بخشی از مقاله
چکیده: در تحقیق حاضر، نانوذرات روی سولفید دوپه شده با نئودینیوم - Nd-doped ZnS - جهت حذف فوتوکاتالیزوری ماده رنگزای رودامین - Rh-B - B تحت تابش فرابنفش از محلولهای آبی مورد استفاده قرار گرفت. اثر پارامترهای عملیاتی بر روی راندمان حذف با طراحی آزمایش به روش رویه پاسخ - RSM - مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که راندمان حذف با افزایش مقدار کاتالیزور و زمان تابش دهی افزایش و برعکس با افزایش pH محلول و غلظت اولیه رنگزا کاهش می یابد. تحت شرایط بهینه - غلظت اولیه Rh-B برابر 10 میلی گرم بر لیتر؛ مقدار Nd-doped ZnS برابر1 میلی گرم بر لیتر؛ pH برابر 3 و زمان تابش دهی 70 دقیقه - راندمان حذف به 87/5 درصد رسید.
مقدمه
پسابهای خروجی از صنایع نساجی و رنگرزی از جمله منابع آلاینده محیط زیست هستند. رنگزای ردامین B که به عنوان مدل آلاینده در این تحقیق انتخاب شده است، از دسته ترکیبات قرمز بازی زانتن است که به وفور در صنایع نساجی و رنگرزی مورد استفاده قرار می گیرد که در صورت بلع انسان و حیوانات مضر است و موجب تحریک پوست، چشم ها و دستگاه تنفسی می شود 1]و.[2 روشهای مختلف بیولوژیکی، فیزیکوشیمیایی و اکسیداسیون پیشرفته برای حذف چنین ترکیبات آلاینده ای مورد استفاده قرار گرفته است.
[3-5] فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته بر اساس تولید رادیکالهای هیدروکسیل، روشی قدرتمند و غیرانتخابی در تخریب آلاینده های آلی نظیر مواد رنگزا هستند که قادرند محصولات جانبی حاصل از تخریب آلاینده ها را به ترکیبات معدنی نظیر آب و کربن دی اکسید تبدیل نمایند 6]و.[7 فرآیندهای فوتوکاتالیزوری از متداولترین روشهای اکسیداسیون پیشرفته هستند که عملکرد آنها بر پایه یک نیمه رسانا در نقش کاتالیزور و یک منبع نوری مناسب استوار است. در میان کاتالیزورهای مختلف، روی سولفید - ZnS - به دلیل اندازه مناسب گاف انرژی و دارا بودن توانائی بالا در جذب نور فرابنفش از جایگاه ویژه ای برخوردر است.
[8] از جمله مشکلات استفاده از چنین نیمه رساناهایی، نوترکیبی الکترون-حفره تولید شده تحت تابش فرابنفش است که در این راستا، روشهای مختلفی چاره اندیشی شده است که از آن جمله میتوان به دوپینگ نیمه رسانا با فلزات لانتانیدی اشاره کرد. در واقع، افزایش فعالیت فوتوکاتالیزوری نیمه رسانای دوپه شده با لانتانید را می توان به افزایش میزان جذب ذرات آلاینده بر روی سطح کاتالیزور، جلوگیری از نوترکیبی الکترون-حفره و افزایش حساسیت کاتالیزور در جذب نور نسبت داد.
[9] بازده فرآیندهای فوتوکاتالیزوری به عوامل مختلفی همچون؛ غلظت اولیه آلاینده، مقدار کاتالیزور، pH محلول و مدت و شدت تابش دهی بستگی دارد. در روشهای سنتی، آزمایشات بر مبنای تغیر یک متغیر و ثابت نگه داشتن سایر متغییرها بررسی می شد که فرآیندی هزینه بر و وقت گیر بود. امروزه برای احتراز از این مشکل از طراحی آزمایش بهره برده می شود. روش رویه پاسخ - RSM - 1 از جمله روشهای طراحی آزمایش است که مبتنی بر روشهای ریاضی و آماری می باشد. این روش برای بررسی اثر پارامترهای ساده و نیز برهمکنش بین آنها سودمند بوده و براحتی با آن می توان به شرایط بهینه دست یافت. در مطالعه حاضر، حذف فوتوکاتالیزوری ماده رنگزای رودامین - Rh-B - B تحت تابش فرابنفش توسط نانوذرات روی سولفید دوپه شده با نئودینیوم - Nd-doped ZnS - با طراحی آزمایش یه روش RSM بررسی شده است.
تحلیل واریانس، جهت ارزیابی صحت و دقت مدل ارائه شده مورد استفاده قرار گرفت. بر اساس نتایج تحلیل واریانس، مقدار F و p مدل به ترتیب برابر 71/08 و >0/0001 است که نشان میدهد مدل بطور کامل معنی دار است و همانطور که از جدول - 2 - مشاهده می شود، رابطه خوبی بین نتایج تجربی و تئوری وجود داردنهایتاً،. نتایج ارزیابی فرآیند با رسم نمودارهای سه بعدی و یافتن شرایط بهینه دنبال شد.
همانطور که از شکل - 1 - مشاهده می شود، راندمان حذف با افزایش مقدار کاتالیزور و زمان تابش دهی افزایش و برعکس با افزایش pH محلول و غلظت اولیه رنگزا کاهش می یابد. نقش مثبت کاتالیزور در افزایش راندمان حذف رنگزا، به افزایش میزان دسترسی مکانهای فعال و در نتیجه افزایش میزان تولید رادیکالهای هیدروکسیل نسبت داده می شود .[11] همچنین افزایش مدت زمان تابش دهی منجر به افزایش میزان جذب سطحی مولکولهای رنگزا بر روی سطح کاتالیزور می شود که به این ترتیب، فرصت حمله گونه های فعال نظیر رادیکالهای هیدروکسیل به مولکولهای هدف - ماده رنگزای - Rh-B افزایش می یابد.
[12] از طرف دیگر راندمان حذف با کاهش pH محلول افزایش می یابد که دلیل آن به pH نقطه ایزوالکتریک سطح Nd-doped ZnS نسبت داده می-شود که تقریباً برابر با 6 است. در واقع با افزایش مقدار pH محلول، دافعه الکترواستاتیکی بین سطح کاتالیزور و ذرات رنگزا منجر به کاهش راندمان حذف می شود. با افزایش غلظت اولیه و در نتیجه افزایش تعداد مولکولهای رنگزا، تعداد محدود و معینی از گونه های اکسید کننده - رادیکالهای هیدروکسیل - قادر به تخریب و حذف حجم انبوهی از ذرات آلاینده رنگزا نیستند .[13] بهینه سازی فرآیند با CCD بر پایه RSM نشان داد که تحت شرایط بهینه - غلظت اولیه Rh-B برابر 10 میلی گرم بر لیتر؛ مقدار Nd-doped ZnS برابر1 میلی گرم بر لیتر؛ pH برابر 3 و زمان تابش دهی 70 دقیقه - راندمان حذف به 87/5 درصد رسید. انجام آزمایشات تحت شرایط بهینه صحت مدلسازی فرآیند را تائید کرد.
