بخشی از مقاله
چکیده:
هدف از انجام این پژوهش، حذف فنل از پسابهای صنعتی به روش اکسیداسیون فنتون با استفاده از روش سطح پاسخ بر مبنای مدل طراحی مرکب مرکزی - - Central Composite Design میباشد. برای این منظور آزمایشات ناپیوسته به منظور ارزیابی اثر متغیرهای مستقل شاملpH ، غلظت پراکسید هیدروژن، غلضت سولفات اهن و زمان تماس انجام گردید. برای انجام آزمایشات از روش سطح پاسخ بر مبنای مدل CCD به منظور ارزیابی اثرات متقابل این متغیرها و از آنالیز واریانس برای تجزیه و تحلیل دادهها استفاده میشود. پس از تجزیه و تحلیل آزمایشات pH معادل با 3و غلظت پراکسید هیدروژن 0/5 مول بر لیتر، غلظت سولفات آهن 0/035 مول بر لیترو زمان تماس 30 دقیقه به عنوان شرایط بهینه برای حذف فنل به میزان 99/9 درصد حاصل شد. مدل تایید شده درجه دوم میباشد و عدد R2 مربوط به این پژوهش %99/26، مقدار R2 تعدیل%98/47 و مقدار R2 پیشگویی 96/11 به دست آمد.
واژه های کلیدی: فنل، اکسیداسیون فنتون، پراکسید هیدروژن ،روش سطح پاسخ، مدل طراحی مرکب مرکزی.
مقدمه
یکی ازپیامدهای توسعه سریع صنایع، تولید حجم زیاد پساب و در نتیجه آلوده شدن منابع آبی و محیط زیست به مواد شیمیایی آلی و غیر آلی میباشد. از جمله این مواد فنل میباشد که در پساب صنایع مختلفی از قبیل پالایشگاههای نفت، کارخانههای پتروشیمی، کارخانههای تولید رزین و1 میباشند. . [3] فنل خالص به عنوان گندزدا جهت ساختپلاستیک وجود دارد .[ ] فنل یکی از هیدروکربنهای آروماتیک سمی است که آژانس حفاظت محیط زیست آمریکا آن را در زمره آلایندههای خطرناک محیطی قرارداده است.[2] فنل با فرمول عمومی C6H5OH یک ترکیب حلقوی است که با نامهای هیدروکسی بنزن یا اسید کربولیک شناخته میشود. فنلها بلورهای سفید سوزنی شکل نیمه شفاف به صورت توده متبلور و جاذب رطوبت بعضی کرمها و صابون ها، داروی بیهوشی دامپزشکی، عامل کلوییدی در چسب، حلال استخراج درپالایشگاهها مورد استفاده قرار میگیرد.
بیشترین کاربرد فنل جهت تولید رزینهای فنلی استفاده میشود 35 - درصد - . فنل از طریق واکنش با استون به بیس فنل آ تبدیل میشود 28 - درصد - . همچنین جهت تولید سیکلوهگزانون استفاده میشود 16 - درصد - .[4]فنل حتی در غلظتهای کم نیز دارای سمیت میباشد. مقدار 1 گرم فنل از طریق خوراکی میتواند برای انسان کشنده باشد. فنل میتواند منجر به سوختگی، سفید شدگی و تخریب پوست گردد. فنل به دلیل فراریت پایین و انحلال پذیری بالا مهمترین خطر در آلودگی آب برای انسان محسوب میشود. .[5] تصفیه ترکیبات حاوی فنل از آبها و پسابهای صنعتی از روشهای متفاوتی بهره گرفته میشود. روشهای مورد استفاده به طور کلی به دو دسته کلی تقسیم میگردد.[6]
الف: تکنولوژی جداسازی فنل از محلولهای آبی
روشهایی مانند تقطیر، استخراج مایع- مایع با حلال، جذب سطحی و جداسازی توسط غشاء را میتوان ذکر کرد .[7-8]
ب: تکنولوژی تخریب فنل در محلول آبی روشهایی مانند اکسیداسیون، حذف بیولوژیکی و فرآیندهای ترکیبی را میتوان ذکر کرد .[9-10]
