بررسی تجزیه فتوکاتالیستی رنگ سولفوره (C.I. Sulphur Red 14) از محیط های آبی با استفاده از فرایند UV/ZnO

Investigation of photocatalytic degradation of Sulphur Red 14 dye from aqueous solution using UV/ZnO


چاپ صفحه 		پژوهان
صفحه نخست سامانه		 مجری و همکاران
مجری و همکاران		 اطلاعات تفضیلی
اطلاعات تفضیلی		 دانلود
دانلود 		علوم پزشکی زاهدان
علوم پزشکی زاهدان

مجریان:

کلمات کلیدی:

اطلاعات کلی طرح
hide/show

کد طرح 6652
عنوان فارسی طرح بررسی تجزیه فتوکاتالیستی رنگ سولفوره (C.I. Sulphur Red 14) از محیط های آبی با استفاده از فرایند UV/ZnO
عنوان لاتین طرح Investigation of photocatalytic degradation of Sulphur Red 14 dye from aqueous solution using UV/ZnO
نوع طرح
محل اجرای طرح دانشگاه علوم پزشکی زاهدان
رسته مطالعاتی تجربی- آزمایشگاهی
دانشکده/مرکز دانشکده بهداشت زاهدان
زمان اجرا -روز

اطلاعات مجری و همکاران
hide/show

نام و نام‌خانوادگی سمت در طرح نوع همکاری درجه‌تحصیلی پست الکترونیک
حسین کمانیمجری اول دکترای تخصصی hossein_kamani@yahoo.com
ادریس بذرافشان فدافنمجری دوم دکترای تخصصی ed_bazrafshan@yahoo.com
جلیل جعفری طوینانیهمکار jalil.jafari@yahoo.com

اطلاعات تفضیلی
hide/show

عنوان متن
خلاصه طرح به فارسی بررسی تجزیه فتوکاتالیستی رنگ سولفوره (C.I. Sulphur Red 14) از محیط های آبی با استفاده از فرایند UV/ZnO
خلاصه طرح به لاتینInvestigation of photocatalytic degradation of Sulphur Red 14 dye from aqueous solution using UV/ZnO
بيان مسئله تحقيق/اهمیت پژوهشآلودگی محیط زیست یکی از عمده‌ترین چالش‌های پیش روی بشر امروزی بوده و روز به روز آلودگی آن در سطح وسیعی در حال گسترش می‌باشد. محیط زیست انسان شامل آب و خاک، هوا و موجودات درون آن می‌باشد که به صورت یک زنجیره پیوسته در تعامل با یکدیگر می‌باشند. نساجی از جمله صنایعی می‌باشد که بشر از دوران‌های گذشته با آن آشنا بوده و از آن استفاده کرده است. ایرانیان از جمله مردمانی می‌باشند که به فن نساجی آشنا بوده‌اند به طوری که ریسیدن پشم و پنبه و همچنین گلیم بافی و فرش بافی در نزد ایرانیان متداول بوده است(1) .

پساب‌های نساجی علاوه بر دارا بودن مواد رنگزای مصرف نشده دارای دمای بالا، BOD و COD بالا، جامدات معلق و محلول و همچنین در برخی موارد دارای اسیدیته و قلیائیت بالا می‌باشند. این گونه فاضلاب‌ها به دلیل دارا بودن مواد رنگی و انواع مختلف مواد پاک کننده در صورت عدم تصفیه می‌توانند باعث افت شدید اکسیژن در آب‌های پذیرنده شوند. همچنین به علت رنگی بودن می‌توانند از عبور نور به محیط‌های آبی جلوگیری کنند. این گونه فاضلاب‌ها دارای انواع مختلفی از مواد رنگزای مصرف نشده می‌باشند که باعث ایجاد مناظر زشت در محیط زیست می‌شوند (2, 3).

بنابراین تصفیه این نوع از فاضلاب‌ها ضروری به نظر می‌رسد. در بین انواع آلاینده‌هایی که در فاضلاب‌های نساجی یافت می‌شود، از همه مهم‌تر مواد رنگزای مصرف نشده می‌باشند که در فرآیند های نساجی بدون مصرف باقی مانده و وارد فاضلاب می‌شوند. تخمین زده می‌شود که در حدود 15 درصد از رنگ‌های مختلف بدون وارد شدن در فرآیند رنگرزی وارد فاضلاب می‌شوند (4). مواد رنگزا عمدتاً ترکیبات آلی دارای حلقه‌های بنزنی می‌باشند. این ترکیبات با کلر موجود در محیط‌های آبی واکنش داده و باعث افزایش مصرف کلر می‌شوند. همچنین در اثر واکنش با کلر، ترکیبات مختلفی از جمله کلروفنل ها تشکیل می‌گردند که باعث ایجاد بو می‌شوند. این فاضلاب‌ها در صورت تخلیه مستقیم به فاضلاب روهای شهری باعث ایجاد مشکلات بهره برداری می‌شوند به طوری که الیاف موجود در کانال‌های مختلف ته نشین می‌شوند و همچنین وجود مواد رنگزای دارای حلقه‌های بنزنی، پاک کننده‌ها و چسب‌ها باعث ایجاد اختلال در فرآیند های بیولوژیکی می‌شوند. بنابراین ضروری می‌باشد که این نوع فاضلاب‌ها به روش‌های مناسب تصفیه گردند تا حداقل اثرات سوء در محیط زیست ایجاد گردد. در سال‌های اخیر روش‌های مختلفی برای تصفیه فاضلاب‌های رنگی پیشنهاد شده و مورد استفاده قرار گرفته است. به طور کلی روش‌های مورد استفاده برای تصفیه فاضلاب‌های نساجی را می‌توان به سه دسته روش‌های فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی طبقه بندی کرد. مواد رنگزای موجود در فاضلاب‌های نساجی عمدتاً جزء ترکیبات آروماتیک می‌باشند. این‌گونه ترکیبات دارای دو یا چند حلقه بنزنی بوده و به دلیل دارا بودن پیوندهای چندگانه، جزء ترکیبات مقاوم در محیط زیست محسوب می‌شوند. موارد رنگزا علاوه بر ایجاد مناظر زشت در محیط، برای برخی از آبزیان سمی بوده و اثرات نامطلوب در محیط از خود به جای می‌گذارند بنابراین حذف این‌گونه مواد قبل از تخلیه به محیط ضروری می‌باشد. در زیر به برخی از دلایل حذف مواد رنگزا اشاره شده است.

