بخشی از مقاله

خلاصه

نظر به اهمیت جداسازی رنگها از پساب صنابع نساجی به علت اثرات مخرب زیست محیطی آنها روشهای گوناگونی برای حذف رنگ پیشنهاد میشود از جمله این روشها روشهای اکسیداسیون پیشرفته است. در میان فرایندهای اکسیداسیون پیشرفته فرآیند فنتون با استفاده از فتوکاتالیستهای ناهمگن به عنوان یک روش موفق برای حذف رنگهای آلی به کار برده میشود.در این پژوهش، واکنش تخریب فوتوکاتالیستی رمازول بلک - RBB - B با استفاده از فوتوکاتالیست گرافن اکسیدCoFe2O4/ طی واکنش فنتون-مانند در حضور آب اکسیژنه و نور مرئی انجام شد. برای شناسایی کاتالیست تهیه شده روشهای متداول نظیر طیفسنجی SEM,XRD, FT-IR و VSM انجام گرفت. سپس تجزیه فتوکاتالیستی روی رنگ RBB بررسی گردید. لازم به ذکر است که پارامترهای جذب نظیر pH، زمان، مقدار کاتالیست و غلظت آلاینده مورد بررسی قرار گرفت. pH بهینه 3، زمان تماس35 دقیقه ، غلظت رنگ بهینه 20ppm ومقدار کاتالیست بهینه 005/0 g به دست آمد. راندمان رنگبری RBB درمقادیر بهینه % 5/99 به دست آمد.

کلمات کلیدی: گرافن اکسید ، فنتون، CoFe2O4  ، رمازول بلک B

.1 مقدمه

صنایع نساجی یکی از بزرگترین مصرف کنندگان آب هستند که مقدار قابل توجهی پساب تولید میکنند، این پسابها حاوی مقادیر قابل توجهی از ترکیبات آلی رنگزا هستند. رنگزاهای راکتیو با سهم کاربردی 25 بالاترین سهم رنگزاها رابه خود اختصاص دادهاند. رنگزاهای راکتیو دارای عوامل فعالی هستند - وجود گروههای سولفونیک و آمین بر روی مولکولهای اصلی رنگزا - که میتوانند با گروهای هیدروکسیل و یا آمینی الیافی مانند پشم، سلولز و پلی آمیدها پیون شیمیایی تشکیل دهند.[ 1 ] فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته به طور کلی به فرآیندهایی گفته میشود که در آن یک ماده اکسید کننده قوی مانند آب اکسیژنه، ازن و یک کاتالیست مانند اکسید روی، آهن و منگنز در حضور یا عدم حضور منبع تابش اشعه فرابنفش مورد استفاده قرارمیگیرد. این فرآیندها بر پایه تولید رادیکالهای آزاد هیدروکسیل با قدرت اکسیداسیون بالا بوده که سبب تبدیل آلایندههای شیمیایی آلی به مواد معدنی میشود که بیشترین کارایی را در اکسیداسیون ترکیبات آلی مقاوم دارند .

هنگامی که انرژی یک فوتون برابر یا بیشتر از نیمه هدایتگر باشد نتیجه آن برانگیختن - Eg - شکاف انرژی الکترون از باند ظرفیت به باند هدایت است که به علت برانگیختن الکترون باعث تولید حفره در باند ظرفیت میشود. الکترون های تحریک شده و حفرهها میتوانند به طور مستقیم یا غیر مستقیم تولید رادیکال هیدروکسیل کنند که رادیکالهای هیدروکسیل تولید شده مواد آلی را به مواد سادهای مانند آب، دی اکسید کربن، گاز نیتروژن و اسیدهای معدنی تبدیل میکنند.[2] فرایند فنتون یکی از فرایندهای اکسیداسیون پیشرفته است که برای حذف انواع آلودگیهای آلی از آب به کار میرود. فنتون دارای یک سیستم شیمیایی است که در آن یونهای Fe2+ به عنوان احیا کننده و مولکولهای هیدروژن پراکسید به عنوان اکسنده میباشند.از احیای مولکولهای هیدروژن پراکسید رادیکالهای فعال هیدروکسیل تولید میشوند که با ترکیبات آلی همچون رنگزاها واکنش داده و موجب تخریب آنها میشوند.

در فرایند فنتون تخریب عمیق ترکیبات رنگی به دلیل شکستگی باندهای اشباع نشده در مولکولهای رنگ صورت میگیرند.یکی از مزیت های عمده فرایند فنتون این است که فرایند مذکور ترکیبی از اکسیداسیون و انعقاد است که منجر به تولید لجن کمتری نسبت به فرایندهای نام برده میشوند.فرایند فنتون برای پسابهایی که تصفیه بیولوژیکی آنها دشوار است روش مناسبی است. در واکنش شبه فنتون یا فنتون مانند از یون فلزی انتقالی در حالت اکسیداسیون پایین تر مانند Ti2+، Cr3+،Fe3+ ،Co2+ و ... برای جایگزینی یونهای آهن برای واکنش استفاده میشود . >3@

گرافن ورقه ای دو بعدی از اتم های کربن در یک پیکربندی شش ضلعی - لانه زنبوری - می باشد که اتم ها با هیبرید SP2 به هم متصل شده اند.گرافن به دلیل ساختار خود، در زمینه های زیادی ویژگی های منحصر به فردی را نشان می دهد. گرافن به دلیل داشتن ویژگی های عالی مکانیکی، الکتریکی، دمایی، اپتیکی، مساحت سطحی بسیار بالا و امکان کنترل تمام این ویژگی ها از طریق عامل دار کردن شیمیایی، مورد توجه دانشمندان قرار دارد. کامپوزیتهای ساخته شده با گرافن در مقایسه با کامپوزیتهای ساخته شده با نانولولههای کربنی یا دیگر نانوذرات، مستحکمتر، سختتر و کمتر شکننده میباشند. این بدین معنی است که گرافن در توسعه مواد نانوکامپوزیتی نسل آینده میتواند نقش اساسی بازی کند.

