بخشی از مقاله
خلاصه
یکی از منابع مهم آلاینده محیط زیست، فاضلاب های تولیدی از کارخانه های تولید کننده و مصرف کننده رنگ مانند نساجی، لاستیک، چرم، کاغذ، پلاستیک، چاپ، لوازم آرایشی و فرآورده های معدنی است. تصفیه پساب های رنگی آسان نیست زیرا به دلیل سنتزی بودن رنگ ها و ساختار مولکولی پیچیده آن ها، در برابر تخریب بیولوژیکی مقاوم و در برابر نور، گرما و عوامل اکسیدکننده پایدارند. امروزه تکنیک های بسیاری برای حذف رنگ از پساب های رنگی صنعتی توسعه یافته است که می توان به روش هایی مانند جذب سطحی، تکنیک های فیزیکی-شیمیایی، بیولوژیکی، اکسیداسیون پیشرفته و تخریب الکتروشیمیایی اشاره کرد. فرآیند اکسیداسیون پیشرفته بر اساس توانایی بالای عملکرد رادیکال های هیدروکسیل توصیف می شود. روش فنتون یکی از روشهای اکسیداسیون پیشرفته کارآمد برای تصفیه پساب های حاوی رنگ است. معرف فنتون - - H2O2/Fe2+ با تولید رادیکال های بسیار واکنش پذیر باعث تخریب و حذف رنگ های سنتزی می شود. در این تحقیق، کارایی نانوکاتالیست CuFe2O4 سنتز شده در اکسیداسیون فنتون ناهمگن رنگ متیل اورانژ بررسی شد.
تاثیر سه پارامتر زمان، غلظت هیدروژن پراکسید و مقدار کاتالیزور بر روی حذف رنگ مورد مطالعه قرار گرفت. برای بهینه سازی راندمان حذف رنگ از روش سطح پاسخ بر اساس طراحی Box-Behnken با سه متغیر و سه سطح استفاده شد. شرایط بهینه برای حذف رنگ متیل اورانژ با غلظت 50 میلی گرم بر لیتر در زمان 109/26 دقیقه، با غلظت هیدروژن پراکسید 24/42 میلی مولار و مقدار کاتالیزور 49/88 میلی گرم بدست آمد. نتایج نشان می دهد که با اکسیداسیون پیشرفته فنتون ناهمگن با نانوکاتالیست سنتز شده بیش از %95 حذف رنگ می تواند حاصل شود.
.1 مقدمه
امروزه نگرانی های بسیاری در مورد پساب های رنگی صنایع نساجی و دیگر صنایع تولید رنگ وجود دارد1]،.[2 بیشتر رنگ های استفاده شده در صنایع نساجی رنگ های آزو با یک یا تعداد بیشتری پیوند آزو - - - -N=N است که متصل به یک یا چند حلقه آروماتیک است. متیل اورانژ - - MO از گروه رنگ های آزو است که به طور گسترده در صنایع نساجی، کاغذ و مواد شیمیایی صنعتی به کاربرده می شود. درشکل1 ساختار شیمیایی متیل اورانژ نمایش داده شده است.متیل اورانژ و رنگهای مشابه آن به دلیل سمیت و سرطان زا بودن، تهدیدی جدی برای سلامت بشر و زندگی آبزیان به حساب می آیند. متیل اورانژ با روش های فیزیکی مثل انعقاد و لخته سازی، و جذب سطحی قابل حذف است اما در این روش ها فقط از فازی به فاز دیگر انتقال می یابد. بنابراین روش های مؤثرتری برای حذف آن مورد نیاز است.
