کاربرد کاتالیست گرافین اکساید/اکسید روی برای حذف فتوکاتالیستی رنگ راکتیو رد

در سال های اخیر با افزایش جمعیت ، گسترش صنایع مختلف ، کشاورزی و کمبود آب سالم در جهان ، تصفیه وبازیابی مجدد آب های مصرفی اهمیت ویژه ای پیدا کرده است (1و2) .یکی از دلایل عمده آلودگی آب ها تخلیه پساب مواد رنگزا به محیط های آبی است که  یک معضل بزرگ  جهانی میباشد (3).مقدار رنگ تولیدی در جهان تقریبا یک میلیون تن براورشده است که بیشترین سهم مصرف را صنایع مختلف نظیر تولید لوازم آرایشی بهداشتی ، چرم ، کاغذ و صنایع نساجی به خود اختصاص داده اند مصرف این ترکیبات در فرایند های صنعتی حجم زیادی از پساب های رنگی را تولید می کنند که از لحاظ زیست محیطی تصفیه این نوع فاضلاب الزامی می باشد (4). از خواص مخرب رنگ ها  می توان به جهش زایی ، سرطان زایی وآسیب به محیط زیست اشاره کرد (5و6) ، لذا باید قبل از تخلیه فاضلاب این صنایع ، آلاینده های رنگی تصفیه شوند (7) . وجود آلاینده های رنگی در مقادیر کمتر ازیک میلی گرم در لیتر قابل رویت و حائز اهمیت است (8). میزان تولید رنگ سنتزی مورد استفاده در صنایع مختلف سالانه در جهان به بیش از ده هزار نوع میرسد (5و9).  رنگ ها را بر اساس کاربردی که دارند به انواع راکتیو ، وات ، دایرکت ،اسیدی ، کاتیونی و دیسپرس تقسیم می کنند (10). از بین فرایند های فیزیکی و شیمیایی مختلف از فرایند جذب به عنوان یک تکنیک موثر در حذف رنگ از فاضلاب استفاده می شود (11). بر اساس مطالعات متعددی که انجام شده است از روش ها و فرایند های فیزیکی ، شیمیایی ، بیولوژیکی و یا روش های تلفیقی برای حذف رنگ فاضلاب می توان بهره برد از آنجا که رنک ها در برابر تجزیه بیولوژیکی مقاوم هستند برای حذفشان اغلب از روش های فیزیکی و شیمیایی نظیر انعقاد و لخته سازی ، جذب سطحی ، اکسیداسیون و فرایندهای غشایی استفاده می شود (12و13 و 14 ). به دلیل دارا بودن خاصیت سمی رنگها در روش جذب بیولوژیکی اختلال به وجود می اید

گرافن و گرافن اصلاح شده (مشتقات شیمیایی گرافن) به دلیل سطح ویژه زیاد ، بسترهای بسیار مناسبی برای تثبیت نانوذرات مغناطیسی هستند [16]. چندین روش برای تهیه مشتقات گرافن گزارش شده است. در سال 2009 ، یانگ و همکاران اکسید گرافن مغناطیسی را با تجزیه حرارتی پیش ماده آهن آماده کرد [17]. در مطالعه دیگری ، یانگ و همکاران اکسید گرافن مغناطیسی را از طریق واکنش اکسید گرافن با استیل استونات آهن (III) در دمای بالا آماده می کند [16]. مطالعات نشان داده است که کامپوزیتهای مغناطیسی بر پایه مشتقات گرافن جاذبهای عالی برای جذب فلزات سنگین هستند [18 ، 19]. لینگامدین و همکاران جذب یونهای Pb (II) از محلول آبی را با استفاده از کامپوزیت گرافن مغناطیسی سولفوناته بررسی کرد [20]. کاسیان و همکاران گرافن مغناطیسی عملکردی را در جذب فلزات مانند Cd + 2 ، Cu + 2 و Pb + 2 بررسی کرد [21]. این نانوکامپوزیت حلالیت بسیار خوبی در آب نشان می دهد و با خاصیت مغناطیسی اشباع بالا ، از پتانسیل خوبی به عنوان جدا کننده برخوردار است. این کامپوزیت درصد جذب بالایی را نشان داده است. به طوری که پس از 5 بار استفاده ، 85 درصد ظرفیت جذب دارد

