بخشی از مقاله
چکیده: در پروژهی حاضر، زئولیت کلینوپتیلولیت طبیعی توسط تکنیک پلاسمای کرونا اصلاح شده است. آنالیزهای متعددی از قبیل SEM و XRD برای تشخیص ترکیب شیمیایی، مورفولوژی و بررسی تخلخل کاتالیست کلینوپتیلولیت طبیعی و اصلاح شده با پلاسما انجام شده است. تصاویری که از میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - قبل و بعد از پلاسما بدست آمده، نشان میدهد که مورفولوژی کاتالیست از میکرو ذره به نانومیله تبدیل شده است.
همچنین عملکرد کاتالیست کلینوپتیلولیت طبیعی و فرآوری شده با پلاسما در فرآیند سونو-شبهفنتون بمنظور حذف آلایندهی دارویی فنازوپیریدین مقایسه شده اند. نتایج نشان میدهد که کلینوپتیلولیت نانومیله در مقایسه با کلینوپتیلولیت طبیعی، کارایی فرآیند سونو شبه فنتون را در مدت زمان بیست دقیقه از % 60/87 تا % 90/14 افزایش داده است. - 5 - pH ، غلظت کاتالیست - 2 گرم بر لیتر - ، غلظت 2 - K2S2 O8 میلی مول بر لیتر - ، توان التراسونیک - 300 وات - و غلظت آلاینده - 10 میلی گرم بر لیتر - از جمله پارامترهای بهینه این فرآیند میباشد.
مقدمه
داروها مجموعهای از ترکیبات شیمیایی هستند که بطورگسترده در زندگی روزمره استفاده میشوند. اغلب این ترکیبات بدلیل سمیت بالا، در برابر روشهای معمول تصفیه و روش بیولوژیکی مقاوم میباشند. بنابراین تصفیه و حذف آلاینده-های دارویی از پسابها و آبهای جاری از اهمیت بالایی برخوردار است. استفاده از روش سونو-شبهفنتون بعنوان یک روش اکسایش پیشرفته بدلیل تولید رادیکالهای فعال با قدرت اکسیدکنندگی بسیار بالا و عدم ورود آلایندهی اضافی به محیط آبی بسیار مورد توجه قرارگرفته است [1] فرآیند سونو-شبهفنتون به دو صورت همگن و ناهمگن قابل انجام است. جداسازی کاتالیست و بازیابی آن از محیط واکنش کاربرد روش همگن را محدود کرده است.
بنابراین برای غلبه بر این محدودیتها روش ناهمگن پیشنهاد میشود. کاتالیستهای ناهمگن به دو نوع کاتالیستهای سنتزی و کاتالیستهای طبیعی تقسیمبندی میشوند. کاتالیستهای طبیعی از لحاظ اقتصادی بسیار مقرون به صرفه میباشند. پیریت، مگنتیت، گوئتیت و زئولیت به عنوان کاتالیست، قابلیت استفاده را در این روش دارند. از بین کاتالیستهای طبیعی، زئولیتها بدلیل ارزانی، متخلخل و غیرسمی بودن میتوانند به عنوان کاتالیست دوستدار محیط زیست در فرآیند سونو-شبهفنتون استفاده شوند.
[2] از میان زئولیتهای طبیعی، کلینوپتیلولیت به دلیل فراوانی بالا در ایران، مقاومت بالا نسبت به شرایط محیطی، ارزان قیمت بودن و خاصیت کاتالیستی میتواند در فرآیند سونو-شبهفنتون بعنوان کاتالیست ناهمگن طبیعی استفاده شود. با این وجود سطح محدود کلینوپتیلولیت طبیعی و تاثیر آن بر انتقال جرم واکنش، استفاده از این کاتالیست را محدود کرده است. به منظور افزایش توانایی زئولیتها جهت حذف آلایندههای آبی، روشهای مختلفی برای اصلاح زئولیتها به کار گرفته شده است. اغلب این روشها نیازمند استفاده از دستگاههای پیچیده و مواد شیمیایی سمی می-باشند. پلاسما گازی یونیزه شامل مولکولهای خنثی، مولکولهای برانگیخته، الکترونها، یونها و رادیکالهای آزاد میباشد .
