بخشی از مقاله
چکیده:
فاضلابهای رنگی تولید شده توسط صنایع مختلف از جمله صنایع نساجی، کاغذ سازی، لاستیک و پلاستیک سازی در صورت تخلیه به محیط بدون انجام تصفیه، باعث ایجاد مشکلات فراوانی برای محیط زیست می شوند. وجود مقدار ناچیز رنگ در آب، نه تنها موجب کدورت آب شده بلکه غلظت اکسیژن محلول در آب را نیز کاهش می دهد. همچنین تخلیه پسابهای رنگی به آبهای پذیرنده می تواند موجب ایجاد سمیت برای اکوسیستم ها و نیز احتمال تجمع زیستی در موجودات این محیط ها شود. هدف از این مطالعه رنگزدایی از متیلن بلو به روش فتوکاتالیست می باشد. در این پروژه پلی اکسومتالات - H4SiW12O40 - که بر روی بسترهای تیتانیوم دی اکسید - TiO2 - و کیتوسان - CS - به روش سل- ژل تثبیت شده، به عنوان فتوکاتالیست H4SiW12O40-TiO2@CS استفاده شده است. مواد سنتز شده با استفاده از روش های مختلفی شامل طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه - FT - IR - ، میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - شناسایی و بررسی گردیدند. فرآیند رنگ زدایی در مقدار گرم متفاوت از فتوکاتالیست و در نور مرئی و تاریکی صورت گرفت که بهترین حالت ممکن مقدار 0,02 گرم فتوکاتالیست و قرار دادن در زیر نور UV می باشد. که با استفاده از طیف سنجی UV - vis در بازه 400 تا 800 مقدار حذف رنگ محاسبه شده است.
واژه های کلیدی: فتوکاتالیست، نانوکامپوزیت، پلیاکسو متالات.
مقدمه
یکی از مهمترین آلاینده های صنعتی رنگها می باشند.. رنگ ها،نقش حیاتی در شاخه های مختلف رنگرزی و صنایع نساجی دارد. بیش از 100000 نوع رنگ مصنوعی در دسترس است که اغلب بصورت تجاری در صنایع استفاده می شود. این رنگها معمولا ازدو منبع اصلی مشتق شده که به عنوان مثال می توان به قطران زغال ستگ و نفت اشاره کردکه در مجموع تولید سالانه آن به بیش از700 هزار تن می رسد .[1] غلظت رنگ موجود در فاضلاب متنوع بوده و به نوع صنعت مربوطه بستگی دارد. رنگ متیلن بلویکی از مواد پرمصرف در صنعت است که برای رنگ کاری کتان، صنایع کاغذسازی، رنگ مو، چوب و ابریشم استفاده میشود .[2] در بین انواع رنگها، متیلن بلو یک ترکیب آروماتیک چند هسته ای است که باعث مشکلاتی از جمله تنگی نفس، تهوع، استفراغ، اسهال و گاستروآنتریت می شود .[3]
برای رنگزدایی فاضلابهای صنعتی، روشهای مختلفی وجود دارد، که عبارتند از: فرآیند جذب سطحی، فرآیندهای غشایی، احیاء شیمیایی، انعقادو لخته سازی، تکنیک های الکتروشیمیایی، تبادل یونی، اکسیداسیون شیمیایی، تصفیه بیولوژیکی، فتوکاتالیستی و .[4] فتوکاتالیست های ناهمگن به عنوان یک روش کارآمد، برای تنزل رنگ در شرایط جوی استفاده می شود [5]، که نور خورشید را در حضور فتوکاتالیست های نیمه هادی برای سرعت بخشیدنوبازسازی آلاینده های زیست محیطی و تخریبی بسیار سمی مورد استفاده قرار داده است .[6] نوع اشعه مورد استفاده بستگی به نوع کاتالیست دارد که به عنوان مثال آثار TiO2 زیر نور ماوراء بنفش - 415 - 370 nm - قرار گرفته است.
نور مرئی همچنین می تواند برای هدف تحریک استفاده شود، اما با توجه به در دسترس نبودن کاتالیزور مناسب به عنوان منبع کمتر موثر برای تابش در نظر گرفته می شود .[7-8] فرآیند فتوکاتالیست با جذب نور توسط فتوکاتالیست شروع شده و مقدار ماده فتوکاتالیست در طول فرآیند ثابت باقی می ماند .[9] مقرون به صرفه بودن ابزارهاوروشهای تصفیه از اهمیت بالایی برخوردار می باشد. برای حذف متیلن بلو که از پرمصرف ترین رنگها در صنعت می باشد می توان از روش فتوکاتالیستی استفاده کرد. فرآیند فتوکاتالیست با استفاده از کاتالیست سنتز شده در این مقاله دارای مزایایی از جمله هزینه کم، سادگی و دوستدار محیط زیست می باشد.