هدف از این کار بررسی پتانسیل و کارایی جذب ZnO-GO برای حذف رنگ راکتیو از محلول های آبی است. خصوصیات کاتالیست تعیین خواهد شد. اثرات پارامترهای عملیاتی مانند pH ، مقدار کاتالیست ، غلظت اولیه رنگ راکتیو، زمان تماس برای تعیین عوامل کنترل مورد تجزیه و تحلیل قرار خواهد گرفت گرفت.

آیا pH در درصد حذف رنگ راکتیو ازمحلولهای آبی  با استفاده از نانو کامپوسیت گرافین اکساید/اکسید روی  موثر است؟

آیا مقدار کاتالیست در درصد حذف رنگ راکتیو ازمحلولهای آبی  با استفاده از نانو کامپوسیت گرافین اکساید/اکسید روی موثر است؟

آیا زمان تماس درصد حذف رنگ راکتیو ازمحلولهای آبی  با استفاده از نانو کامپوسیت گرافین اکساید/اکسید روی  موثر است؟

آیا غلظت در درصد حذف رنگ راکتیو ازمحلولهای آبی  با استفاده از نانو کامپوسیت گرافین اکساید/اکسید روی  موثر است؟

کاربرد کاتالیست گرافین اکساید/اکسید روی برای حذف فتوکاتالیستی رنگ راکتیو رد

تعیین درصد حذف رنگ راکتیو ازمحلولهای آبی  با استفاده از نانو کامپوسیت گرافین اکساید/اکسید روی   بر حسب pH در محیط های آبی

تعیین درصد حذف رنگ راکتیو ازمحلولهای آبی  با استفاده از نانو کامپوسیت گرافین اکساید/اکسید روی  بر حسب مقدار کاتالیست از محیط های آبی

تعیین درصد حذف رنگ راکتیو ازمحلولهای آبی  با استفاده از نانو کامپوسیت گرافین اکساید/اکسید روی   بر حسب زمان تماس از محیط های آبی

تعیین درصد حذف رنگ راکتیو ازمحلولهای آبی  با استفاده از نانو کامپوسیت گرافین اکساید/اکسید روی   بر حسب غلظت  در محیط های آبی

سازمان محیط زیست، شرکت اب و فاضلاب، دانشگاه علوم پزشکی، بیمارستان ها

حذف رنگهای راکتیو از محلولهای آبی توسط کاتالیست گرافین اکساید/اکسید روی

ندارد

تجربی-آزمایشگاهی

نمونه های سنتتیک ساخته شده در آزمایشگاه حاوی محلولهای رنگی

تمام مراحل آزمایش برای پی بردن به خطاهای احتمالی در دو مرحله انجام خواهد شد. بنابراین تعداد نمونه‌های مورد نظر با توجه به بهینه بودن پارامترها و تکرار آزمایشات 44 نمونه می‌باشد.  نمونه ها بصورت سینتیک و  در آزمایشگاه ساخته خواهد شد

غلظت رنگ   25 و 50 و 75 و 100 و 150 و 200

pH   :  3---5--7--9--11

دوز ;کاتالیست   2 /0  ,  4 /0     6 /0    8 /0    1     گرم در لیتر

زمان تماس 10-20-30-45-60-90

روش نمونه گیری نمونه های سینتیک ساخته شده در آزمایشگاه

در آزمایشگاه و با استفاده از نمونه‌های سینتیک ساخته شده محلول نهایی توسط اسپکتروفتومتر تعیین مقدار می‌شود.

کاتالیست مورد نظر از شرکت نانوسای خریداری خواهد شد.