• سمیت شدید برخی از مواد رنگزا به خصوص رنگ‌های کرومی باعث به مخاطره انداختن زندگی آبزیان می‌شوند. همچنین در صورت تخلیه به منابع آب شرب باعث ایجاد مخاطرات بهداشتی در افراد خواهد گردید.

• مواد رنگزای مورد استفاده در تمامی صنایع اغلب آلی بوده و باعث افزایش BOD و کاهش اکسیژن محلول منابع پذیرنده می‌شوند. این مواد اغلب در تجزیه بوده و باعث ایجاد شرایط بی هوازی در محیط‌های آبی می‌شوند.

• حذف مواد رنگزا در توسط فرآیندهای ویژه‌ای صورت می‌گیرد که برای حذف این نوع مواد طراحی شده‌اند. بنابراین ورود مواد رنگزا به تصفیه خانه‌های فاضلاب شهری باعث ایجاد شوک بار سمی و اختلال در فرآیندهای مختلف تصفیه می‌گردند. همچنین فرآیندهای متداول از قبیل لجن فعال و صافی‌های چکنده قادر نیستند که به طوری موثری مواد رنگزا را حذف کنند. بنابراین لازم است که مواد رنگزا قبیل از تخلیه فاضلاب به شبکه فاضلاب شهری به روش‌های موثری حذف گردند.

• مواد رنگزای موجود در پساب‌های رنگی باعث ایجاد افت شدید در انتقال نور خورشید به آب می‌گردند. از این رو باعث ایجاد اختلال در فرآیند فتوسنتز می‌گردند.

فاضلاب‌های رنگی از جمله آلودگی‌هایی می‌باشند که توسط اغلب افراد قابل مشاهده می‌باشند. وجود این نوع فاضلاب‌ها در مناطق تفریحی و توریستی باعث عدم تمایل به استفاده از این مناطق خواهد شد (5).

فرایندهای اکسیداسیون حذف رنگ خود به دو گروه تقسیم بندی می‌شوند. در گروه اول مواد اکسید کننده‌ای قرار دارند که به طور مستقیم عمل اکسیداسیون را در محیط انجام می‌دهند. از این گروه مواد می‌توان به پرمنگنات پتاسیم، کلر و مشتقات آن اشاره کرد. گروه دوم شامل موادی می‌باشند که به تنهایی و یا در ترکیب با همدیگر و از طریق تولید رادیکال هیدروکسیل عمل اکسیداسیون را در محیط انجام می‌دهند. این فرآیندها تحت عنوان فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته نیز خوانده می‌شوند و نسبت به گروه قبلی بسیار مؤثرتر و کارآمدتر می‌باشند. از این گروه می‌توان به O3، UV/O3، H2O2، H2O2/UV، Fe+2/H2O2، TiO2/UV ،UV/ZnO و سایر موارد اشاره کرد. پرداختن به همه این فرآیندها از حوصله این بحث خارج می‌باشد. در این جا بطور خلاصه چند فرآیند اکسیداسیون مورد بحث قرار می‌گیرد (6, 7) .



فرآیند UV/ZnO

نانو ذرات TiO2 و ZnO در سالهای اخیر به عنوان یک فرآیند موثر و ارزان برای تجزیه گستره وسیعی از مواد آلی و رنگ های گوناگون مورد استفاده قرار گرفته شده است. به نظر می رسد نانو ذرات ZnO گزینه جایگزین مناسبی برای TiO2 با توجه به مکانیسم مشابه ثابت شده می باشد (8-12). همچنین گاهی اوقات گزارش شده که ZnO موثرتر از TiO2 عمل نموده است، که از جمله موارد استفاده موفقیت آمیز آن در فاضلاب صنعت کاغذ (13, 14)، فتو اکسیداسیون 2- فنیل فنول و فتواکسیداسیون فنول (15) آنتی بیوتیک(16) دیازنیون(17) بوده است. بزرگترین مزیت ZnO نسبت به TiO2 جذب بیشتر اشعه UV می باشد. فرایند فتواکسیداسیون مواد آلی در محلول ها به دنبال تولید حفره - الکترون انجام می گیرد در این فرایند که نانو ذرات ZnO معلق در محلول مایی تحت تابش اشعه فرا بنفش قرار می گیرد الکترونهای لایه ظرفیت نانوذره به لایه هدایت می آید که به دنبال آن یک حفره در لایه ظرفیت بوجود می آید و یک الکترون به لایه هدایت می رود که واکنشهای زیر را در محلول مایی خواهیم داشت که منجر به تولید رادیکالهای هیدروکسیل در محلول می شود:

ZnO + hν→ ZnO (eCB− +hVB+)



بیشترین پتانسیل اکسیداسیون حفره hVB+)) این است که به کاتالیست اجازه می دهد تا ترکیب آلی (رنگ) را به ترکیب واسطه اکسید نماید

hVB+ + dye → اکسیداسیون رنگ

بسیاری از رادیکال های هیدروکسیل نیز همچنین می توانند از تجزیه آب یا با واکنش حفره با OH- تولید شوند:

hVB+ +H2O → H+ +•OH

hVB+ +OH−→ •OH



رادیکال هیدروکسیل بسیار قوی، غیر انتخابی، می باشد که منجر به تجزیه ترکیبات شیمیایی آلی می شود. هدف از انجام این مطالعه بررسی کارایی فرآیند فتوکاتالیستی UV/Zno در حذف رنگ سولفوره (C.I. Sulphur Red 14 ) از محیط های آبی می باشد که یک رنگ آنیونی می باشد.

فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته در طول دهه های اخیر اهمیت یافته و این روشها قادرند رنگ را در محیط آبی تخریب نمایند. در این مطالعه از اکسیدروی استفاده می شود چون اکسید روی به دلیل داشتن خاصیت فوتو اکسیدان قوی، بی خطر بودن و پایداری خصوصیات شیمیایی گزینه مناسب تری نسبت به سایرگزینه ها برای حذف آلاینده ها است و با توجه به آنکه فرآیندهای تصفیه موجود در خصوص حذف رنگ از آب یا فاضلاب قادر به حذف کامل رنگ نبوده واین فرآیندها برای کلیه رنگ ها قابل استفاده نمی باشند، لذا استفاده از فرآیندهای جدید که دارای راندمان بیشتر بوده و با صرف هزینه کمتر قادر به حذف کامل رنگ از آب یا فاضلاب باشد، ضروری و اجتناب ناپذیر می باشد. فرآیندهای فتوکاتالیستی قادرند رنگ را در محیط آبی تخریب کرده و اکسید روی به دلیل بی خطر بودن و کاتالیست بودن گزینه مناسبی برای افزایش راندمان فرآیند و حذف بهتر آلاینده های رنگی می باشد .همچنین به دلیل مصرف بالای رنگ گوگردی (C.I. Sulphur Red 14 ) در صنعت نساجی و تولید چرم و صنایع دیگر و به دلیل قرارگرفتن گوگرد در ترکیب این رنگ که باعث می شود فرآیند های بیولوژیکی راندمان مناسبی برای حذف این ماده نداشته باشند و همچنین فقدان مطالعه ای در مورد این رنگ، در این مطالعه تصمیم به انتخاب این رنگ و همچنین استفاده از فرایند فتوکاتالیستی UV/ZnO گرفته شد.






سابقه طرح و بررسی متون :

