بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله، رنگبری فوتوکاتالیزی پساب حاوی راکتیو رمازول قرمز با استفاده از فرآیند فوتوفنتون بررسی شد و سینتیک رنگبری مورد مطالعه قرار گرفت. غلظت آب اکسیژنه مورد نیاز برای فرآیندهای رنگبری با استفاده از موازنه کلی واکنش تخریب رنگزا به دست آمد. عوامل مؤثر بر رنگبری در فرآیند فوتوفنتون مانند غلظت یون فرو، غلظت رنگزا و نمکهای معدنی بررسی شدند. حداکثر غلظت آهن استفاده شده برابر با مقدار مجاز آهن در پساب در نظر گرفته شد. با افزایش مقدار یون فرو، میزان رنگبری افزایش می یابد. با ثابت نگهداشتن بقیه عوامل، ثابت سرعت در اثر افزایش غلظت رنگزا کاهش پیدا میکند. وجود آنیونهای استات، کربنات، نیترات و بیکربنات به طور کلی باعث کاهش سرعت میشود. سینتیک رنگبری فوتوکاتالیزی رنگزای راکتیو در فرآیند فوتوفنتون از مرتبه اول تبعیت می کند.
-1 مقدمه
کارخانجات نساجی مقدار زیادی آب مصرف میکنند و یکی از گروههای بزرگ آلوده کننده آب هستند. صنایع نساجی با توجه به نوع ماده اولیه و محصول از مواد متفاوتی استفاده میکند. سالانه حدود هفتصد هزار تن و بیش از ده هزار نوع رنگزا سنتزی تولید میشود که بیش از نیمی از این رنگزاها، آزو هستند - ترکیبات آزو ترکیباتی هستند که دارای گروه -N=N- میباشند - . نزدیک به 15 درصد از رنگزاهای تولید شده در جهان در فرآیندهای مختلف رنگرزی در صنایع نساجی هدر رفته، وارد پساب میشوند. فرآیندهای مختلف تصفیه انواع مختلف پساب باید بتواند حذف کامل یا جزئی آلایندهها را برای دستیابی به مقادیر استاندارد خروجی تضمین کند. این مقادیر استاندارد وابستگی مستقیم به نوع آلاینده دارند.
به طور کلی حذف آلایندههای آلی در محلولهای آبی نیاز به یک یا چند روش از روشهای اولیه تصفیه نیاز دارد که عبارتند از: اکسیداسیون شیمیایی، دفع به هوا، استخراج مایع - مایع، جذب سطحی، اسمز معکوس، اولترافیلتراسیون و عملیات بیولوژیک. بنا به ترکیب موجود در محلول روشهای اعمال شده میتوانند تخریب کننده باشند مثل اکسیداسیون شیمیایی و سوزاندن، و یا میتوانند غیرتخریبی باشند. به کار بردن یک یا چند روش بستگی به غلظت آلاینده دارد. مثلاً سوزاندن و اکسیداسیون شیمیایی برای غلظتهای زیاد و جذب سطحی، روشهای غشایی و بعضی از روشهای شیمیایی برای غلظتهای کم آلاینده مناسب هستند.
فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته، فرآیندهایی در دما و فشار محیط و شامل تولید رادیکالهای فوقالعاده فعال - به ویژه رادیکالهای هیدروکسیل - هستند. این فرآیندها به عنوان روشهای امیدبخشی برای بهسازی محیطهای حاوی مواد تجزیهناپذیر زیستی مطرح هستند. رادیکالهای هیدروکسیل گونهای فعالی هستند که تقریباً به تمام مولکولهای آلی حمله میکنند. سینتیک این واکنشها عموماً از مرتبه یک نسبت به غلظت هیدروکسیل و نسبت به غلظت آلاینده است.
با در نظر گرفتن غلظت ثابت هیدروکسیل - به دلیل تولید در طول واکنش به عنوان یک گونه با عمر کم - میتوان این واکنشها را واکنشهای شبه مرتبه یک در نظر گرفت. واکنش فنتون نخستین بار در سال 1894 توسط »اچ.جی.فنتون« کشف شد. چهل سال بعد مکانیزم »هابر - وایس« برای این واکنش پذیرفته شد که نشان میداد عامل مؤثر در واکنش فنتون، رادیکال هیدروکسیل است. رادیکالهای هیدروکسیل - HO. - اشاره شده در بالا، به محض ورود به محلول تقریباً به تمام ترکیبات آلی حمله میکنند.
سرعت واکنش فنتون با تابش پرتوهای فرابنفش یا مرئی زیاد میشود. در صورت عدم وجود منبع نور، در ضمن واکنش یونهای فریک - Fe3+ - در محلول تجمع پیدا میکنند و با مصرف کامل یونهای فرو - Fe 2+ - ، واکنش عملاً متوقف میشود. در صورت وجود نور، با انجام واکنش زیر یونهای فرو جدید تولید میشوند و چرخه ادامه پیدا میکند. واکنشهای فنتون و فوتوفنتون علاوه بر تابعیت از غلظت H2O2 و آهن اضافه شده، تابع pH کارکرد نیز هستند.
