توسعه سامانه هيبريدي فوتوالكتروفنتون به همراه جوشش همدما مبتني بر انسداد نسبي جريان با استفاده از فوتوكاتاليست نانوكامپوزيتيTiO2/ZrO2/Fe3O4 سنتز شده با طراحي ساختار زرده@پوسته جهت حذف ناپروكسن از آب

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي شيمي

دكتري

در اين كار پژوهشي ابتدا نمونههاي نانوراكتورهاي سه جزئي ساختاري با معماري زرده@پوسته (Yolk@Double Shell Fe3O4@ZrO2@TiO2 or Y@DS FZT)بر اساس پارامترهاي سنتز ازجمله دماي فرآيند كلسيناسيون، دما و زمان فرآيند سولوترمال تهيه شدند و بهترين نمونه سنتز شده بر اساس كمترين باندگپ انرژي انتخاب شد. مشخصهيابي بهترين نمونه اين نانوراكتور با استفاده از آناليزهايXRD ،EDS ،FESEM ، TEM،BET ،FTIR ، Raman، XPS، TGA، PL، VSM ، PZC و الكتروشيميايي انجام گرفت. يكي از هدف هاي اين مطالعه بررسي تأثير شرايط واكنش سولوترمال و كلسيناسيون بر باندگپ انرژي و بهينه سازي شرايط واكنش نانوراكتورهاي Y@DS FZT با استفاده از يك مدل سه سطحي باكس-بنكن است. علاوه بر اين، تاثير اندازه كريستال و مساحت سطح ويژه (SSA) بر باندگپ انرژي مورد بررسي قرار گرفت. مساحت سطح ويژه، حجم منافذ و اندازه متوسط منافذ نانوراكتورهاي Y@DS FZT به ترتيب برابر 429 مترمربع بر گرم ، 39/0 سانتي متر مكعب در گرم و 22 نانومتر بدست آمد. به منظور تعيين عملكرد بهترين نمونه نانوراكتور Y@DS FZT، فرآيند تخريب فوتوكاتاليستي ناپروكسن بر اساس تأثير چهار عامل فرآيندي غلظت اوليه ناپروكسن، pH اوليه محلول، ميزان فوتوكاتاليست بارگذاري شده و مدت زمان پرتودهي تحت تابش نور مرئي، بوسيله روش پاسخ سطح پاسخ (RSM) مورد بررسي قرار گرفت. طبق نتايج به دست آمده، حداكثر و حداقل ميزان تخريب فوتوكاتاليستي ناپروكسن با استفاده از نانوراكتور Y@DS FZT به ترتيب 100 و 66 درصد بود. به منظور به حداكثر رساندن فعاليت فوتوكاتاليستي پارامترهاي كاتاليست بارگذاري شده، pH محيط واكنش، غلظت اوليه ناپروكسن و زمان تابش به ترتيب بر روي 5/0 گرم بر ليتر، 3 ، 10 ميلي گرم بر ليتر و 60 دقيقه كه منجر به تخريب كامل ناپروكسن شد. در پايان، بهمنظور توسعه سامانه هيبريدي مبتني بر روشهاي اكسيداسيون پيشرفته جهت حذف ناپروكسن در پساب سنتزي، روش تركيبي جوشش همدما مبتني بر انسداد نسبي جريان(FRB) به منظور توليد راديكال هيدروكسيل حاصل از اضمحلال نانوحبابها، بههمراه روشهاي الكتروفنتون(EF) و فوتوالكتروفنتون(PEF) بهعنوان فرآيندهاي ديگر مبتني بر اكسيداسيون پيشرفته، مورد مطالعه قرار گرفت. شرايط بهينه فرآيندي اين بخش از سامانه بر اساس بالاترين نرخ سينتيك واكنش تخريب ناپروكسن در فشار ورودي 4 بار و pH برابر 2 تعيين شد و بر همين اساس بالاترين حد تخريب 43/39% و كاهش اكسيژنخواهي شيميايي(COD) 3/11% با استفاده از فرآيند FRB به تنهايي بدست آمد. روش هاي تركيبي شامل فرآيند FRB به همراه الكتروفنتون (EF) و فوتوالكتروفنتون (PEF) بدون استفاده از ماده شيميايي پراكسيد هيدروژن(H2O2) براي دستيابي به بيشترين مقدار حذف ناپروكسن از پساب سنتز شده مورد بررسي قرار گرفتند. تخريب ناپروكسن 97/98% با كاهش اكسيژنخواهي شيميايي 90٪ براي روش تركيبي FRB به همراه فوتوالكتروفنتون (PEF) در زمان 120 دقيقه به دست آمد در حاليكه از تركيب آن به همراه الكتروفنتون(EF) تخريب 91/89% در زمان 120 دقيقه تصفيه به دست آمد. شاخص تخريب پذيري (DI) براي پساب به دست آمده از تصفيه به روش FRB به تنهايي و همچنين پساب تحت فرآيند تصفيه به همراه الكتروفنتون(EF) و فوتوالكتروفنتون (PEF) محاسبه شد. در انتها نيز هزينه هاي عملياتي روش هاي تصفيه مختلف بر اساس توان مصرفي محاسبه شد و مورد ارزيابي قرار گرفت.

221221

مهندسي شيمي

مهندسي شيمي

دانشگاه صنعتي اصفهان