[3] در این کار پژوهشی بمنظور افزایش کارایی زئولیت کلینوپتیلولیت جهت حذف آلایندهی دارویی فنازوپیریدین، از پلاسما به روش تخلیه کرونا به منظور کاهش ابعاد این زئولیت و تبدیل به نانومیله-های مربوطه استفاده خواهد شد. از تکنیک پلاسما بعنوان یک روش سبز، میتوان بمنظور تبدیل مستقیم کاتالیست طبیعی به کاتالیست نانومیله با عملکرد بالا و بدون واردکردن مواد آلاینده-ی اضافی استفاده کرد.
تخلیهی کرونا یک روش پلاسمای غیر حرارتی میباشد که بین الکترودهای مسطح انجام گرفته و بمنظور فرآوری سطح و تولید نانوکاتالیستها مورد استفاده قرار میگیرد. همچنین از مزایای تکنیک کرونا در مقایسه با سایر روشهای پلاسما میتوان به عملکرد بالای سیستم در فشار اتمسفریک، استفاده از هوا به جای گازهای کاری دیگر از قبیل نیتروژن و آرگون و مدت زمان کم فرآوری اشاره کرد. انتظار میرود این نوع تخلیه در آینده بیشترین کاربرد را داشته باشد .[4]
بخش تجربی
حدود 3 g از میکروذرات کلینوپتیلولیت توزین شده و بین دو الکترود دستگاه پلاسما کرونا قرار میگیرد. ولتاژ 30 کیلووات و فرکانس 300 هرتز بین دو الکترود اعمال میشود. مدت زمان فرآوری 10 دقیقه میباشد. برای تعیین مشخصات کاتالیست فرآوریشده، از آنالیزهای SEM و XRD بهره گرفته شده است. در ادامه کاتالیست فرآوریشده در فرآیند سونو-شبهفنتون به منظور حذف آلایندهی دارویی فنازوپیریدین از آب استفاده شده است.
در این روش 100 میلیلیتر محلول فنازوپیریدین به همراه مقدار مشخصی از کاتالیست به ارلن مایر 250 میلیلیتر منتقل شده و پس از تنظیم pH محلول توسط pH متر، در حمام التراسونیک قرار میگیرد. در زمانهای معین 3 میلیلیتر از نمونه برداشته شده و جذب نمونه توسط دستگاه اسپکتروفوتومتر - UV-Vis - خوانده شده و راندمان تخریب محاسبه میگردد. مدت زمان فرآیند سونو-شبهفنتون، 20 دقیقه میباشد. سپس تاثیر پارامترهای عملیاتی مانند pH، غلظت کاتالیست مصرفی، غلظت K2S2O8، توان التراسونیک و غلظت آلاینده بر روی راندمان حذف فنازوپیریدین توسط فرآیند سونو-شبهفنتون بررسی شده و نمودار مقایسهای فرآیندهای مختلف در شرایط بهینه رسم میشود.
نتایج و بحث
ویژگیهای ساختاری کلینوپتیلولیت نانومیله
برای تشخیص مورفولوژی نانومیلههای کلینوپتیلولیت، تصاویر SEM تهیه شدهاست. شکل - 1 - و - 2 - نمونهای از تصاویر SEM کلینوپتیلولیت طبیعی و نانومیله را تحت فرآوری پلاسمای کرونا نمایش میدهند. نانوکریستالهای یکنواخت میلهای، به وضوح در این تصاویر دیده میشود.
شکل -2 تصویر SEM کلینوپتیلولیت نانومیله.
همچنین، با استفاده از نرم افزار نهامین توزیع قطر نانومیلههای زئولیت کلینوپتیلولیت تعیین شده که %57 قطر نانو میلهها در محدودهی 30-40 نانومتر میباشند. شکل 3a و 3b به ترتیب نمودار XRD کاتالیست طبیعی و نانومیله را نشان میدهد. بررسی نتایج نشان میدهد که پایداری ساختاری کاتالیست بعد از فرآوری پلاسما ثابت میباشد.