- در تحقیقی که توسط آقای سهرابی در سال 2008 تحت عنوان تجزیه فتوکاتالیستی رنگ Direct Red 23 با استفاده از UV/TiO2 با تاثیر عوامل بهره برداری انجام شد، نشان داده شد که pH و بارگذاری کاتالیست در سرعت واکنش بسیار تاثیر گذار است. بعلاوه تاثیر چندین کاتیون (Cu2+,Al3+,Cr3+ و Sn4+) و آنیون ها ( BiO3-, SO42-,CN-)) و اتانول مورد ازمایش قرار گرفته شد. و راندمان های حذف برای این رنگ به ترتیب زیر بدست آمد. UV/TiO2 > UV/SnO2 > UV/Fe2O3 > UV/ZnO (18).
- در مطالعه ای که توسط آقای دانشور و همکاران در سال 2006 با استفاده از فرایند فتو اکسیداسیون UV/ZnO برای حذف رنگ C.I. Acid Orange 7 انجام شد،که در این مطالعه با بدست آوردن pH ، غلظت نانوذره و غلطت رنگ بهینه، توانست به طور کامل رنگ را حذف نماید(19).
- در تحقیقی که توسط جانجین و همکاران در سال 2010 صورت گرفت تعادل و دینامیک جذب رنگ متیلن بلو (MB) روی نانو تیوب‌های کربنی مورد بررسی قرار گرفت. داده‌های تعادلی جهت بررسی ایزوترم های لانگمویر و فروندلیچ مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که جذب رنگ روی نانو تیوب‌های کربنی از مدل لانگمویر تبعیت می‌کند و با افزایش دما میزان جذب نیز افزایش نشان داد. حداکثر ظرفیت جذب MB بر روی جاذب 64/7-35/5 میلی گرم به ازای هر گرم جاذب (mg/g در دماهای مختلف بود (20).
- خانم شهریاری . همکارانش در سال 2009 جذب متیلن بلو از محیط های آبی بر روی نانو تیوب های کربن مطالعه نمودند و تاثیر متغیرهای مختلف مانند غلظت اولیه رنگ،pH،دما و دوزاژ نانوتیوب کربن را مورد بررسی قرار دادند ونتایج آزمایش نشان داد میزان جذب رنگ با افزایش غلظت اولیه رنگ،دما و دوزاژ نانو تیوب کربن افزایش یافت و میزان حذف رنگ با استفاده از 400 میلی گرم بر لیتر CNTS بیش از 90% بود و این دوزاژ به عنوان دوزاژ بهینه CNTS در نظر گرفته شد.
- مطالعه ای در سال 2010 توسط آقای افخمی و همکاران بر روی جذب رنگ Congo red با استفاده از با نانوذرات مغناطیسی(Fe2O3 ) انجام شد . توانست در pH 9/5 به ظرفیت جذب لانگمویر 33/208 میلی گرم به گرم جاذب دست پیدا کند(21).
- مطالعه ای بر روی پارامترهای بهره برداری در حذف رنک آزو در نور مرئی با استفاده از WOx/TiO2 توسط Leghari Sajjad و همکاران در سال 2010 انجام شد، که در غلظت 4 درصد WOx/TiO2 در حضور نور مرئی، سینتیک حذف از مدل لانگمویر تبیعیت نمود و ترکیبات واسطه تولید شده از ترکیبات اسیدهای آروماتیک و آلیفاتیک بود(22).
-در مطالعه ای که توسط آقای بذرافشان و همکاران در سال 2012 تحت عنوان تجزیه رنگ Reactive Red 120 با استفاده از نانو تیوپ های کربن تک جداره انجام گرفت. pH بهینه برای حذف 5 بود که در این شرایط میزان جذب 49/426 میلی گرم به ازای گرم بدست آمد. همچنین معادلات جذب بدست آمده در این مطالعه از مدل های فروندلیچ و BET تبعیت نمود(23).
- در مطالعه ای توسط Elmolla وهمکاران در سال 2010 باعنوان تجزیه آموکسی سیلین، آمپی سیلین و کلواکساسین توسط فرایند UV/ZnO در شرایط بهینه برای حذف این آلاینده ها که در غلظت 5/0 گرم بر لیتر ZnO ، زمان ماند 180 دقیقه و pH 11، اکسیداسیون کامل آموکسی سیلین، آمپی سیلین و کلواکساسین صورت گرفت و میزان حذف COD و DOC به ترتیب 9/23 و9/7 % حاصل شد(16).
- در مطالعه ای که آقای Khataee و همکاران در سال 2009 تحت عنوان تجزیه رنگ C.I. Acid Blue 9 با استفاده از فرایند UV/Nano-TiO2، فنتون و شبه فنتون، الکتروفنتون و فرآیند الکتروکواگولاسیون انجام دادند، راندمان حذف در فرآیند های مختلف به صورت Fenton > EC > UV/Nano-TiO2 > Fenton-like > EF بدست آمد. همچنین حذف کامل رنگ پس از انتخاب شرایط بهینه در زمان 25 دقیقه و 150 میلیگرم بر لیتر TiO2 در شرایط اسیدی بدست آمد. در فرآیند الکتروکواگولاسیون در غلظت رنگ 20 میلی گرم بر لیتر راندمان حذف 89% هنگامی که pH حدود 6 بود و زمان الکترولیز 8 دقیقه بود، بدست آمد(24) .
-در مطالعه ای توسط آقای دانشور و همکران در سال 2007 تحت عنوان تجزیه فتوکاتالیستی سم دیازنیون در حضور ذرات ZnO در حضور نور ماوراء بنفش C صورت پذیرفت. توانست در زمان ماند 80 دقیقه به میزان حذف 80 درصد دست یابد(17).
