بخشی از مقاله
چکیده:
در پژوهش حاضر حذف حشرهکش ایمیداکلوپراید طی فرآیندهای فوتوکاتالیستی و فوتواکسیدانی با استفاده از فوتوراکتور پیوسته UV-LED مورد بررسی قرار گرفت. همچنین، اثرات استفاده از نانوذرات تیتانیمدیاکسید، اکسیدآهن مغناطیسی و همچنین مخلوط نانوذرات تیتانیمدیاکسید-اکسیدآهن مغناطیسی تثبیت شده بر روی جداره خارجی لولههای شیشهای مورد آزمایش قرار گرفت. به عنوان نگرشی نو در فرآیندهای اکسایش پیشرفته، استفاده از منابع انرزی تجدیدپذیر نظیر تابش نور خورشید در دستور کار قرار گرفت. همچنین لامپهای فرابنفش LED به عنوان منابع نوری ارزان قیمت و کارا به عنوان جایگزین لامپهای متداول فرابنفش مورد استفاده قرار گرفت. نتایج آنالیزهای FESEM،XRD و همچنین FTIR موید صحت سنتز نانوذرات اکسیدآهنمغناطیسی و همچنین مخلوط کاتالیستهای سنتزی بوده است. نتایج آزمایشهای فوتوکاتالیستی و فوتواکسیدانی و کاتالیستی نشاندهنده آن بود که سیستم دوکاتالیزوری بیشترین کارایی را در حذف آلاینده ایمیداکلوپراید نشان داده است.راندمان فرآیند حذف در این حالت برابر با 70 درصد در مدت زمان 6 ساعت و حجم عملکردی 7230 میلیلیتر بدست آمده است.
واژه های کلیدی: تصفیه آب، پرسولفات، ایمیداکلوپراید، UV-LED، تیتانیمدیاکسید، اکسیدآهنمغناطیسی
مقدمه
آفتکشها ترکیبات سنتزی یا طبیعیاند که برای کنترل یا از بینبردن آفات مورد استفاده قرار میگیرند. آفتکش عبارت است از ترکیب یا مخلوطی از چند ترکیب شیمیایی که برای جلوگیری، از بینبردن، دورکردن و یا کاهشدادن جمعیت حشرات، جوندگان، قارچها، علفهای هرز و یا هر نوع از گیاهان آبی، جانوران و نیز ویروسها، باکتریها و میکروارگانیسمهایی که آفت شناخته میشوند؛ مصرف میشود.آفتکشها را بر حسب آفات مورد هدف به چند گروه تقسیم میکنند که برخی از آنها عبارتند از:حشرهکش1، لاروکش2، کنهکش 3، جوندهکش4، علف کش5 یا دورکننده پرنده6 و گروههای دیگر.[1] ایمیداکلوپراید حشرهکشی سیستمیک، از گروه ایمیدازول است، که با نحوه اثر تماسی و گوارشی طیف وسیعی از آفات نظیر شتهها، مگسهای سفید و زنجرکها را کنترل میکند.
ماده موثر آن توسط بافتهای برگ، ساقه و ریشه جذب و با قرارگرفتن در جریان شیرهنباتی به تمام قسمتهای گیاه منتقل میشود و آفاتی را که در قسمتهای مختلف وجود دارند، نابود میسازد.[2-5] ازمهمترین عوارض مسمومیت تماس با ایمیداکلوپراید سرگیجه و سردردهای شدید را میتوان نام برد. این ماده بهراحتی در آب و خاک نفوذ کرده و باعث آلودگی این منابع میگردد. بر اساس آمارهای آژانس حفاظت محیط زیست ایالات متحده آمریکا1، این ماده جزو آلایندههای خطرناک دستهبندی شده است.[6] مشخصات فیزیکی و شیمیایی و سایر خواص ایمیداکلوپراید در جدول 1 آمده است.
بخش تجربی
جهت بررسی کارایی کاتالیستهای TiO2 و Fe3O4 در حذف حشرهکش ایمیداکلوپراید با استفاده از فوتوراکتورهای UV-LED دو فوتوراکتور پیوسته شش و هشتوجهی طراحی و ساخته شد. تصویر شماتیک فوتوراکتورهای پیوسته به همراه کاتالیستهای تثبیتشده بر روی لولههای آزمایش و روند کلی آزمایش حذف ایمیداکلوپراید در شکل 1 به تصویر کشیده شده است. تثبیت مخلوطTiO2 و Fe3O4 با نسبت1:1 بر روی سطح خارجی لولهی شیشهای به روش سوسپانسیونی انجام شد، که درسوسپانسیون تهیه شده از وزنهای برابری از Fe3O4 و TiO2 در محلول اتانول تهیه شد و به مدت 40 دقیقه در حمام التراسونیک قرار گرفت.
