بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله، قابلیت تجزیه فوتوکاتالیزي رنگزاهاي رنگزاي مستقیم قرمز 23 و رنگزاي مستقیم قرمز 31 رنگبري نانوذره فریت روي به عنوان کاتالیست با استفاده از فرآیند ازناسیون بررسی شد. از دستگاه اسپکتروفوتومتر مرئی – فرابنفش براي بررسی رنگبري و تجزیه فوتوکاتالیزي رنگزاها استفاده شد. تاثیر پارامترهاي گوناگون مانند مقدار نانوکاتالیست و غلظت اولیه رنگزا بر فرآیند تجزیه بررسی گردید. رنگزاهاي مورد مطالعه به طور کامل رنگبري شدند. نتایج این تحقیق نشان داد نانوذره مغناطیس فریت روي به عنوان کاتالیست مغناطیس موثر براي رنگبري و تجزیه فوتوکاتالیزي پسابهاي رنگی در فرآیند ازناسیون استفاده گردد.
-1 مقدمه
کارخانجات نساجی مقادیر زیادي آب مصرف میکنند و یکی از گروههاي بزرگ آلوده کننده آب هستند. صنایع نساجی با توجه به نوع ماده اولیه و محصول از مواد متفاوتی استفاده میکند. سالانه حدود هفتصد هزار تن و بیش از ده هزار نوع رنگزا مصنوعی تولید می شود که بیش از نیمی از این رنگزاها، آزو هستند. نزدیک به 15 درصد از رنگزاهاي تولید شده در جهان در فرآیندهاي مختلف رنگرزي در صنایع نساجی هدر رفته، وارد پساب می شوند.
پساب حاصل از مراحل مختلف تولید - مانند شستشو، رنگرزي و ... - دماي بالایی دارد و شامل مقادیر زیادي مواد آلی، مواد تجزیهناپذیر زیستی، ترکیبات سمی، صابونها و شویندهها، روغن و گریس و مواد بازي و قلیایی است. به علاوه وجود غلظت زیاد نمک در حوضچههاي رنگرزي - نوعاً تا 100 گرم در لیتر - باعث وجود مقدار زیاد نمک در پساب می شود که پالایش و دفع پساب را سختتر میسازد. در نتیجه صنعت نساجی با دو مشکل رنگبري و کاهش مقدار نمک پساب روبروست. به علاوه اکثر رنگزاها در آب بسیار محلولند و تحت شرایط عادي تصفیه بیولوژیک هوازي، تجزیهپذیر نیستند
ازن بعنوان یک اکسیدکننده موثر در تصفیه آب و پساب و همچنین پالایش هوا بکار می رود. استفاده موثر از ازن در همه مواردي که در بالا اشاره شد ضروري است، درنیتجه تحقیقات گسترده با هدف بکارگیري ازناسیون کاتالیزي انجام شده است
فرآیندهاي ازناسیون کاتالیزي چندین پدیده را بکار می گیرند تا بتوانند تجزیه ازن و تولید رادیکالهاي هیدروکسیل را تسهیل نمایند
در ازناسیون کاتالیزي ناهمگن تجزیه ازن بوسیله کاتالیستهاي جامد تسریع می گردد. براي آشکار کردن فعالیت کاتالیزي یک کاتالیست، جذب ازن و یا ملکولهاي آلی بر روي سطح آن انجام شد. جذب ازن در سیستم هاي فاز گاز- جامد مختلف به طور گسترده اي گزارش شده است. با این وجود خیلی سخت است که جذب ازن بر روي سطح جامد در یک محیط آبی بصورت ثابت بماند و بنابراین بحث جامعی تاکنون در این باره منتشر نشده است.
همه مراکز جذب وابسته به فرآیندهاي کاتالیزي، میل بالایی نسبت به آب نشان می دهند. بنابراین جذب ازن باید همزمان در محیط انجام شود، جایی که ملکولهاي ازن با ملکولهاي آب در رقابت هستند.
در نتیجه، تجزیه ازن در سطح کاتالیست معمولا بعنوان یک فاکتور تعیین کننده فعالیت کاتالیست در نظر گرفته می شود. به دلیل ظرفیت بالاي اینگونه سیستمهاي کاتالیزي، تولید رادیکالهاي هیدروکسیل نیز اغلب مشاهده می شود
در این تحقیق از نانوذرات فریت روي براي کاتالیز ازناسیون استفاده خواهد شد این فرآیند یک فرآیند دوستدار محیط زیست محسوب می شود که از لحاظ هزینه عملیاتی نیز مقرون به صرفه است. کاتالیست فریت روي یک کاتالیست مغناطیس است و براي جداسازي آن پس از انجام فرآیند ازناسیون احتیاجی به فیلتراسیون ندارد. سایر کاتالیستها مانند اکسید روي مغناطیس نیستند و معضل فیلتراسیون بعد از انجام فرآیند را دارند.