-در تحقیقی که توسط کیو و همکاران در سال 2008 انجام شد نانو ذرات Fe2O3 از طریق واکنش‌های شیمیایی روی سطح نانو تیوب‌های کربنی چند دیواره (MWCNTs) قرار داده شده‌اند. ویژگی بارز این فرآیند حذف مغناطیسی نانو تیوب‌های پوشش داده شده به وسیله Fe2O3 به کمک میدان مغناطیسی بود. جذب رنگ‌ها (متیلن بلو و قرمز خنثی) بر روی ذرات حاصله نشان داد که زمان تعادل 60 دقیقه می‌باشد و ظرفیت جذب جهت متیلن بلو و قرمز به ترتیب mg/g 42/3 و mg/g77/5 بود (25).
- وانگ و همکاران در سال 2009 گزارشاتی را مبنی بر حذف کروم (VI) توسط نانو تیوبهای خام و اکسید شده ارائه کردند . نتایج گزارش آنها ثابت می کند که استفاده از هر دو شکل CNTs قادر به تصفیه محیط های حاوی کروم (VI) با کارایی بالا هستند . آنها نشان دادند که پدیده جذب در نانولوله ها یک فرایند خودبخود بوده و با افزایش دما و کاهشpH راندمان بهینه می گردد. همچنین در این گزارش استفاده مستقیم نانولوله ها به صورت خام جهت پیش تغلیظ و جامدسازی کروم(VI) مثبت ارزیابی شد (26).
- آقای رضائی و همکارانش در سال 2008 اکسیداسیون فتوشیمیایی راکتیو بلو19 (RB19)از فاضلاب نساجی با استفاده از فرایند UV-K2S2O8 بررسی کردند و پارامترهای بهره برداری از قبیل دوزاژپتاسیم پر سولفات،pH ،زمان تماس و منبع UV را ارزیابی نمودند.نتایج اکسیداسیون شیمیایی مستقیم نشان داد که 50% از رنگ با استفاده از K2S2O8 در شرایط تاریکی در زمان تماس 5 ساعت حذف شد و اکسیداسیون شیمیایی از طریق پرتودهی UV-C موثرتر از UV-A است.محلول RB19 تحت شرایط بهینه دوزاژ پتاسیم پر سولفات 5 میلی مول بر لیتر(5mmol/l) و لامپ کم فشار uv-c (15w)در کمتر از 30 دقیقه رنگزدا شد.آزمایشات UV/K2S2O8 کارایی حذف رنگ بالاتری در شرایط اسیدی (PH=3) نشان داد و در این شرایط و mmol/l 5 پتاسیم پرسولفات 78/5 % COD بعد از 3 ساعت زمان پرتودهی حذف شد. (27).
- آقای تئودورا و همکاران(Theodora et al.) از فرآیند فتوکاتالیتیک و سونولیتیک جهت حذف اسید اورنگ 7 استفاده کرده اند در این تحقیق مشاهده گردید که با افزایش غلظت کاتالیت، کاهش pH و همچنین وجود اکسیژن محلول، کارائی فرآیند افزایش می یابد (28).
- لی و همکاران (2005) پس از بررسی سنتیک و ترمودینامیک جذب سرب روی نانوتیوب های کربن گزارش کردند که در زمان کوتاهی سرب جذب نانوتیوبها شده و بازجذبی آن به سهولت با تغییر pH محیط به حدود 2 به وسیله اضافه کردن HCl و HNO3 با راندمان تقریبی 100% امکان پذیر است (29)
- در تحقیق دیگری که توسط گونگ و همکاران در سال 2009 انجام گرفت نانو تیوب‌های چند دیواره مغناطیسی شده که خاصیت خود را از قرارگیری نانو ذرات اکسید آهن بر روی نانو تیوب‌ها به دست آمده بودند جهت حذف رنگ‌های کاتیونی بکار رفتند. نتایج نشان داد جذب رنگ روی نانو تیوب‌های حاصله از مدل فروندلیچ پیروی می‌کرد (30).
- در مطالعه دیگری آقای نظام الدین دانشور و همکاران از فرآیند الکترو-فنتون برای حذف Acid Orange 7 استفاده کرده اند. در این مطالعه پراکسید هیدروژن با افزودن مقداری محلول الکترولیت و بوسیله کاهش اکسیژن محلول در داخل محلول رنگ تولید شده است. در این مطالعه از الکترولیتهای پرکلرات، کلراید و سولفات در 3=pH استفاده شده است. در این مطالعه حذف کامل رنگ در مدت زمان 90 دقیقه بدست آمد (31).
- در مطالعه دیگری هیون و همکاران از کربن فعال اصلاح شده با سورفاکتانت برای حدف رنگ Reactive Black 5 استفاده کرده اند. در این مطالعه از کربن فعال خالص، کربن فعال موجود در محلول سورفاکتانت سیتیل پری دینیوم کلراید و کربن فعال آغشته به سورفاکتانت سیتیل پری دینیوم کلراید استفاده گردیده است. در این مطالعه نشان داده شد که حذف رنگ توسط کربن فعال آغشته به سورفاکتانت سیتیل پری دینیوم کلراید افزایش می یابد (32)
- در مطالعه دیگری پنگ تام کراتی و همکاران از خاکستر فرار برای حذف رنگ Reactive Black 5 استفاده کرده اند. در این مطالعه از سه نوع خاکستر فرار شامل خاکستر فرار زغال سنگ، خاکستر فرار تصفیه شده با اسید کلریدریک و بیوماس خاکستر فرار استفاده شده است. در این مطالعه نشان داده شد که بیوماس خاکستر فرار نسبت به دو مورد دیگر قابلیت مناسبی در حذف رنگ دارد (33)