ساختار مولکولی
جهت بررسی صحت سنتز نانوذرات آنالیزهای XRD، FESEMو FTIR در نظر گرفته شد. برای بدست آوردن طول موج ماکزیمم ایمیداکلوپراید - محلول - 20ppm از دستگاه اسپکتروفوتومتری UV-Vis استفاده شد. با گرفتن طیف جذبی در بازه 200nm تا 800nm برای ایمیداکلوپراید توسط دستگاه اسپکتروفوتومتر، از دیاگرام طیف بدستآمده معلوم شد کهطولموج ماکزیمم برای این ماده برابر با max 270nmمیباشد. جهت بررسی خواص ریختشناختی، طیفی و همچنین خواص کاتالیستی کاتالیست تثبیتشده آزمایشهای مختلف در نظر گرفته شد.
نتایج و بحث
طیف XRD، FTIR وآنالیز FESEM2 نشان داده شده در شکلهای 2 الی 4 اکسیدآهنمغناطیسی سنتز شده، دلیلی بر صحت سنتز ترکیب مورد نظر میباشد. تصویر طیف XRD ذراتاکسیدآهنمغناطیسی نشان دهنده آن بود که نمونه سنتز شده با الگوی پراش اشعه ایکس ماده مگنتیت - Fe3O4 - ، تطابق داشته است.[7-9]تثبیت شده بر روی سطح خارجی لوله شیشه- ای،
الف - نانوذرات اکسید آهنمغناطیسی،
ب - نانوذرات تیتانیمدیاکسید،
ج - مخلوط نانوذرات تیتانیمدیاکسید واکسیدآهن مغناطیسی
با توجه به طیف XRD و رابطهی دبای-شرر[7] 1، اندازهی کریستالهای اکسیدآهن سنتز شده23nm بدست آمده است. طیف FTIR مشاهده شده در شکل 3 موید سنتز صحیح اکسیدآهن مغناطیسی میباشد و پیوندهای کششی و خمشی مربوط به اکسیدآهن سنتزی با ارقام موجود در جداول و مقالات برابری داشت. به منظور بررسی خواص ریختشناختی2 سطح ازآنالیزهای میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی - - FESEM استفاده شد. شکلهای4 الف، ب و ج که به ترتیب مربوط به ترکیبهای اکسیدآهن، تیتانیوم دیاکسید و مخلوط آنها میباشد، علاوه بر تایید تثبیت ذرات، دال بر نانومقیاس بودن ذرات بعد از فرآیند تثبیت نیز میباشد.
شکل -4 - الف الی ج - تصاویر FESEM کامپوزیت حاصل از سنتز مخلوط تیتانیمدیاکسید و اکسیدآهن در بزرگنماییهای مختلف میباشد. این تصاویر نشان میدهد که کامپوزیت نانوذرات تیتانیمدیاکسید-نانوذرات اکسیدآهن مغناطیسی، به خوبی بر روی لولههای شیشهای مورد نظر تثبیت شده است. همچنین تخلخل موجود در کامپوزیت تثبیت شده بر روی لوله شیشهای به خوبی قابل مشاهده است. همچنین، نانوذرات اکسیدآهن تخلخل خود را در طول فرآیند تثبیت حفظ کردهاند. تخلخل موجود در این کامپوزیت منجر به افزایش نسبت سطح به حجم جهت انجام بهتر و مناسبتر واکنش میگردد. با توجه به استفاده از شرایط مختلف عملکردی و همچنین استفاده از کاتالیستهای مختلف، میزان کارایی فرآیندهای مختلف جهت حذف آلاینده ایمیداکلوپراید مورد بررسی قرار گرفت. به این ترتیب که آزمایشهای کنترل، مرجع و اصلی مختلفی جهت بررسی تجزیه ایمیداکلوپراید تحت شرایط خود-حذفی - آزمایش کنترل، لوله تثبیتشده با تیتانیمدیاکسید، لوله تثبیت-