فرآیند فوتوفنتون به دلیل قدرت بالا در تخریب ساختار مواد آلاینده، در سالهای اخیر توجه روزافزونی را در سطح مجامع علمی دنیا به خود جلب کرده است 9]؛.[1 به دلیل ناگزیر بودن استفاده از روشهای نوین تصفیه پساب صنعتی در سالهای آتی، باید تحقیقات بیشتری در این زمینه ها صورت بگیرد. بررسی و میزان قدرت هر روش و شناسایی سینتیک آن به عنوان نخستین گام در انتخاب و طراحی سیستمهای صنعتی تصفیه مطرح است. هدف از انجام این تحقیق، بررسی میزان مؤثر بودن فرآیند فوتوفنتون در رنگبری از پساب و مطالعه روی سینتیک آنها و بررسی عوامل تأثیرگذار بر فرآیند رنگبری مانند غلظت یون فرو، غلظت رنگزا و وجود نمکهای معدنی در پساب است.
.1-2 روش انجام آزمایشات رنگبری
آزمایشها در راکتور دارای دو لامپ UV انجام شد. ابتدا محلولهای رنگی با غلظتهای به حجم 5 لیتر مشخص تهیه می شود. در صورتی که مطالعه روی اثر آنیونها باشد، نمک آنها باید در این مرحله اضافه شود. سپس با استفاده از اسید سولفوریک pH محلول تنظیم می شود. پس از آن مقدار معین سولفات آهن را اضافه کرده، محلول به داخل راکتور منتقل میشود. با اندازهگیری حجم آب اکسیژنه، در کمترین فاصله زمانی ممکن پس از اضافه کردن آب اکسیژنه به محلول، لامپها را روشن کرده و این لحظه به عنوان لحظه شروع واکنش در نظر گرفته میشود - در آزمایشهای مربوط به فرآیند فنتون، لحظهی اضافه کردن آب اکسیژنه به عنوان لحظه شروع لحاظ میشود - . تا حد امکان در فواصل زمانی مختلف تا سقف 60 دقیقه از شروع واکنش با استفاده از شیر نمونهگیری راکتور، نمونهها برداشت شدهاند. به محض نمونهگیری، با استفاده از دستگاه اسپکتروفوتومتر طیف جذبی نمونه مشخص میگردد.
البته در بسیاری از موارد رنگبری کامل قبل از 60 دقیقه انجام میشد که در آن شرایط نیازی به ادامه نمونهگیری نبود. بنابراین میتوان از طیف جذبی یک محلول برای اندازهگیری غلظت ماده جاذب آن استفاده کرد. در این تحقیق با استفاده از این واقعیت، غلظت رنگزای تخریب نشده در هر لحظه را میتوان با توجه به طیف جذبی آن به دست آورد. از طرفی با توجه به این که در این تحقیق تنها مشخص بودن نسبت C / C در 0 هر لحظه برای مطالعات سینتیک کافی است و همچنین با توجه به این که غلظت اولیه رنگزا معلوم است، نیازی به مشخص کردن ضرایب l و نیست.
برای انتخاب مقدار آهن - - II مورد نیاز، با توجه به این که حداکثر مقدار مجاز آهن برای دفع پساب به طبیعت به اندازه 2 میلیگرم در لیتر - 2 mg/L - است، این مقدار به عنوان حد نهایی در افزودن آهن در نظر گرفته شد. و آزمایشها برای مقادیر زیر این حد پایانی، به اضافه انجام آزمایش بدون وجود آهن صورت گرفت. آزمایشهای تعیین تأثیر تغییر غلظت رنگزا و تأثیر وجود آنیونهای مختلف در محلول بر میزان رنگبری انجام شد. آنیونهای مورد استفاده شامل استات، کربنات، نیترات و کربنات هیدروژن - بیکربنات - بودند که همگی آنها ممکن است در پسابهای واقعی نساجی حضور داشته باشند.
-3 نتایج و بحث
شکل 2 تاثیر مقدار یون آهن بر راندمان رنگبری فرآیند فوتوفنتون را نشان می دهد. حضور آهن - - II در کنار آب اکسیژنه باعث کاهش سریع و ناگهانی غلظت رنگزا میشود. این پدیده نتیجه به وجود آمدن رادیکال هیدروکسیل است. تولید سریع رادیکالهای هیدروکسیل همراه با حمله آنها به شکل غیرگزینشی به تمام مواد قابل اکسایش موجود در محلول است. سرعت بالای واکنش علاوه بر پدیدار نمودن تعداد زیادی رادیکال فعال، باعث مصرف سریع یونهای فرو و تبدیل آنها به یونهای فریک میشود.
پس از این مرحله، واکنش با بازیابی کند Fe2+ از Fe3+ کنترل میشود .[9-1] همچنین با توجه به وجود منابع متعدد در زمینه سینتیک واکنشهای فوتوفنتون و توافق کلی آنها در مورد شبه مرتبه یک بودن واکنش نسبت به غلظت آلاینده - با در نظر گرفتن غلظت ثابت برای گونه ناپایدار رادیکال هیدروکسیل - ، بر روی نمودارهای به دست آمده بهترین منحنی مربوط به واکنش مرتبه یک از میان دادهها گذرانده شد.