- در مطالعه دیگری که توسط ایکس وانگ و همکاران انجام گردیده است از امواج ماکرویو در حضور پراکسید هیدروژن برای تجزیه Acid Orange 7 استفاده شده است. در این مطالعه نشان داده شده که تجزیه رنگ بوسیله رادیکالهای تولید شده از تجزیه پراکسید هیدروژن انجام می گیرد. علاوه بر آن تجزیه رنگ توسط امواج ماکروویو نیز انجام می گیرد که قابل توجه می باشد. واکنش حذف رنگ توسط این فرآیند نشان داده شد که از واکنش نوع اول کاذب پیروی می کند (34).
- جذب سرب، مس و کادمیوم دو ظرفیتی بر روی نانو تیوب‌های کربنی چند لایه (MWCNTs) نشان داد که حداکثر ظرفیت جذب 97/8 میلی گرم بر لیتر برای سرب، 24/49 میلی گرم بر لیتر برای مس و 10/86 میلی گرم بر لیتر برای کادمیوم در دمای متعارف محیط و pH برابر 5 و غلظت اشباع یون فلزی 10 میلی گرم بر لیتر بوده است. ظرفیت جذب یون فلزی بر روی نانو تیوپ‌های کربنی چند لایه 3 تا 4 برابر بیشتر از کربن فعال پودری یا گرانولی بوده است (35).
- در تحقیقی که توسط چانگ جهت بررسی جذب یکی از رنگ‌های راکتیو (Procion red) بر روی نانو تیوب‌های کربنی صورت گرفت با اضافه شدن میزان نانو کربن مصرفی میزان حذف رنگ نیز افزایش نشان داد (25/0 ≥) و در بیشتر از این مقدار کاهش نشان داد. نمودار جذب لانگمویر با نتایج به دست آمده هم‌خوانی بیشتری داشت (36).
سوالات و / یا فرضیات پژوهش- درصد حذف رنگ سولفوره (C.I. Sulphur Red 14 ) توسط فرایند ذرات UV/ZnO بر حسب زمان چقدر می باشد؟
- درصد حذف رنگ سولفوره (C.I. Sulphur Red 14) توسط فرایند ذرات UV/ZnO بر حسب pH چقدر می باشد؟
- درصد حذف رنگ سولفوره (C.I. Sulphur Red 14) توسط فرایند ذرات UV/ZnO بر حسب غلظت‌های اولیه نانو ذرات ZnO چقدر می باشد؟
- درصد حذف رنگ سولفوره (C.I. Sulphur Red 14) توسط فرایند ذرات UV/ZnO بر حسب غلظت اولیه رنگ چقدر می باشد؟
- درصد حذف COD رنگ سولفوره (C.I. Sulphur Red 14) توسط فرایند ذرات UV/ZnO در شرایط مختلف بهره برداری فرآیند فتوکاتالیستی UV/ZnO چقدر می باشد؟
هدف کلی طرح- تعیین کارایی فرآیند فتوکاتالیستی UV/ZnO در حذف رنگ سولفوره (C.I. Sulphur Red 14) از محیط آبی
اهداف اختصاصی- تعیین درصد حذف رنگ سولفوره (C.I. Sulphur Red 14) توسط فرایند ذرات UV/ZnO بر حسب زمان
- تعیین درصد حذف رنگ سولفوره (C.I. Sulphur Red 14) توسط فرایند ذرات UV/ZnO بر حسب pH
- تعیین درصد حذف رنگ سولفوره (C.I. Sulphur Red 14) توسط فرایند ذرات UV/ZnO بر حسب غلظت‌های اولیه نانو ذرات ZnO
- تعیین درصد حذف رنگ سولفوره (C.I. Sulphur Red 14) توسط فرایند ذرات UV/ZnO بر حسب غلظت اولیه رنگ
-تعیین درصد حذف COD رنگ سولفوره (C.I. Sulphur Red 14) توسط فرایند ذرات UV/ZnO در شرایط مختلف بهره برداری فرآیند فتوکاتالیستی UV/ZnO
سازمانها، مراکز و موسسات و سایر بهره برداران بالقوه دستاوردهای طرحاگر چه توانایی اکسیدکنندگی فرایند UV/ZnO بر روی یک نوع رنگ مورد آزمایش قرار می گیرد اما همه صنایع مرتبط با آب و فاضلاب از قبیل صنایع نساجی،چرم سازی، کاغذسازی و... که فاضلاب تولیدی از فعالیت آنها به محیط رها می شود می توانند از نتایج و دستاوردهای این پژوهش استفاده کنند و از این تکنولوژی برای حذف انواع آلاینده های مقاوم به تجزیه زیستی قبل از رهاسازی فاضلاب تولیدی حاوی این آلاینده به محیط استفاده نمایند.
تعریف واژه های تخصصینانو مواد : موادی که دارای سایز کمتر از 100 نانومتر حداقل در یک بعد است.
فرایند فوتوکاتالیستی: استفاده از نور فرابنفش همراه با ذرات در مقیاس نانو برای تجزیه آلاینده ها در محیط زیست
نوع مطالعهمطالعه تجربی- آزمایشگاهی
جامعه مورد مطالعه(معرفی مشارکت کنندگان)/ محیط پژوهش(معیارهای ورود و خروج ذکر شوند)فاضلاب سنتتیک مشابه فاضلاب خروجی از صنعت نساجی
حجم نمونه و روش محاسبه آنمرحله 1 : تعیین غلظت بهینه نانوکاتالیست ZnO
در این مرحله با مقادیر ثابت اولیه pH (بدون تغییر) ، غلظت رنگ (50 میلی گرم در لیتر) و زمان تماس (5-15-30-45-60-75) دقیقه غلظت بهینه نانوکاتالیست ZnO در 5 سطح (10-25-50- 75-100 میلی گرم در لیتر) تعیین می شود بنابراین در این مرحله تعداد نمونه 30 بدست می آید (30=6*5)