امروزه تکنیک های بسیاری برای حذف رنگ از پساب های رنگی صنعتی توسعه یافته است که می توان به روش هایی مانند جذب سطحی، تکنیک های فیزیکی-شیمیایی، بیولوژیکی، اکسیداسیون پیشرفته و تخریب الکتروشیمیایی اشاره کرد.[4] فرآیند اکسیداسیون پیشرفته - AOP - براساس تولید رادیکال های آزاد هیدروکسیل - - OH• تعریف می شود. به وسیله این رادیکال ها، آلودگی های آلی تخریب و به مولکول های ساده تری مانند آب و دی اکسید کربن تبدیل می شوند. به همین دلیل این روش به عنوان یک روش مناسب با کارایی بالا برای تخریب آلودگی های آلی به کار می رود.[5] یکی از روش های فرآیند اکسیداسیون پیشرفته، اکسیداسیون فنتون است که در یک محلول آبی با واکنش بین یون های آهن و هیدروژن پراکسید به عنوان یک اکسیدان قوی، تعداد زیادی رادیکال هیدروکسیل - - OH• تولید می شود6]،.[7 واکنش های انجام شده برای تولید رادیکال های هیدروکسیل عبارتند از:
اما روش فنتون همگن دارای معایبی از جمله حضور آهن در پساب تصفیه شده بیش از اندازه مجاز تخلیه است. امروزه استفاده از روش فنتون ناهمگن با استفاده از فریت های مغناطیسی نظیر CuFe2O4 مورد توجه قرار گرفته است. آهن موجود در مگنتیت که به تولید رادیکالهای هیدروکسیل کمک می کند به صورت محلول نمی باشد. همچنین وجود سایر فلزات نظیر مس سبب تقویت تجزیه هیدروژن پراکسید می شود.هدف از این تحقیق، بررسی رنگبری پساب حاوی ماده رنگزای متیل اورانژ با استفاده از نانوکاتالیست CuFe2O4 در حضور هیدروژن پراکسید می باشد. همچنین اثر پارامترهای عملیاتی موثر بر حذف رنگ، نظیر زمان تماس، غلظت هیدروژن پراکسید و مقدار کاتالیزور با استفاده از روش بهینه سازی سطح پاسخ در این مقاله مورد بحث و بررسی قرار میگیرد.
.2 مواد و روش ها
.1,2 سنتز نانوکاتالیست:
برای سنتز این نانوکاتالیست 2/70 گرم نمک FeCl3.6H2O و 1/70 گرم نمک CuCl2.6H2O در 80 میلی لیتر آب مقطر حل و به مدت یک ساعت بر روی هیتر با دمای حدود 80 درجه سانتی گراد قرار داده شد. سپس به آن محلول 3 مولار NaOH اضافه شد تا pH محلول به 12 برسد. پس از آن 3 قطره اولئیک اسید به عنوان سورفاکتانت اضافه و به مدت 3 ساعت در دمای 80 درجه سانتی گراد برروی هیتر قرار داده شد . پس از آن با آب و سپس اتانول شستشو داده شد تا pH آن خنثی شود. رسوب بدست آمده به مدت 24 ساعت درون آون با دمای 70 درجه سانتی گراد قرار دادیم تا کاملا خشک شود. سپس به مدت 4 ساعت در کوره با دمای 200 درجه سانتی گراد قرار داده شد. رسوب بدست آمده، نانوکاتالیست CuFe2O4 است.[ 8]
.2,2آماده سازی محلول رنگی متیل اورانژ:
برای تهیه محلول 50 میلی گرم بر لیتر متیل اورانژ، ابتدا 250 میلی گرم پودر متیل اورانژ در 500 میلی لیتر آب مقطر حل و محلول 500 میلی گرم بر لیتر از متیل اورانژ آماده گردید. سپس ، 10 میلی لیتر از محلول 500 میلی گرم بر لیتر را به حجم 100 میلی لیتر رسانده و به این ترتیب محلول 50 میلی گرم بر لیتر متیل اورانژ تهیه شد.
.3,2 انجام فرآیند اکسیداسیون فنتون:
100 میلی لیتر از محلول رنگی 50 میلی گرم بر لیتر متیل اورانژ در یک بشر 100 میلی لیتری ریخته شد. سپس با محلول رقیق HCl، pH محلول برروی3 تنظیم شد. پس از آن، طبق طراحی پاسخ سطح تعیین شده که در جدول1 آمده است، هر یک از شرایط مورد بررسی قرار گرفت. محلول بدست آمده پس از حذف سانتریفیوژ شد. سپس به وسیله دستگاه اسپکتروفتومتر جذب آن در طول موج ماکزیمم متیل اورانژ - 464 نانومتر - مورد اندازه گیری قرار گرفت.
