‮‭pH‬ اولیه نشان دادند که در فرآیند‮‭Al - ECF‬بیشترین میزان حذف ماده رنگزای آلی در محیطهای نسبتا اسیدی ‮‭(۲۵/۴=pH)‬ و در ‮‭۱۲‬ دقیقه ابتدایی فرآیند حاصل شد .در‮‭pH‬ های خنثی، افزایش دانسیته جریان به مقادیر بالاتر از ‮‭A/m۲ ۲۵‬ تاثیر چندانی در راندمان حذف نداشت .در فرآیند‮‭Fe -ECF‬سه مرحله متمایز شامل مراحل تاخیر، حذف و پایا در طول حذف ماده رنگزا مشاهده شد .در دانسیته جریان‌های ‮‭A/m۲ ۱۵‬ و بالاتر بیشترین مقدار حذف حاصل شد و با افزایش دانسیته جریان سرعت حذف ماده رنگزای آلی افزایش یافت .در حذف مواد رنگزای آلی با بار و ساختار متفاوت در شرایط عملیاتی مشابه، کارایی فرآیند‮‭Al - ECF‬با افزایش تعداد گروه‌های سولفونات و همچنین اندازه مولکول افزایش می‌یافت .میزان حذف مواد رنگزای کاتیونی توسط آند آلومینیومی قابل توجه نبود .در فرآیند‮‭Fe - ECF‬بار و ساختار ماده رنگزای آلی تاثیر چندانی در بازده حذف نداشته و بازده حذف تمام مواد رنگزای بکار گرفته شده بالاتر از ‮‭۹۰‬ بود .نتایج حاصل حاکی از حضور مکانیسم خنثی شدن بار در فرآیند‮‭Al - ECF‬بوده و جذب سطحی آلاینده‌صها بر روی لخته‌صهای هیدروکسید فلزی‮‭Fe (- ECF‬حذف روبشی (مکانیسم‌های اصلی حذف مواد رنگزای آلی می‌باشند.بهینه سازی و مدلسازی هر دو فرآیند توسط روش رویه پاسخ ‮‭(RSM)‬ انجام گرفت .نتایج حاصل از آنالیز واریانس نشان دادند که مدل‌های پیشنهادی برای هر دو فرآیند به طور مناسبی قادر به پیش‌بینی بازده حذف ‮‭۴۳RR‬ در شرایط مختلف بودند .شرایط بهینه پیشنهادی توسط ‮‭RSM‬ برای فرآیند‮‭Fe - ECF‬متفاوت از‮‭Al - ECF‬بود .در شرایط بهینه پیشنهادی، بیش از ‮‭۹۹‬ رنگ توسط هر دو فرآیند حذف شد در حالیکه میزان حذف کل کربن آلی ‮‭(TOC)‬ برابر با ‮‭۰۳/۹۱‬ و ‮‭۲۲/۹۸‬ درصد برای‮‭Fe - ECF‬و‮‭Al - ECF‬بود .آنالیزهای‮‭Vis- UV‬، ‮‭TOC‬ و‮‭MS - GC‬باقی‌ماندن مواد آلی را پس از تصفیه پساب مصنوعی حاوی ‮‭۴۳RR‬ توسط فرآیند‮‭Fe - ECF‬را نشان دادند .بر اساس ترکیبات آلی شناسایی شده وجود واکنش‌های تخریب کننده به عنوان واکنش‌های جانبی در فرآیند‮‭Fe - ECF‬تایید شد .شواهد تجربی مبنی بر وجود واکنش‌صهای تخریبی در فرآیند‮‭Al - ECF‬حاصل نشد .علاوه بر این کارایی هر دو فرآیند توسط یک شبکه عصبی مصنوعی سه لایه که شامل‮‭۴‬ ، ‮‭۱۲‬ و ‮‭۱‬ نورون درلایه‌های ورودی، خروجی و مخفی بود، مدلسازی شدکارایی فرآیند‮‭Al - ECF‬در تصفیه پساب حقیقی با فرآیند‮‭Fe - ECF‬مورد مقایسه قرار گرفت .بر اساس نتایج حاصل، آند آلومینیومی از کارایی چندانی در حذف رنگ در مقایسه با آند آهن برخوردار نبود .برای راکتور پیوسته طراحی شده میانگین زمان ماندگاری برابر با ‮‭۲۷/۱۸‬ دقیقه تعیین شد .رنگزدایی کامل از پساب سنتزی در راکتور پیوسته با اعمال نسبت ‮‭j/Q‬ بزرگتر از ‮‭۸/۰‬ بدست آمد