بخش تجربی
مواد و تجهیزات آزمایشگاهی:
برای انجام تست گوگردزدایی از بنزین در این آزمایش ترکیبی از تیتانیوم دی اکسید، کایتوسان و پلیاکسومتالات - H4SiW12O40 - به صورت نانوکامپوزیت بدست آورده شده، و برای آنالیز این ترکیب از دستگاههای IR , SEMمورد استفاده قرار گرفته شده است.روش سنتز کاتالیست :H4SiW12O40-TiO2@CS کاتالیست H4SiW12O40-TiO2@CS از روش سل ژل به دست میآید. به مقدار 0,05 گرم تیتانیوم دی اکسید را در استیک اسید 2درصد با استفاده از همزن مغناطیسی حل شد و به طور جداگانه 0,05 گرم کایتوسان را هم در استیک اسید 2درصد با همزن مغناطیسی حل شد تا محلولهای شفاف ژله مانندی بهدست آمد. پس از 30 دقیقه از هم زدن تیتانیوم دی اکسید در حلال استیک اسید 2 درصد، 0,05 گرم پلیاکسومتالات H4SiW12O40 را به آرامی درآن حل کرده که باعث میشود پلی اکسومتالات به خوبی برروی بستر تیتانیوم دیاکسید تثبیت شده، ترکیب بهدست آمده را به آرامی ودر مجاورت التراسونیک و حمام آب گرم به مدت 6 دقیقه به محلول ژلهای کایتوسان اضافه نموده تا با استفاده از این روش نانو کاتالیست تهیه شود و با استفاده از سانتریفیوژ رسوب محلول را بدست آورده و در آون قرار داده تا کاملا خشک شود.
تست رنگزدایی از متیلن بلو:
برای حذف رنگ از متیلن بلو ، ابتدا حجم 30 میلیلیتر از رنگ متیلن بلو با غلظت 20ppm تهیه کرده به مقدار 0 02گرم کاتالیستH4SiW12O40-TiO2@CS در آن ریخته و به مدت زمان 60 دقیقه در زیر نور UV قرار داده که در اثر تابش نور باعث حذف رنگ شده و با قرار دادن در سانتریفیوژ میتوان رنگ تخریب شده را از آب جداسازی کرد. البته این نوع حذف رنگ در مقدار گرم متفاوت از کاتالیست و در نور مرئی و انجام شده است که شرایط بهینه عبارت است از مقدار 0 02 گرم کاتالیست و قرار دادن در زیر نورUV میباشد که بااستفاده از طیف سنجی UV-Vis در بازه400تا 800 مقدار حذف رنگ را محاسبه کرده، با استفاده از فرمول ذیل مقدار درصد حذف رنگ اندازه گیریخواهد شد. که در آن: Ci جذب اولیه رنگینه و Cf جذب رنگینه پس از زمان t - min - می باشد.
نتایج و بحث
در شکل 1، طیفهای FT-IR مربوط به پلی اکسومتالات، تیتانیوم دی اکسید، کایتوسان و کاتالیست سنتز شده بررسی شده است. در طیف IR تیتانیوم دیاکسید پیکهای مشاهده شده در 1437 مربوط به O-Ti-O و668 مربوط به Ti-O میباشد همچنین پیکهای مربوط به پلیاکسومتالات در ناحیه1021، 924و801 مشاهده میشوند که متعلق به Si-O، W-O، W-O-W میباشد. در IR کایتوسان پیکی که در ناحیه 2928مشاهده شده است مربوط به ارتعاش کششی C-H میباشد. پیک پهنی که در ناحیه 3000 وجود دارد مربوط به ارتعاش کششی OH است همچنین پیک های مشاهده شده در1672 و1593 مربوط به N-H وC-O میباشد. در طیف IR کاتالیست سنز شده پیک های مربوط مواد اولیه قابل مشاهده است.
با استفاده از دستگاه میکروسکوپ الکترونی روبشی میتوان سایز نانو و چگونگی سطح کاتالیست رامشخص کرد که در شکل 2 آورده شده است و مقدار سایز نانوکاتالیست حدودا 60 نانومتر میباشد و شکل سطح نانو کامپوزیت حالت گویی شکل میباشد. بررسی اثر غلظت کاتالیست در رنگزدایی از متیلن بلو:جهت دسترسی به شرایط بهینه در جهت حذف رنگ متیلن بلو تأثیر افزایش غلظت کاتالیست سنتز شده مورد آزمایش قرار گرفت. نتایج نشان میدهند که با افزایش میزان و غلظت کاتالیست درصد حذف رنگ افرایش می یابد بطوریکه غلظت بهینه جهت تخریب رنگ 0,02 گرم می باشد. طبق محاسبه انجام گرفته درمدت زمان 60 دقیقه 98 درصد حذف رنگ انجام گرفته است - شکل . - 3
بررسی اثر زمان واکنش در رنگزدایی از متیلن بلو:
یکی دیگر از مهمترین پارامترهای حذف رنگ اثر زمان در مقدار تخریب رنگ است که هرچه مدت زمان حذف کوتاهتر باشد نشان خواهد داد که تاثیر گذاری کاتالیست بیشتر بوده است. در این روش در بازه های زمانی 15دقیقه مقدار حذف رنگ اندازه گیری شده است، مقدار حذف در 60 دقیقه به 98 درصد رسیده است - شکل . - 4
بررسی اثر تابش نور بر واکنش رنگزدایی از متیلن بلو:
تابش نور در تخریب رنگ بسیارموثر بوده که دراین کاتالیست به دلیل وجود تیتانیم دی اکسید که در شرایط نور UV بسیار فعال