برای انجام فرایند فتوکاتالیستی ابتدا محلول استوک رنگها درست خواهد شد  بدین صورت که با اضافه کردن 1 گرم رنگ در یک لیتر اب مقطر محلول 1000 میلی گرم در لیتر حاصل خواهد شد و سپس با استفاده از فرایند رقیق سازی محلولهای مورد نیاز و غلظت های مورد نیاز درست خواهد شد.

بررسی مطالعات انجام شده در زمینه‌ی حذف رنگ توسط کاتالیست های مختلف‌ نشان داد که مهمترین متغیرهای موثر بر حذف رنگ شامل زمان تماس،  pH محلول، دوز کاتالیست و غلظت اولیه‌ی رنگ و دوز تابش می‌باشد. تمام ازمایشات در ظروف پلاشتیکی 250 میلی لیتری و با ریختن 100 میلی‌لیتر از محلول‌های رنگ با غلظت مشخص از آن و رساندن pH محلول به مقدار مورد نظر و اضافه کردن مقدار مشخصی کاتالیست به آن انجام می شود  نمونه‌های آماده شده برای اختلاط روی شیکر قرار گرفته و با سرعت 120 دور بر دقیقه مخلوط خواهد شد  محلول قبل از مواجهه با تابش فرابنفش به مدت 20 دقیقه در تاریکی به منظور واکنش های جذب و واجذب نگهداری می‌شود و غلظت اندازه گیری شده پس از فرایند به عنوان غلظت اولیه بکار گرفته خواهد شد. منبع تابش لامپ UV با توان اسمی  8 وات می‌باشد که با لوله کوارتزی پوشیده میشود و در وسط راکتور قرار میگیرد. د نمونه مورد نظر با استفاده از صافی واتمن صاف سازی  خواهد گردید غلظت باقیمانده‌ی رنگ نیز توسط دستگاه اسپکتروفوتومتر اندازه گیری خواهد شد و با توجه به منحنی استاندارد مربوط به رنگ ها اندازه‌گیری میشود. درصد حذف رنگ و به ترتیب با استفاده از فرمول های 1 بدست خواهد آمد

R (%)  C_o-C_e/C_o*100

 C₀ غلظت اولیه رنگ برحسب میلی گرم در لیتر، C_e غلظت رنگ در زمان tبرحسب میلی گرم در لیتر، می‌باشد.

پس از انجام فرایند در هر مرحله، نمونه‌های حاصل مورد آزمایش قرار خواهد گرفت و مقدار رنگ باقیمانده بر حسب خود رنگ وCOD  بدست خواهد آمد. در نهایت نمودار های مربوطه بر حسب درصد حذف رسم خواهد شد

ندارد

کاتالیست گرافین اکساید/اکسید- حذف فتوکاتالیستی-رنگ راکتیو رد

 1. Ruan S, Huang W, Zhao M, Song H, Gao Z. A Z-scheme mechanism of the novel ZnO/CuO nn heterojunction for photocatalytic degradation of Acid Orange 7. Materials Science in Semiconductor Processing. 2020;107:104835.

2.             Liu X, Yuan B, Zou J, Wu L, Dai L, Ma H, et al. Cu (II)-enhanced degradation of acid orange 7 by Fe (II)-activated persulfate with hydroxylamine over a wide pH range. Chemosphere. 2020;238:124533.

3.             Kim T-H, Park C, Yang J, Kim S. Comparison of disperse and reactive dye removals by chemical coagulation and Fenton oxidation. Journal of hazardous materials. 2004;112(1-2):95-103.

4.             Wang H, Gao H, Chen M, Xu X, Wang X, Pan C, et al. Microwave-assisted synthesis of reduced graphene oxide/titania nanocomposites as an adsorbent for methylene blue adsorption. Applied Surface Science. 2016;360:840-8.

5.             Jose M, Aswathi P, Sriram K, Parakh P, Prakash H, Shukla S. Ion-exchange bonded H 2 Ti 3 O 7 nanosheets-based magnetic nanocomposite for dye removal via adsorption and its regeneration via synergistic activation of persulfate. RSC Advances. 2016;6(83):80133-44.

