بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش تصفیه فاضلاب کارخانه نساجی بافت آزادی از طریق فناوری فتوکاتالیست با استفاده از نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم در حضور آب اکسیژنه و لامپ UV بررسی شد . به منظور مقایسه و بررسی میزان کارایی سیستم تثبیت نانوذرات دی اکسید تیتانیوم با استفاده از آب شیشه ، از دو روش مجزای سوسپانسیون نانوذرات دی اکسید تیتانیوم در فاضلاب - راکتور بستر متحرک - و نانوذرات تثبیت شده با استفاده از آب شیشه - راکتور بستر ثابت - استفاده شد.
نتایج حاصل از آزمون نشان می دهد که میزان کاهش COD و غلظت رنگ در طول 90 دقیقه در سیستم راکتور بستر متحرک نسبت به راکتور بستر ثابت، به مقدار ناچیز، بیشتر بوده است که این اختلاف با توجه به میزان اتلاف نانوذرات دی اکسیدتیتانیوم، استفاده از صافی های نانو و صرف هزینه ی بالا جهت جداسازی نانو ذرات در سیستم راکتور بستر متحرک، قابل چشم پوشی می باشد . بنابراین در این سیستم تصفیه ، استفاده از سدیم سلیکات به عنوان تثبیت کننده ی نانوذرات دی اکسید تیتانیوم ، مناسب شناخته شده است . همچنین به منظور تعیین مشخصات و بررسی کارایی نانو ذرات استفاده شده در این پژوهش از روشهای آنالیز مختلف از جمله XRD، BET نیز استفاده شده است.
واژه های کلیدی : فاضلاب نساجی، فتوکاتالیست، نانوذرات دی اکسیدتیتانیوم، راکتور بستر ثابت، راکتور بستر متحرک.
مقدمه
استفاده از فناوری های نوین به خصوص فناوری نانو در راستای کاهش اثرات سوء آلودگیهای زیست محیطی، بعنوان یکی از راهکارهای مدیریتی مطرح میباشد . از این رو استفاده از فناوری های نوین با راندمان بالاتر، زمان و هزینه کمت ، قابلیت بالای کنترل محدوده وسیعی از منابع آلوده کننده، تاثیر قابل ملاحظه ای در رفع مسائل زیست محیطی دارد . از جمله مواردی که این فناوری کاربرد خود را در آن متبلور می سازد در ارتباط با منابع آب میباشد زیرا در دسترس بودن آب سالم و پاک یکی از مهمترین مسائل پیش روی بشر بوده و به تدریج که مقدار مصرف آب به خصوص در صنایع افزایش پیدا می کند، مواد آلاینده نیز به طرق مختلف باعث آلوده شدن منابع آبی میشوند و این مسأله در آینده نیز بحرانی تر خواهد شد.
با توجه به آنکه بخش بزرگی از آلاینده های آبهای طبیعی، مواد رنگزای شیمیایی بوده که به صورت صنعتی و خانگی مورد استفاده قرار می گیرند ، نه تنها رنگ نامطلوبی به آب می دهند، بلکه در بعضی موارد خودشان ترکیبات مضری بوده و می توانند توسط اکسایش، آبکافت یا واکنش های شیمیایی دیگر که در آب اتفاق می افتد، محصولات جانبی سمی تو لید نمایند حضور مواد رنگزای شیمیایی علاوه بر آنکه بر آلودگی منابع آبی تأثیر می گذارند، با متوقف نمودن تولید اکسیژن و جلوگیری از نفوذ نور خورشید موجب مرگ موجودات زنده و وارد آمدن صدمات جدی به محیط زیست می گردند.
علاوه بر این، کاربرد مواد رنگزا به علت توسعه صنعتی و تقاضای روزافزو ، افزایش می یابد . امروزه حدود ده هزار ماده رنگزا و رنگدانه در صنایع مختلف استفاده می شود ، تخمین زده شده %1-15 مواد رنگزا در طی فرآیندهای رنگرزی و پرداخت ، هدر می روند و به صورت پساب وارد محیط زیست می شوند بنابراین ، لزوم حذف این آلاینده ها ضروری به نظر می رسد . در این راستا مطالعات وسیعی برای حذف آلودگی پساب های تولید شده توسط صنعت نساجی از طریق فرآیندهای شیمیایی، بیولوژیکی و بیوشیمیایی انجام شده است . یکی از مهم ترین این روش ها ، فرآیند های اکسایش پیشرفته - AOPs - می باشند که در آن تخریب آلاینده های مختلف با کمک رادیکالهای فعالی مانند .OH، .O2- ، HO2. که با نام گونه های اکسیژن فعال شناخته شده اند، انجام می پذیرد.
