بخشی از مقاله
خلاصه
در این مطالعه تجزیه فتوکاتالیستی رنگ آزویی - Acid Orange 156 - AO156 در محلول آبی با استفاده از ذرات فریت کبالت - CoFe2O4 - به کارگیری شد تا میزان تجزیه رنگ مورد نظر ارتقا بخشد. خواص و ویژگی ذرات به وسیله میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - و تفرق - پراش - اشعه - XRD - X بررسی شد. فتوراکتور با جریان چرخه برگشتی و حجم 1/5 لیتر و مجهز به لامپ UV-C - 15W - به کار رفت. تأثیر پارامترهای عملیاتی مانند pH، مقدار کاتالیست، غلظت H2O2 و دما مورد مطالعه قرار گرفت. بیشترین راندمان در شرایط بهینه با pH برابر 6، مقدار کاتالیست 20mg/lit، غلظت 60ppm H2O2 و دما 35 درجه سانتی گراد مشاهده گردید. واکنش درجه اول با ثابت سرعت k=0.0512 min 1 برای تجزیه فتوکاتالیستی رنگ مشاهده شد.
کلمات کلیدی: آلاینده آزویی، فوتوراکتور، کاتالیست، فرایند اکسیداسیون پیشرفته، رنگبری
.1 مقدمه
صنایع مختلف نساجی، چرم، پارچه و رنگ سازی و نیز پساب های خانگی از مهم ترین منابع آلودگی های محیط زیست به شمار می آیند. آلودگی محیط زیست به وسیله مواد شیمیائی مختلف، از مهم ترین مشکلات مطرح و جدی در جهان ما می باشد. از آن جایی که مواد شیمیائی آلی طیف وسیعی از آلاینده را شامل می شوند، توجه محققینی را که در زمینه آلاینده های محیط زیست فعالیت می کنند به خود جلب نموده است. به دلیل این که این مواد بسیار پایدار هستند و دارای طول عمر نسبتا طولانی می باشند تجزیه بیوشیمیایی این ترکیبات اغلب آهسته و ناکافی می باشد و مدت های بسیار طولانی در طبیعت باقی مانده و ضررهای جبران ناپذیری را به محیط زیست وارد می آورند.
با توجه به کمبود منابع آب شیرین و وجود مشکلات زیست محیطی به دلیل آلودگی این منابع در سال های اخیر در جهان و به خصوص در ایران، لازم است حداکثر استفاده از منابع موجود آب انجام گیرد و از آلوده شدن این منابع پرارزش و حیاتی جلوگیری شود. تصفیه پساب های صنایع مختلف از جمله مناسب ترین و کاربردی ترین روش های مؤثر در این زمینه محسوب می گردد. از جمله صنایعی که گستردگی وسیعی در جهان دارند، صنایع رنگرزی و نساجی می باشند، این صنایع از جمله بزرگ ترین مصرف کنندگان آب هستند و از این رو مقدار قابل توجهی پساب که بخش اصلی تشکیل دهنده آن ها باقیمانده رنگ ها می باشد نیز در این صنایع تولید می گردد. بر طبق آمار موجود حدود پانزده درصد از کلیه رنگ های تولیدی جهان درصنایع نساجی به مصرف می رسد.
در صورتی که پساب های رنگی تولید شده در این صنایع بدون انجام مراحل تصفیه مناسب وارد محیط زیست شوند می توانند به روش های مختلف اکوسیستم آب را تحت تاً ثیر قرار دهند . ترکیبات رنگی به کار رفته در این صنایع اغلب از جمله موادی هستند که توسط میکروارگانیسم ها قابل تجزیه شدن نمی باشند و به علت سمی بودن باعث مرگ و میر موجودات آبزی آب ها می گردند و از طرف دیگر به علت کاهش نفوذ نور به درون آب، فتوسنتز گیاهان آبزی را کاهش می دهند. از طرف دیگر بخش عمده ای از آب به صورت پساب در آمده و به این ترتیب کمبود منابع آب نیز تشدید می گردد.[1-3]
از میان انواع مختلف رنگ های مورد استفاده در صنایع نساجی، رنگ های آزو از تنوع و کاربرد بسیار بالایی برخوردار بوده و از جمله رنگ های مقاوم در برابر روش های متداول تجزیه بیولوژیک، محسوب شده و از سمیت بالایی نیز برخوردار می باشند.[4] در این مطالعه، از روش تجزیه فوتوکاتالیزوری با استفاده از تابش فرابنفش در حضور ذرات فریت کبالت - CoFe2O4 - جهت تجزیه آلاینده رنگی آزویی Acid Orange 156 در محلول های آبی استفاده شد و تاثیر پارامترهای عملیاتی مورد استفاده قرار گرفت.