AOP فرآیندهای اکسید کننده ای برای تجزیه ترکیبات آلی حل شده یا پخش شده در محلول های آبی توسط متدهای شیمیایی و فتو شیمیایی می باشند. فرآیندهای AOP مربوط به تولید رادیکال های آلی می باشند که توسط فتولایز کردن مواد آلی یا واکنش با رادیکال های هیدروکسیل تولید می شوند. به دلیل واکنش پذیری بالای رادیکال هیدروکسیل، این رادیکال بسیار ناپایدار است و باید به صورت پیوسته توسط واکنش های شیمیایی، فتو شیمیایی تولید شود.متدهای مهم در تولید این رادیکال شامل استفاده از ازن در pHقلیایی UV/ O3 UV,O3/H2O2,O3 - pH>8.5 - /Catalyst,Fe+2/H2O2می باشند.[11]
در میان فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته فرآیند فنتون یک روش کاتالیستی بر مبنای تولید رادیکال هیدروکسیل از پراکسید هیدروژن در مجاورت یون های آهن به عنوان کاتالیست هموژن و در محیط اسیدی و شرایط اتمسفریک می باشد.اصول کار فرایندهای اکسیداسیون پیشرفته که توسط معرفهای فنتون انجام می پذیرند را می توان به صورت خلاصه به شرح زیر بیان کرداز مدل های آماری مورد استفاده در طراحی آزمایش، روش پاسخ سطح - - Response Surface می باشد که روشی ساده،موثر و اسلوب مند برای بهینه کردن فرایندهای مختلف می باشد. این روش را می توان به روش طرح مرکب مرکزی - Central - composite و یا باکس بنکن - - Box-Behnken انجام داد. بنابراین هدف از انجام این تحقیق حذف فنل از پسابهای صنعتی توسط روش اکسیداسیون فنتون و بررسی اثرمتقابل متغیرهای مستقل شاملpH ، غلظت پراکسید هیدروژن، غلضت سولفات آهن و زمان تماس بر میزان حذف در وضعیت ناپیوسته - - Batch می باشد.
بخش تجربی
مواد و تجهیزات
این مطالعه، یک مطالعه تجربی- آزمایشگاهی می باشد که در سیستم ناپیوسته انجام گردید. فنل و سایر مواد شیمیایی از شرکت مرک آلمان تهیه گردیده است. ساختار مولکولی فنل در شکل - - 1 نشان داده شده است.برای انجام آزمایش ها از فنل با درجه خلوص 99/9 درصد،معرفهای پتاسیم هگزا سیانو فرات،چهار آمینو آنتیپیرین،بافر با pH=10 شامل آمونیوم کلراید و آمونیاک و آب DM دوبار یونیزه شده استفاده گردید.مقادیر جذب با دستگاه اسپکتروفتومتر UV-VIS DR-6000 ساخت شرکت هچ اندازه گیری و تنظیم pH توسط دستگاه pH متر مدل متلر تولدو انجام شد.برای تنظیم pH از اسید کلریدریک و سود 0/1 نرمال استفاده گردید.
ساخت محلول فنل
از آنجا که فنل جامد سریع رطوبت هوا را جذب می کند، برای توزین دقیق، ابتدا فنل جامد در آون در دمای 80 درجه سانتیگراد قرار داده شد تا ذوب گردد و سپس از حالت مذاب آن به مقدار 1 گرم با ترازوی دیجیتال با دقت 0/1 میلی گرم وزن شد و به داخل یک بالن ژوژه 1 لیتری ریخته شد و با آب دو بار تقطیر به حجم رسانده شد.از محلول فنل 1000میلی گرم بر لیترساخته شده 10 گرم برداشته و به حجم 100 میلی لیتر رسانده تا محلول فنل 100میلی گرم بر لیتر ساخته شود.
دامنه ها و تغیرات
ابتدا یک سری تست های اولیه جهت یافتن محدوده مناسب غلضت از پراکسید هیدروژن ، سولفات آهن، pH و زمان تماس که در آن محدوده ها حذف فنل از محلول بهتر باشد انجام شد.با مشخص شدن غلظتهای مناسب با استفاده از طراحی آزمایش ادامه کار انجام شد.
طراحی آزمایشات