مرحله 2 : تعیین pH بهینه در فرایند
در این مرحله با توجه به غلظت بهینه کاتالیست ZnO از مرحله 1 ، غلظت رنگ ثابت اولیه (50 میلی گرم در لیتر) و زمان تماس (5-15-30-45-60-75 دقیقه)، pH بهینه در 5 سطح (3-5-7-9-11 ) تعیین می شود بنابراین در این مرحله تعداد نمونه 30 بدست می آید (30=6*5)
مرحله 3 : تاثیر غلظت رنگ بر فرایند
در این مرحله با غلظت بهینه نانوکاتالیست ZnO ، مقدار pH بهینه و زمان تماس (5-15-30-45-60-75 دقیقه)، تاثیر غلظت رنگ بر فرایند کاتالیستی در 3 سطح (10، 50 و 100 میلی گرم در لیتر)تعیین می شود بنابراین در این مرحله تعداد نمونه 18 بدست می آید (18=6*3)
مرحله 4 : تاثیر زمان تماس بر فرایند
در این مرحله با غلظت بهینه نانوکاتالیست ZnO، مقدار pH بهینه و غلظت رنگ بهینه ، فرایند کاتالیستی رنگ در 6 سطح زمانی (5-15-30-45-60-75 دقیقه) تعیین می شود بنابراین در این مرحله تعداد نمونه 6 بدست می آید .
مرحله 5 : تاثیر شرایط بهینه بر معدنی شدن رنگ
با توجه به مشخص شدن شرایط بهینه از مراحل قبل برای مشخص شدن تجزیه کامل رنگ علاوه بر اندازه گیری مقدار جذب در طول موج حداکثر، برای نمونه های فوق آزمایش "سی . او .دی "نیز انجام می شود تا راندمان واقعی حذف و معدنی شدن رنگ بدست آید. که دراین مطالعه تعداد 6 آزمایش "سی. او. دی" انجام می شود.(در این فرایند، نور ماوراء بنفش با عث افزایش تولید رادیکال هیدروکسیل می شود. در طول مطالعه از نور ماوراء بنفش باطول موج UVC استفاده خواهد شد).
روش نمونه گیری(نحوه تخصیص تصادفی و همسانسازی در صورت لزوم ذکر شود)با توجه به نوع مطالعه نمونه سنتتیک در محیط آزمایشگاه توسط محقق ساخته خواهد شد.
روش و ابزار جمع آوري داده ها / صحت و استحکام داده ها (پرسشنامه یا فرم اطلاعاتی ضمیمه شود)نتایج آزمایشگاهی
روش اجرای طرح(با جزئیات بطور کامل شرح داده شود)رنگ مورد استفاده در این مطالعه محصول شرکت الوان ثابت و سایر مواد شیمیایی مورد استفاده در انجام آزمایشات محصولات شرکت مرک آلمان خواهد بود. این مطالعه یک تحقیق بنیادی کاربردی است که به صورت تجربی و در مقیاس آزمایشگاهی بر روی نمونه های سنتتیک در آزمایشگاه دانشکده بهداشت زاهدان انجام می گیرد. آزمایشات به صورت ناپیوسته و درون پایلوت طراحی شده توسط مجری طرح انجام خواهد گرفت. برای خنثی نمودن اثر جذب رنگ توسط نانو ذرات، قبل از شروع فرایند اکسیداسیون نمونه رنگ همراه با نانوذره در شرایط تاریکی قرار می گیرند تا به حالت تعادل برسد. پس از شرایط تاریکی و رسیدن به حالت تعادل، محلول نمونه سنتتیک رنگ همرا با نانوذرات درون آن در معرض نور فرابنفش (لامپ 15 وات درون پایلوت) قرار می گیرد و پس از زمان تماس مورد نظر مقدار درصد حذف رنگ اندازه گیری می شود (37).
در مرحله اول غلظت بهینه نانوکاتالیست ZnO تعیین خواهد شد. که در این مرحله با مقادیر ثابت اولیه pH (بدون تغییر)، غلظت رنگ (50 میلی گرم در لیتر) و زمان تماس (5-15-30-45-60-75) دقیقه غلظت بهینه نانوکاتالیست ZnO در 5 سطح (10-25-50- 75-100 میلی گرم در لیتر) تعیین می شود . در مرحله بعد pH بهینه فرایند با توجه به غلظت بهینه کاتالیست ZnO بدست آمده از مرحله قبل، غلظت رنگ ثابت اولیه (50 میلی گرم در لیتر) و زمان تماس (5-15-30-45-60-75 دقیقه)، pH بهینه در 5 سطح (3-5-7-9-11 ) مورد ازمایش و تعیین می شود. سپس برای تعیین تاثیر غلظت اولیه رنگ بر فرایند، از غلظت بهینه نانوکاتالیست ZnO و مقدار pH بهینه بدست آمده از مراحل قبل و همچنین زمان های تماس (5-15-30-45-60-75 دقیقه)، تاثیر غلظتهای10، 50 و 100 میلی گرم در لیتر رنگ بر فرایند مورد بررسی قرار خواهد گرفت. سپس با غلظت بهینه نانوکاتالیست ZnO، مقدار pH بهینه و غلظت اولیه رنگ بهینه ، فرایند فتوکاتالیستی در 6 سطح زمانی (5-15-30-45-60-75 دقیقه) برای تعیین زمان بهینه فرآیند، مورد آزمایش قرار خواهد گرفت. با توجه به متغیر های بهینه بدست آمده در طول ازمایش برای مشخص شدن تجزیه کامل رنگ، علاوه بر اندازه گیری مقدار جذب در طول موج حداکثر، برای نمونه های فوق آزمایش "سی . او .دی "نیز انجام می شود تا راندمان واقعی حذف و معدنی شدن رنگ بدست آید.