فرآیند های اکسایش پیشرفته در برگیرنده روشهای مختلفی است که با توجه به تحقیقات نانو فناوری در این شاخه امکان بکارگیری انواع نیم رساناها بویژه نانو ذرات دی اکسید تیتانیم در فرآیند های اکسایش پیشرفته یکی از مهمترین شاخه های آن می باشد دی اکسید تیتانیم بعنوان مطلوبترین فتوکاتالیزور و یکی از 20 ترکیب شیمیایی غیرآلی مهم، بدلیل دارا بودن ویژگیهای خاصی نظیر قدرت پوشش دهی بالا، قدرت همرنگ کنندگی زیاد، مقاومت در برابر اشعه فرابنفش، غیر سمی بودن و مقاومت حرارتی و شیمیایی قابل توجه، در سالهای اخیر بازار مصرف گسترده ای در دنیا یافته است.
به طوری که دی اکسید تیتانیم مهمترین رنگدانه پایه مورد استفاده در بیشتر صنایع رنگ سازی و نیز به عنوان نیم رسانا در سیستم های فتوکاتالیزوری هتروژن در فرآیندهای اکسایش پیشرفته می باشد . از جمله مزایای استفاده از TiO2 در فرآیندهای اکسایش پیشرفته می توان به استفاده از اکسیژن اتمسفر به عنوان عامل اکسید کننده و نیز توانایی تبدیل کامل کربنهای آلی به CO2 اشاره کرد دی اکسید تیتانیم برای تحریک الکترون های باند ظرفیت، منبع نوری با طول موج کوتاه تر از 390 نانومتر ، برای غلبه بر انرژی باند شکاف انرژی لازم دارد.
استفاده از لامپ های تجاری UV با فشار متوسط برای تحریک فتوکاتالیزور دی اکسید تیتانیم در دامنه 200 تا 400 نانومتر رضایت بخش بوده است . لازم به ذکر است که نور خورشید با شدت کمتر ولی پایداری بیشتر طول موج های کوتاه تر از 390 نانومتر را تابش می کند و این امر امکان استفاده از انرژی خورشیدی را در سیستم فتو اکسایش دی اکسید تیتانیم میسر می سازد که البته نسبت به منابع مصنوعی برتری کمی دارد. در این راستا در این کار پژوهشی جهت تصفیه فاضلاب کارخانه نساجی بافت آزادی از دو روش رنگبری و مقایسه ی بین نتایج آن استفاده شده است.
در روش اول ، رنگبری با استفاده از سوسپانسیون نانو ذرات دی اکسیدتیتانیوم در فاضلاب حاوی مواد رنگزا - راکتور بستر متحرک - و در مجاورت آب اکسیژنه و نور فرابنفش - UV - انجام می پذیرد که منجر به حذف رنگزا و سایر آلاینده ها آلی می شود . اما وجود نانو ذرات TiO2 در محلول ، خود نوعی آلودگی محسوب شده که جداسازی نانو ذرات TiO2 از محلول تصفیه شده ، تنها با استفاده از فیلترهای نانو و با هزینه بالایی امکان پذیر می باشد.
در روش دوم برای پوشش دهی نانوذرات دی اکسیدتیتانیوم بر روی دیواره راکتور از آب شیشه استفاده شده است که از جمله مزایای این روش می توان به قابلیت پوشش دهی بر روی سطوح مختلف و فعالیت مناسب سطح جهت آماده سازی، مقاومت در برابر آب و عوامل شیمیایی، مقاومت در برابر نور UV و پایداری مکانیکی اشاره نمود. همچنین به منظور تعیین مشخصات و بررسی کارآیی نانو ذرات تولید شده از روشهای آنالیز مختلف از جمله XRD، BET استفاده شده است .