Text of Note

In this study, the removal of reactive red 43 (RR43), as a model pollutant, as well as a number of organic dyes from synthetic and real wastewaters by electrochemical coagulation/flocculation process was investigated using iron (ECF-Fe) and aluminum (ECF-Al) anodes. The experiments were carried out in a monopolar batch and continuous reactor using two anodes and two steel cathodes in parallel connections. Firstly, the effect of type and concentration of anion, current density, initial pH and type of dye on the ECF-Fe and ECF-Al performance in the removal of RR43 were investigated. The obtained results from evaluating the influence of some anions including chloride, sulfate and nitrate on the removal of RR43 using ECF-Al revealed that higher removal efficiency was obtained in the presence of chloride ions. Sulfate ions inhibit the release of Al3+ from the anode while in the existences of chloride and nitrate current efficiency was higher than 100 . Dye removal efficiency was considerably decreased by increasing the anion concentration and adding sulfate and nitrate to the solution containing chloride. In ECF using iron anodes, the higher removal efficiency was achieved in the presence of chloride and sulfate ions. Potentiodynamic polarization tests revealed that the passive layer formation on the iron surface in the solution containing nitrate caused a considerable decrease in the current and removal efficiency. This passive layer was destroyed by adding chloride ions and in this condition, the removal efficiency and quantity of Fe2+ ions increased remarkably. Also, the effects of current density and pH on the efficiency of the ECF-Fe and ECF-Al processes were studied. The maximum removal efficiency was obtained in relatively acidic medium (pH=4.25) in the first 12 minutes of ECF-Al. In neutral media, there is no considerable enhancement in removal efficiency by applying current densities higher than 15 A/m2. While, in ECF-Fe, a significant lag time between the starting of the process and initiation of considerable dye removal was observed. The removal rate of RR43 increased with enhancing the current density. In the similar operational conditions, the removal of basic dyes was not considerable by ECF-Al. However, the removal efficiency of anionic dyes was improved with the addition of the number of sulfonate substituted groups in dye structure. The maximum removal efficiency of all cationic and anionic dyes (RE>90 ) was achieved using EC-Fe. The enmeshment of dyes on iron oxide/hydroxide precipitates and charge neutralization were the main removal mechanisms in EC-Fe and EC-Al processes, respectively.Optimization and modeling of ECF-Fe and ECF-Al processes were carried out by RSM for both EC-Fe and EC-Al processes. The analysis of variance revealed that developed models RSM could predict the removal efficiency of RR43 in both processes. The optimum conditions proposed by RSM for maximum removal efficiency were different for both processes. At the optimum conditions, the removal efficiency of dye was more than 99 , while 91.03 and 98.22 of initial total organic carbon (TOC) concentration decreased during EC-Fe and EC-Al processes, respectively. The results of UV/Vis, TOC and GC-MS analysis verified the remaining some organics in the treated solution by EC-Fe process. According to the organic by-products identified by GC-MS, the degradation of the dye by EC-Fe process was possible as a minor pathwayThe performance of ECF-Fe and ECF-Al processes was successfully predicted by applying a three-layer neural network (using a backpropagation algorithm) with four, twelve and one neurons in input, hidden and output layers, respectively. The ECF-Fe process was more effective than ECF-Al in the decolorization of the real wastewater.For the continuous ECF reactor, the calculated mean residence time was equal to 18.27 min. The complete decolorization with continuous ECF reactor will be achieved when the current density to flow rate ratio was higher than 0.8.

Wastewater treatment

Dye

Potentiodynamic polarization test

Artificial neural network

Response surface methodology

امانی قدیم،علیرضا

عابر،سهیل، استاد راهنما

اولاد،علی، استاد راهنما

اشعثی سرخابی،حبیب، استاد مشاور

Public note

سیاه و سفید

نمایه‌سازی قبلی