بخشی از مقاله
چکیده
فتوکاتالیستTiO2 با استفاده از مخمر نان و با روش سل-ژل به منظور تخریب آلایندههای آلی موجود در آب برج خنک کننده سنتز گردید و به منظور بررسی خواص TiO2 سنتز شده، آنالیزهای XRD و BET بر روی آنصورت گرفت. عملکرد فتوکاتالیست سنتز شده در فتوراکتوری به حجم 1 لیتر و با شرایط عملیاتی مختلف مورد استفاده قرار گرفت.
طبق نتایج بدست آمده، فتوکاتالیست سنتز شده با استفاده از مخمر نان عملکرد بسیار خوبی در تخریب آلایندههای آلی از خود نشان داد. همچنین شرایط عملیاتی مختلفی از نظر شدت تابش و غلظت کاتالیست در این فرآیند مورد بررسی قرار گرفتند کهبیشترین بازده در تخریب آلایندههای آلی موجود در آب در شدت تابشی برابر با 64W و غلظت کاتالیستی برابر با gL-0/61 بدست آمد.
-1 مقدمه
با توسعه شهرها و افزایش جمعیت و گسترش روز به روز صنایع، اهمیت کنترل آلودگی محیط زیست، هر روز بیش از پیش احساس میگردد. یکی از فرآیندهایی که سبب افزایش این آلودگیها شده است، فرآیندی است که در برجهای خنککننده انجام میشود. در برجهای خنککننده هدف جذب گرمای آب است که در اثر خنککردن تجهیزات فرآیندی به آن منتقل شده است.
در این فرآیند مشکلات عمدهای مانند خوردگی، ایجاد رسوبات، رشدبیولوژیکی و به دنبال آن نشتی هیدروکربنها به آب وجود دارد که این امر علاوه بر کاهش راندمان فرآیند سبب آلودگی آب خواهد شد. بنابراین نیاز به تصفیه آب و تخریب آلایندههای آن وجود دارد. در بین فرآیندهای مختلفی که برای تصفیه آب مورد استفاده قرار میگیرند،فرآیند اکسیداسیون فتوکاتالیستی به عنوان یک روش جذاب و موفق برای تجزیه انواع آلاینده های آلی به حساب میآید که علاوه بر توانایی تخریب کامل آلاینده، نیازی به تصفیههای ثانویه نخواهد داشت
در این مطالعه از فرآیند اکسیداسیون فتوکاتالیستی و فتوکاتالیست تیتانیومدی اکسید که با استفاده از مخمر نان سنتز شده برای تخریب آلایندههای آلی موجود در آب برج خنککننده یکی از واحدهای پتروشیمی در جنوب کشوراستفاده شد.
-2 فرآیند اکسیداسیون فتوکاتالیستی
در فرآیند اکسیداسیون فتوکاتالیستی، فتوکاتالیست که نیمههادیهایی مانند TiO2و یا ZnOهستند در اثر تابش نور مناسب برانگیخته شده و یک الکترون از باند والانس به باند هدایتآن منتقل خواهد شد. بدین ترتیب جفت الکترون-حفره در باندهای والانس و هدایت شکل میگیرد. الکترون در حضور مولکول اکسیژن تبدیل به سوپرکسید میشود و متعاقبا با یون هیدروژن واکنش داده و هیدروپروکسیل را تشکیل میدهد. در باند والانس نیز حفره ایجاد شده سبب میشود که یون هیدروکسید تبدیل به رادیکال هیدروکسیل شود. در نهایت وجود رادیکالهای آزاد هیدروکسیل و هیدروپروکسیل باعث تخریب آلایندههای آلی خواهند شد
شکل :1 فرآیندفتوکاتالیستی روی سطح تیتانیوم دی اکسید
-3 آزمایشات
3-1 مواد
اسید کلریدریک - %38 - ، اتانول، آمونیاک - %25 - ، گلوکز، مخمرنان، آب مقطر وتیتانیوم ایزوپراکسید در این کار مورد استفاده قرار گرفتند. محلول 1 مولار از NaOH، نیز برای تنظیم pH اولیه محلولها به کار رفت.پساب مورد استفاده جهت انجام آزمایش نیز از برج خنک کننده واحد پتروشیمی تهیه گردید.
-3-2 سنتز فتوکاتالیست
ابتدا محلول آب و گلوکز به خوبی حل شده و سپس مخمر به آرامی به آن اضافه میشود تا محلول یکنواخت ایجاد شود. - محلول اول - در مرحلهی بعد 10 میلی لیتر از تیتانیومایزوپراکسید و 20 میلی لیتر از اسید کلریدریک را با یکدیگر مخلوط کرده و همزده میشود. سپس امولسیون اسید کلریدریک و تیتانیوم به آرامی به محلول مخمری که بر روی استیرر قرار دارد - محلول اول - اضافه میشود و به مدت 24 ساعت همزده می-شود.بعد این مدت زمان، رسوب سفید رنگ تشکیل شدهجمع آوری شدهو با آب و اتانول شسته میشود. در ادامه فتوکاتالیست بدست آمده را در آون با دمای 100 درجه ی سانتیگراد قرار داده تا خشک شود و در نهایت نیزفتوکاتالیست در کورهایبا دمای 400 درجهی سانتیگراد کلسینه میشود.
-3-3 اندازهگیری فعالیت فتوکاتالیستی
در این مطالعه از یک فتوراکتور استوانهای به صورت ناپیوسته با حجم 1 لیتر استفاده شد. ابتدا مقدار مناسبی از فتوکاتالیست سنتز شده با محلول پساب مورد نظر کاملا در فتوراکتور مخلوط شده تا محلول یکنواختی ایجاد گردد. سپس لامپ UV با شدت تابشی مشخص 32W - الی - 64W که در میانهی راکتور تعبیه شده بود روشن میشود. در فاصلهی زمانی 30 دقیقه از فتوراکتور نمونه برداری شده و با استفاده از تعیین CODنمونهها میزان تخریب آلاینده ها محاسبه گردید.
-4 نتایج و بحث
-4-1 آنالیزها
در شکل 2 نتیجهی آنالیز XRD انجام شده بر روی فتوکاتالیست سنتز شده را مشاهده میکنید. با توجه به این که تیتانیوم دی اکسید در دمای 400 درجه سانتیگراد کلسینه شد، فاز آن باید آناتاز باشد که نتیجه بدست آمده از آنالیز XRD نیز این موضوع را تایید میکند.[3] سطح ویژه فتوکاتالیست سنتز شده نیز با استفاده از آنالیز BET تعیین گردید که سطح ویژه برای تیتانیوم دی اکسید سنتزی برابر با 52m2g-1 بدست آمد.