.2,1 معرف ها
نیترات کبالت Co - NO3 - 2.6H2O و نیترات آهن Fe - NO3 - 3.9H2O ساخت شرکت آلمانی Merck، نمونه سنتزی رنگ آزوییAcid Orange 156 از شرکت ایرانی الوان ثابت همدان بدون هیچ گونه خالص سازی تهیه گردید. ساختار و ویژگی های رنگ سنتزی مورد استفاده در جدول 1 آورده شده است. برای تنظیم pH محلول ها از سولفوریک اسید 0/1 نرمال و سدیم هیدروکسید 0/1 نرمال استفاده شد. برای تهیه محلول ها از آب مقطر دوبار تقطیر استفاده شد. بقیه مواد مورد استفاده ساخت شرکت آلمانی مرک Merck بود.
.2,2 فوتو راکتور
لامپ مورد استفاده در این فرآیند از نوع UV-C با توان 15 وات ساخت شرکت فیلیپس به قطر 2/5 سانتی متر و طول 43 سانتی متر می باشد این لامپ از نوع کم فشار جیوه ای میباشد که پرتو فرابنفش تولید می کنند. راکتور با جریان چرخشی - برگشتی - از جنس پلی پروپیلن و با حجم موثر 1/5 لیتر می باشد. یک لامپ UV به طور مستقیم درون راکتور قرار گرفت و به طور مناسب عایق بندی شد. برای به گردش درآمدن محلول در راکتور از یک پمپ استفاده شد. جریان برگشتی در قسمت دیگر راکتور به سمت ظرفی که یک پمپ در درون آن ظرف تعبیه شده بود، در حال گردش بود که در مسیر ظرف و راکتور یک مبرد به منظور تنظیم دمای محلول درون راکتور استفاده شد. کنترل دما با استفاده از سیستم گردش آب صورت گرفت. نمونهگیری به صورت دستی در فواصل زمانی منظم از راکتور انجام گرفت.
.2,3 دستگاه ها
اندازه گیری میزان جذب محلول ها با استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتر UV-vis spectrophotometer, Jenway - 6505 - صورت گرفت. برای تنظیم دقیق pH از دستگاه pH متر Metrohm استفاده گردید. جهت تشخیص ساختار، مرفولوژی و اندازه ذرات کاتالیست از دستگاه XRD مدلD8 ADVANCED و SEM مدل Philips XL30 استفاده شد. همچنین برای اندازه گیری شاخص ترکیبات آلی در پساب از دستگاه COD متر مدل AL250 AQUALYTIC استفاده شد.
.2,4 سنتز کاتالیست CoFe2O4
برای تهیه کاتالیست [5] CoFe2O4 از روش هم رسوبی استفاده شد. ابتدا 60cc محلول 2/5 مولار نیترات آهن - - و 60cc محلول 1/25 مولار نیترات کبالت تهیه شد. سپس این دو محلول با یکدیگر مخلوط شدند. محلول 6 NaOH مولار قطره قطره به مخلوط حاصله اضافه شد تا pH محلول تقریبا برابر 10 شود. در این مرحله محلول 1 FeCl2 مولار به صورت آهسته به مخلوط اضافه شد تا نسبت مولی Fe2+/Fe3+ برابر 0/02 به دست آید. سپس به مخلوط حاصله دوباره محلول 6 NaOH مولار قطره قطره اضافه شد تا pH محلول دقیقا برابر 10 شود. مخلوط حاصله به مدت 2 ساعت رفلاکس شد تا ذرات CoFe2O4 ایجاد شود. ذرات ایجاد شده چندین بار با آب مقطر دو بار تقطیر شستشو داده شد. رسوبات حاصله را به مدت 2 ساعت در آون در دمای 110 درجه سانتی گراد قرار داده تا خشک شوند. سپس رسوبات به مدت 4 ساعت در کوره الکتریکی در دمای 700 درجه سانتی گراد قرار داده شد. در ادامه رسوبات را در داخل هاون چینی پودر کرده و از الک ASTM مش 100 عبور داده شد.
.2,5 روش کار
جهت انجام فرآیند فوتوکاتالیستی، ابتدا کاتالیست تهیه شده با مقادیرجرمی متفاوت - برحسب - mg/lit و آب اکسیژنه نیز با غلظت های متفاوت - بر حسب - ppm به محلول رنگ با غلظت مشخص40ppm اضافه گردید و سپس با افزودن سدیم هیدروکسید و یا سولفوریک اسید pH های مورد نظر محلول تنظیم شد. محلول به مدت30 دقیقه در تاریکی قرا
