بخشی از مقاله
این مقاله کارایی نانو کاتالیزورهای - - ZnCr2O4/ ZSM-5 در حذف پارانیترو فنل از پسابها به روش اکسایش کاتالیزوری مرطوب با هیدروژن پراکسید تحت شرایط مختلف را گزارش می دهد. کاتالیزور مورد نظر به رو ش پچینی سنتز گردید. ویژگی های کاتالیزور و اسپینلی بودن ساختار آن با استفاده از اسپکتروسکوپی مادون قرمز با تبدیل فوریه - - FT-IR، سطح ویژه - BET - و پراش پرتو ایکس - XRD - بررسی شد. مورفولوژی نانو ذرات نیز با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - بررسی شد. به منظور تعیین شرایط بهینه حذف پارانیتروفنل، آزمایش هایی با در نظر گرفتن سه متغیر مؤثر فرآیند انجام شد که شامل غلظت اولیه محلول پارانیتروفنل، مقدار کاتالیزور و زمان واکنش بود. مقادیر بهینه برای هر یک از فاکتورها بدست آمد.
اسپینل، اکسایش کاتالیستی مرطوب، نانو ساختار، پارانیتروفنل ،کرومیت روی، زئولیت اصلاح شده پسابهای صنعتی اغلب دارای ترکیب های آلی سمی هستند. حذف این ترکیب ها ممکن است پر هزینه یا مشکل باشد، به ویژه اگر بخواهیم مقدار این مواد را به غلظت خیلی کم کاهش دهیم. در دهه ی اخیر پژوهشگران متعددی برای حذف ترکیب های آلی فعالیتهای خود را روی دسته ای از روش های اکسیداسیون تحت عنوان فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته متمرکز نموده اند. ویژگی عمده ی این فرآیندها این است که در دما و فشار محیط قابل انجام هستند.
اگرچه فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته به روش های بسیاری تقسیم می شوند ولی ویژگی یکسان همه ی آنها تولید رادیکالهای بسیارقوی هیدروکسیل می باشد که با سرعت بالا به ترکیب های آلی حمله نموده و آنها را تخریب میکنند. فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته به سه دسته ی فرایند اکسیداسیونی، فوتو اکسیداسیونی و فوتوکاتالیستی تقسیم می شوند. که روش اکسایش مرطوب کاتالیزوری با هیدروژن پراکسید - CWPO - جزء روش های اکسیداسیونی می باشد.
[1] پارانیتروفنل یکی از ترکیب های آلی فرار و از مشتقات فنل میباشد. این ترکیب دارای رنگ زرد بوده و به صورت پودر یافت می شود. قابلیت حل شدن این ماده در آب شایان توجه بوده و محلولی با رنگ زرد تولید می کند. نیتروفنل ها از آلاینده های مقاوم هستند که میتوانند در پسابها وجود داشته باشند. به ویژه پارانیتروفنل ومشتق های آن که در فرآیند تولید آفت کش ها، حشره کش ها و رنگ های سنتزی مورد مصرف دارند در فرآیند تولید وارد پسابها میشوند.
شکل .1الگوی XRD نانواسپینلهای - - ZnCr2O4/ZSM-5
طیف FT-IR نیز به منظور تایید ساختار اسپینلی گرفته شدکه در شکل2 آورده شده است. با استفاده از اسپکتروسکوپی مادون قرمز با تبدیل فوریه میتوان به اطلاعات کیفی در ارتباط با گروههای عاملی بر روی این ترکیبها دست یافت. همانطور که میدانیم برای این نوع از اکسیدهای اسپینلی دو پیک در 400-700 −1 ظاهر میشود. پیکهای زیر 500 −1 مربوط به ساختار چهاروجهی و پیکهای بالاتر از 600 −1 مربوط به ساختار هشت وجهی است. باند در عدد موجی حدود cm-1 509 مربوط به ارتعاشات کششی روی-اکسیژن و باند در حوالی 622cm-1 مربوط به ارتعاشات کششی روی–اکسید در حفرات هشت وجهی می باشد.
ظهور این نوارها در طیف FT-IR روی-کرومیت تشکیل ساختار اسپینلی را تایید میکند. همچنین پیک پهن حوالی 3400 −1 به گروه هیدروکسیل مربوط به رطوبت نسبت داده میشود. شکل.2طیف FT-IR نانواسپینلهای - ZnCr2O4/ZSM-5 - مورفولوژی و سایز ذرات نانو کاتالیزور کرومیت روی با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - مورد بررسی قرار گرفت. تصویر SEM نمونه در شکل3 آورده شده است که سایز ذرات را 20-30 نانومتر تعیین میکند.
شکل.3تصویرSEM نانواسپینلهای - ZnCr2O4/ZSM-5 -
نتایج بررسی های مربوط به اثر فاکتورهای مقدار کاتالیزور، غلظت محلول اولیه پارانیتروفنل و مدت زمان واکنش بر راندمان حذف پارا نیتروفنول در زیر آمده است. شکل 4 نمودار وابستگی بین مقدار کاتالیزور و درصد حذف پارانیتروفنل را نشان میدهد که با افزایش مقدار کاتالیزور در مدت زمان ثابت و مقدار هیدروژن پراکسید ثابت، راندمان حذف پارانیتروفنل هم افزایش یافته است و چون از 4 گرم بر لیتر تقریبا درصد حذف ثابت می ماند، مقدار بهینه کاتالیزور 4 گرم بر لیتر تعیین شد.
مقدار کاتالیزور - - g/l
شکل.4 نمودار وابستگی راندمان حذف پارانیتروفنل به مقدار کاتالیزور شکل 5 نمودار اثر اولیه غلظت محلول اولیه پارانیتروفنل را بر روی راندمان حذف پارانیتروفنل نشان میدهد. همانطور که مشاهده می شود راندمان حذف در غلظتهای بالاتر از 10 ppm تقریباً ثابت می ماند - در محدوده غلظت تحت بررسی - ، که به محدود بودن تعداد سایت های کاتالیزوری نسبت داده می شود. بنابراین این غلظت به عنوان غلظت بهینه تعیین گردید.