-2 بخش تجربی
-1-2 مواد
رنگزاهاي مستقیم قرمز 23 و رنگزاي مستقیم قرمز 31 از شرکت سیبا تهیه شد و با گرید تجاري و بدون خالصسازي مورد استفاده قرار گرفت. ساختار شیمیایی رنگزاها در شکل 1 ارائه شده است. سایر مواد شیمیایی از شرکت مرك آلمان خریداري شدند.
شکل :1 ساختار شیمیایی رنگزاهاي مستقیم قرمز 23 و مستقیم قرمز .31
-2-2 روش کار
آزمایشات در یک راکتور در پوشیده با حجم 2 لیتر انجام خواهد گرفت. منبع تولید ازن، ژنراتور ozonica series از شرکت ozoneab Ltd بود که از اکسیژن با جریان 0,06 لیتر بر دقیقه تغذیه خواهد شد. ازن مورد نیاز از طریق لوله سیلیکونی وارد راکتور می گردد. آزمایشات با غلظت اولیه 150 میلی گرم بر لیتر از ماده رنگزا انجام می شود، بجز آزمایشهایی که اثر غلظت رنگزا در آنها بررسی خواهد شد.
در این مورد غلظت در محدوده 50 تا 200 میلی گرم بر لیتر متغیر است. حجم کلی براي محلول رنگی بکارگرفته براي هر آزمایش 1 لیتر و مدت زمان آن 20 دقیقه است. مخلوط کردن محلول در طول آزمایش بوسیله یک همزن انجام می گیرد. نمونه برداري بطور متناوب در زمانهاي مختلف صورت خواهد گرفت.
بعد از هر نمونه برداري کاتالیست با آهنربا از محلول جدا و غلظت رنگزاي موجود در محلول اندازه گیري شد. آزمایشات رنگبري رنگزاها در طول موج ماکزیمم آنها انجام گردید. آزمایشات در دما و فشار محیط انجام شد. براي بررسی تاثیر مقدار کاتالیست بر بازده رنگبري، آزمایشات رنگبري در مقادیر مختلف کاتالیست انجام شد. براي بررسی تاثیر مقدار غلظت رنگزا بر بازده رنگبري کاتالیزي، آزمایشات رنگبري در غلظتهاي مختلف رنگزا 50 - ، 100، 150 و - 200 mg/L انجام شد.
-3 نتایج تجربی و بحث
در فرآیند رنگبري و تجزیه رنگزاها با ازناسیون کاتالیزي در حضور کاتالیست مغناطیس مقدار کاتالیست و غلظت رنگزا به عنوان عوامل تاثیر گذار در فرآیند مطالعه شدند.
-1-3 تاثیر مقدار کاتالیست
براي بررسی تاثیر مقدار نانوکاتالیست مغناطیس در رنگبري و تجزیه رنگزاها با ازناسیون کاتالیزي مقادیر متفاوتی از کاتالیست استفاده شد در حالی که متغیرهاي دیگر ثابت نگهداشته شدند
- شکل . - 2 نتایج نشان می دهند در حضور کاتالیست رنگبري و تجزیه رنگزاها با ازناسیون کاتالیزي با سرعت بیشتري انجام می شود.
رنگبري در دقایق اولیه فرآیند ناشی از تخریب پیوند آزو است و در اثر حمله رادیکالهاي هیدروکسیل انجام می شود. این مرحله اولین مرحله در تخریب رنگزاي آزو می باشد. نتایج نشان داد که ازناسیون کاتالیزي با نانوکاتالیست مغناطیس سنتزي کارایی بالاتري دارد که به دلیل خاصیت کاتالیزي آن می باشد. همچنین افزایش زیاد مقدار کاتالیست تاثیر زیادي در رنگبري ندارد .
شکل :2 تاثیر مقدار کاتالیست بر مقدار رنگبري رنگزاها : - الف - رنگزاي مستقیم قرمز 23 و - ب - رنگزاي مستقیم قرمز .31
-2-3 تاثیر غلظت رنگزا
هم از لحاظ مکانیسمی و هم از لحاظ کاربردي، بررسی وابستگی سرعت واکنش فوتوکاتالیزي به غلظت آلاینده مهم میباشد. سرعت تجزیه به احتمال تشکیل رادیکالهاي هیدروکسیل و احتمال واکنش رادیکالهاي OH• با مولکولهاي رنگزا بستگی دارد. زمانی که غلظتهاي اولیه رنگزا افزایش یابد احتمال واکنش بین مولکولهاي رنگزا و گونههاي اکسیدکننده نیز افزایش مییابد و منجر به افزایش سرعت رنگبري میگردد. در مقابل کارآیی تجزیه رنگزا زمانی که غلظت رنگزا به مقدار بسیار زیادي افزایش یابد کاهش مییابد علت این پدیده این است که در غلظتهاي زیاد رنگزا، تولید رادیکالهاي OH• کاهش مییابد