استفاده از درصدهای پایین ورقههای گرافن درکامپوزیت به عنوان یک مزیت مطرح است و با توجه به سطح آزاد صفحات گرافن و تمایل به پیوند بالا نسبت به نانولولههای کربنی - تعداد پیوندهای آزاد بیشتری دارد - به طور معمول هنگام استفاده از این ماده از درصدهای وزنی بسیارکم استفاده میگردد تا از گلوله شدن و چسبیدن ذرات به یکدیگر جلوگیری شود. .[4]ویژگیهای کاتالیستی از ویژگیهای قابل توجه گرافن است. بر اساس تحقیقات، گرافن اکسید به عنوان یک بستر برای همگن شدن وپایدار کردن نانو ذرات فلز واکسید فلز مانند Pt، Au، TiO2 و Fe3O4 مورد استفاده قرار می گیرد.[5]دراین مقاله سنتز کامپوزیت گرافن اکسیدCoFe2O4/ و همچنین خواص فتوکاتالیستی و عوامل مؤثر بر افزایش تخریب رنگ رمازول بلک B مورد بررسی قرارگرفت.

.2مواد و روش ها:

.1- 2 دستگاهها و مواد

از دستگاه سانتریفیوژ مدل Universal 320Hettich، حمام التراسونیک مدل Elmasonic 60 H، دستگاه طیف سنجی مادون قرمز * - IR - ، مدل Tensor 27 Bruker با استفاده از قرص KBr، دستگاه پراش پرتو ایکس - XRD - ، مدل Philips PW 1800 Diffractometer، دستگاه اسپکتروفتومتر UV-Vis مدل Cary Varian Bio 100، آون خلأ مدل Memmert، آون معمولی مدل Memmert، ترازو با دقت 0,0001 گرم مدل Sartorius استفاده شد. گرافیت، Graphite Flake، خلوص %99/55، سیگما- آلدریچ، پتاسیم کلرات، KClO3، خلوص % 99/9، مرک، سولفوریک اسید، H2SO4، خلوص%97، مرک، نیتریک اسید، HNO3، خلوص %63، مرک، هیدروکلریک اسید، HCl، خلوص % 37، مرک،آب اکسیزنه ، H2O2، خلوص 30 مرک، اتانول، C2H6O، خلوص %99/9، مرک، آب دیونیزه 4 بار تقطیر، H2O، آهن - III - کلرید 6آبه، FeCl3.6H2O خلوص %99/9، مرک ، کبالت - - IIکلرید 6آبه، CoCl2.6H2O ،خلوص %99/9 مرک ، آمونیاک ، NH3، خلوص %25، مرک . در این تحقیق رنگزای رمازول بلک B مورد استفاده قرارگرفت. این رنگزا جزء دسته راکتیو بوده و ساختار آزوئیک دارد.

.2-2 سنتز گرافن اکسید

برای تهیه این ترکیب، نیتریک اسید 9 - میلی لیتر - ، سولفوریک اسید 18 - میلی لیتر - در یک حمام یخ صفر درجه همراه با هم زدن شدید با یکدیگر مخلوط شده، بعد از آن پودر گرافیت 1 - گرم - آهسته به مخلوط اسیدی اضافه شد. سپس پودر پتاسیم کلرات 11 - گرم - ، در مدت زمان 1 ساعت به آهستگی به مخلوط افزوده شد به طوری که دمای آن از 20 œC فراتر نرود. آنگاه ترکیب مورد نظر در مدت 6 روز در دمای اتاق همراه با هم زدن شدید نگهداری شد. در نهایت به منظور خالصسازی، ترکیب خمیری سیاه رنگ با آب دیونیزه تا رسیدن به pH برابر با 7 شستشو داده شد. در انتها رسوبات به دست آمده در آون خلاء در دمای 60œC خشک شده که در این حالت پودر سیاه رنگ گرافیت اکسید به دست آمد. برای تهیه گرافن اکسید، مقدار معینی از پودر گرافیت اکسید 0/1 - گرم - را در محلولی از آب و اتانول با نسبتهای حجمی برابر تحت التراسونیک به مدت 2 ساعت قرار داده که در اثر این عمل گرافیت اکسید به گرافن اکسید تبدیل می-شود.

.3-2تهیه کامپوزیت گرافن اکسیدCoFe2O4/

برای تهیه این ترکیب محلول آبی گرافن اکسید 0/5 - میلیگرم بر میلی لیتر،40 میلی لیتر - با استفاده از اولتراسونیک به مدت 1 ساعت به دست آمد. محلول های آهن - III - کلرید 6آبه 2 - میلیمول،15 میلیلیتر - و کبالت - II - کلرید 6آبه - 1میلیمول،15 میلیلیتر - به طور جداگانه ساخته و مخلوط شدند. محلول آمونیاک %25 قطره قطره به محلول اضافه شد تا pH برابر 4 به دست آید. سپس محلول گرافن اکسید به آرامی اضافه شد. محلول آمونیاک %25 تا به دست آمدن pH برابر 12 اضافه شد. پس از گذشت 30 دقیقه هم زدن مخلوط واکشگرها به درون تفلون اتوکلاو منتقل شدند و

در متن اصلی مقاله به هم ریختگی وجود ندارد. برای مطالعه بیشتر مقاله آن را خریداری کنید