روش تجزیه، تحليل و توصیف داده‌ها (نمونه‌اي از جدول توخالي ضميمه شود و روش هاي آماري مورد استفاده به طور كامل توضيح داده شود)(کیفی و کمی)پس از جمع آوری داده ها با استفاده از نرم افزار Excel 2010 با استفاده از آمار توصیفی منحنی های حذف در شرایط مختلف رسم می شود.
ملاحظات اخلاقی ندارد
محدودیتهای اجرائی طرح و پیش بینی جهت حل آنهاندارد
کلمات کلیدیفتوکاتالیستی، UV/ZnO، رنگ سولفوره
فهرست منابع و مراجع
1.مرتضی ح. طراحی تصفیه خانه های پساب نساجی: انتشارات فنی حسینیان; 1378.
2.علیرضا س. بررسی کارایی گاز دی اکسید کلر جهت حذف رنگ از فاضلاب صنعت نساجی: دانشگاه تهران دانشکده بهداشت،; 1380.
3.ایوب ت. مهندسی محیط زیست: انتشارات کنکاش; 1374.
4.فرجی ع. روشهای تصفیه پساب کارخانجات نساجی. مجله امیر کبیر. 1371;شماره 5.
5. Akbari A, Remigy JC, Aptel P. Treatment of textile dye effluent using a polyamide-based nanofiltration membrane. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification. 2002;41(7):601-9.
6.شمس ن. بررسی تصفیه فاضلابهای نساجی با تاًکید بر روش اکسیداسیون شیمیایی. دانشگاه صنعتی شریف. 1377.
7. Kawamura S. Integrated design of water treatment facilities. 1991.
8. Liu B-J, Torimoto T, Yoneyama H. Photocatalytic reduction of CO2 using surface-modified CdS photocatalysts in organic solvents. Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry. 1998;113(1):93-7.
9. Konstantinou IK, Sakellarides TM, Sakkas VA, Albanis TA. Photocatalytic degradation of selected s-triazine herbicides and organophosphorus insecticides over aqueous TiO 2 suspensions. Environmental science & technology. 2001;35(2):398-405.
10. Kwon T, Song Y, Lee I, Choi J, Rag DY. Photocatalytic behavior of WO3-loaded TiO2 in an oxidation reaction. Journal of Catalysis. 2000;191(1):192-9.
11. Lin H-F, Liao S-C, Hung S-W. The dc thermal plasma synthesis of ZnO nanoparticles for visible-light photocatalyst. Journal of photochemistry and photobiology A: Chemistry. 2005;174(1):82-7.
12. Sakthivel S, Neppolian B, Shankar M, Arabindoo B, Palanichamy M, Murugesan V. Solar photocatalytic degradation of azo dye: comparison of photocatalytic efficiency of ZnO and TiO2. Solar Energy Materials and Solar Cells. 2003;77(1):65-82.
13. Lizama C, Freer J, Baeza J, Mansilla HD. Optimized photodegradation of Reactive Blue 19 on TiO 2 and ZnO suspensions. Catalysis Today. 2002;76(2):235-46.
14. Yeber M, Rodríguez J, Freer J, Baeza J, Durán N, Mansilla HD. Advanced oxidation of a pulp mill bleaching wastewater. Chemosphere. 1999;39(10):1679-88.
15. Khodja AA, Sehili T, Pilichowski J-F, Boule P. Photocatalytic degradation of 2-phenylphenol on TiO2 and ZnO in aqueous suspensions. Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry. 2001;141(2):231-9.
16. Elmolla ES, Chaudhuri M. Degradation of amoxicillin, ampicillin and cloxacillin antibiotics in aqueous solution by the UV/ZnO photocatalytic process. Journal of hazardous materials. 2010;173(1):445-9.
17. Daneshvar N, Aber S, Seyed Dorraji M, Khataee A, Rasoulifard M. Photocatalytic degradation of the insecticide diazinon in the presence of prepared nanocrystalline ZnO powders under irradiation of UV-C light. Separation and purification Technology. 2007;58(1):91-8.
18. Sohrabi M, Ghavami M. Photocatalytic degradation of Direct Red 23 dye using UV/TiO2: Effect of operational parameters. Journal of Hazardous Materials. 2008;153(3):1235-9.
19. Daneshvar N, Rasoulifard M, Khataee A, Hosseinzadeh F. Removal of CI Acid Orange 7 from aqueous solution by UV irradiation in the presence of ZnO nanopowder. Journal of hazardous materials. 2007;143(1):95-101.
20. Yao Y, Xu F, Chen M, Xu Z, Zhu Z. Adsorption behavior of methylene blue on carbon nanotubes. Bioresource technology. 2010;101(9):3040-6.
21. Afkhami A, Moosavi R. Adsorptive removal of Congo red, a carcinogenic textile dye, from aqueous solutions by maghemite nanoparticles. Journal of hazardous materials. 2010;174(1):398-403.
22. Sajjad AKL, Shamaila S, Tian B, Chen F, Zhang J. Comparative studies of operational parameters of degradation of azo dyes in visible light by highly efficient WOx/TiO2 photocatalyst. Journal of Hazardous materials. 2010;177(1):781-91.
23. Bazrafshan E, Mostafapour FK, Hosseini AR, Raksh Khorshid A, Mahvi AH. Decolorisation of Reactive Red 120 Dye by Using Single-Walled Carbon Nanotubes in Aqueous Solutions. Journal of Chemistry. 2012;2013.
24. Khataee A, Vatanpour V, Amani Ghadim A. Decolorization of CI Acid Blue 9 solution by UV/Nano-TiO2 , Fenton, Fenton-like, electro-Fenton and electrocoagulation processes: A comparative study. Journal of Hazardous Materials. 2009;161(2):1225-33.
25. Qu S, Huang F, Yu S, Chen G, Kong J. Magnetic removal of dyes from aqueous solution using multi-walled carbon nanotubes filled with Fe2O3 particles. Journal of Hazardous Materials. 2008;160(2–3):643-7.
26. Hu J, Wang S, Shao D, Dong Y, Li J, Wang X. Adsorption and reduction of chromium (VI) from aqueous solution by multiwalled carbon nanotubes. The Open Environmental & Pollution Toxicology Journal. 2009;1:66-73.
27. Rezaee A, Ghaneian MT, Khavanin A, Hashemian SJ, Moussavi G, Ghanizadeh G, et al. Photochemical oxidation of reactive blue 19 dye (RB19) in textile wastewater by uv/K2S2O8 process Iranian Journal of Environmental Health Science & Engineering. 2008;5(2): .
28. Velegraki T, Poulios I, Charalabaki M, Kalogerakis N, Samaras P, Mantzavinos D. Photocatalytic and sonolytic oxidation of acid orange 7 in aqueous solution. Applied Catalysis B: Environmental. 2006;62(1):159-68.
29. Li Y-H, Di Z, Ding J, Wu D, Luan Z, Zhu Y. Adsorption thermodynamic, kinetic and desorption studies of Pb2+ on carbon nanotubes. Water Research. 2005;39(4):605-9.
30. Gong J-L, Wang B, Zeng G-M, Yang C-P, Niu C-G, Niu Q-Y, et al. Removal of cationic dyes from aqueous solution using magnetic multi-wall carbon nanotube nanocomposite as adsorbent. J Hazard Mater. 2009;164(2-3):1517-22.
31. Daneshvar N, Aber S, Vatanpour V, Rasoulifard MH. Electro-Fenton treatment of dye solution containing Orange II: Influence of operational parameters. Journal of Electroanalytical Chemistry. 2008;615(2):165-74.
32. Choi H-D, Shin M-C, Kim D-H, Jeon C-S, Baek K. Removal characteristics of reactive black 5 using surfactant-modified activated carbon. Desalination. 2008;223(1):290-8.
33. Pengthamkeerati P, Satapanajaru T, Singchan O. Sorption of reactive dye from aqueous solution on biomass fly ash. J Hazard Mater. 2008;153(3):1149-56.
34. Zhang X, Wang Y, Li G, Qu J. Oxidative decomposition of azo dye C.I. Acid Orange 7 (AO7) under microwave electrodeless lamp irradiation in the presence of H2O2. Journal of Hazardous Materials. 2006;134(1–3):183-9.
35. Li Q-L, Yuan D-X, Lin Q-M. Evaluation of multi-walled carbon nanotubes as an adsorbent for trapping volatile organic compounds from environmental samples. Journal of Chromatography A. 2004;1026(1):283-8.
36. Chung-Hsin W. Adsorption of reactive dye onto carbon nanotubes: Equilibrium, kinetics and thermodynamics. Journal of Hazardous Materials. 2007;144(1–2):93-100.
37- Djebbar, K. and T. Sehili, Kinetics of heterogeneous photocatalytic decomposition of 2, 4‐dichlorophenoxyacetic acid over titanium dioxide and zinc oxide in aqueous solution. Pesticide science, 1998. 54(3): p. 269-276.

پیوست ها
hide/show

نام فایل تاریخ درج فایل اندازه فایل دانلود
jambandi davari.docx1393/01/20211250دانلود
zahedan tarh Zn- dye 4.docx1393/03/27142141دانلود
propozal bad az shora.docx1393/05/131653977دانلود