6.             Li H, Liu S, Zhao J, Feng N. Removal of reactive dyes from wastewater assisted with kaolin clay by magnesium hydroxide coagulation process. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2016;494:222-7.

7.             Ali IH, Alrafai H. Kinetic, isotherm and thermodynamic studies on biosorption of chromium (VI) by using activated carbon from leaves of Ficus nitida. Chemistry Central Journal. 2016;10(1):1-7.

8.             Haghighi M, Rahmani F, Dehghani R, Tehrani AM, Miranzadeh MB. Photocatalytic reduction of Cr (VI) in aqueous solution over ZnO/HZSM-5 nanocomposite: optimization of ZnO loading and process conditions. Desalin Water Treat. 2017;58:168-80.

9.             Liu X, Li W, Hu R, Wei Y, Yun W, Nian P, et al. Synergistic degradation of acid orange 7 dye by using non-thermal plasma and g-C3N4 /TiO2: Performance, degradation pathways and catalytic mechanism. Chemosphere. 2020;249:126093.

.10.    Zhong X, Xiang L, Royer S, Valange S, Barrault J, Zhang H. Degradation of CI Acid Orange 7 by heterogeneous Fenton oxidation in combination with ultrasonic irradiation. Journal of Chemical Technology & Biotechnology. 2011;86(7):970-

11   A. A. Isari, A. Payan, M. Fattahi, S. Jorfi, B. Kakavandi. Photocatalytic degradation of rhodamine B and real textile wastewater using Fe-doped TiO₂ anchored on reduced graphene oxide (Fe-TiO₂/rGO): characterization and feasibility, mechanism and pathway studies. Appl. Surf. Sci.f. 62 (2018) 549-64.

12     H. Wang, J. Niu, X. Long, Y. He. Sonophotocatalytic degradation of methyl orange by nano-sized Ag/TiO2 particles in aqueous solutions. Ultrason. Sonochem. 15 (2008) 386-392.

13     E. Basturk, M. Işık, M. Karatas. Removal of aniline (Methylene Blue) and azo (Reactive Red 198) dyes by photocatalysis via nano TiO₂. Desalin Water Treat. 143 (2019) 306-31.

14. Yu-ChenLin A, Lin CF, Chiou JM, Hong APK. O3 and O3/H2O2 treatment of sulfonamide and macrolide antibiotics in wastewater. J Hazard Mater 2009; 171(1-3): 452-458.
15. Rozas O, Contreras D, Mondaca MA, PérezMoya M, Mansilla HD. Experimental design of Fenton and photo-Fenton reactions for the treatment of ampicillin solutions. J Hazard Mater 2010; 177(1-3): 1025-1030.
16. Koyuncu I, Arikan OA, Wiesner MR, Rice C. Removal of hormones and antibiotics by nanofiltration membranes. J Memb Sci 2008; 309(1-2): 94-101.
17. Choi KJ, Kim SG, Kim SH. Removal of antibiotics by coagulation and granular activated carbon filtration. J  Hazard Mater 2008; 151(1): 38-43.
18. Choi KJ, Son HJ, Kim SH. Ionic treatment for removal of sulfonamide and tetracycline classes of antibiotic. Sci Total Environ 2007; 387(1-3): 247-256
19. Kim TH, Kim SD, Kim HY, Lim SJ, Lee M, Yu S. Degradation and toxicity assessment of sulfamethoxazole and chlortetracycline using electron beam, ozone and UV. J Hazard Mater 2012; 227-228: 237-242.
20. Crisafully R, Milhome MA, Cavalcante RM, Silveira ER, De Keukeleire D, Nascimento RF. Removal of some polycyclic aromatic hydrocarbons from petrochemical wastewater using low-cost adsorbents of natural origin. Bioresource Technol 2008; 99(10): 4515451.
21. skandariyan A, Azad SS, Rahmani SA, Rastegar A, Alahabadi A. efficiency evaluation of activated carbon making from sycamore wood and treated with ammonium chloride in the removal of amoxicillin from aqueous solutions. 2017; 24(3): 183-189.

ندارد