بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق رنگبری پسابهای رنگی صنایع نساجی با فناوریهای اکسیداسیون نوری پیشرفته - فرآیندهای فوتوشیمیایی و فوتوکالیزی - به طور کامل بررسی شده است. فناوریهای اکسیداسیون نوری پیشرفته بررسی شده در این تحقیق تابش فرابنفش گUVح، تابش فرابنفش/ آب اکسیژنه - ذOذجب - UV، تابش فرابنفش/ دی اکسید تیتانیم - ذTiOب - UV و تابش فرابنفش/ دی اکسید تیتانیم/ آب اکسیژنه - ذOذجبذTiOب - UV میباشند. فرآیندهایی که در آنها فوتوکاتالیست حضور داشته باشد فرآیندهای فوتوکاتالیزی و در غیر این صورت فرآیندهای فوتوشیمیایی گفته میشوند. از سه رنگزاینRشRedشRemazol ، ننشlueنشrilliantنشRemazol و شRemazol RNLشYellowشoldenچ به عنوان مدل استفاده شد. منبع تابش فرابنفش دو عدد لامپ W ١٥شاست. از ذTiO و آب اکسیژنه به ترتیب به عنوان فوتوکاتالیست و اکسیدکننده استفاده شد. تاثیر عوامل گوناگون مانند غلظت آب اکسیژنه، غلظت رنگزا و وجود فوتوکاتالیست در رنگبری بررسی شده است. نتایج آزمایشات نشان میدهند که تابش UV و آب اکسیژنه هیچ یک به تنهایی نمیتوانند عمل رنگبری را انجام دهند و فناوری فوتوکاتالیز ذOذجبذTiOبUV موثرترین فرآیند رنگبری میباشد. زیرا میتواند فرآیند رنگبری را سریع و در مقیاس بزرگانجام دهد.
کلمات کلیدی: رنگبری، پساب نساجی، فناوریهای اکسیداسیون پیشرفته، فرآیند فوتوشیمیایی، فرآیند فوتوکاتالیز
مقدمه
صنایع نساجی مقادیر قابل ملاحظهای آب در طی فرآیندهای رنگرزی مصرف میکنند. که ورود پسابهای رنگی تصفیه نشده این صنایع به محیط خسارت جبرانناپذیری به محیط زیست وارد مینماید. روشهای فیزیکی، شیمیایی و بیولوﮊیکی گوناگونی در حال حاضر برای تصفیه پساب صنایع نساجی وجود دارد. تصفیه بیولوﮊیکی فناوریی موثر و مقرون به صرفه میباشد. اما گزارش شده است که اکثر رنگزاها فقط روی لجن جذب سطحی شده و تجزیه نمیشوند. روشهای فیزیکی مانند تبادل یون، جذب سطحی و … برای آلایندههایی که به آسانی جذب سطحی نمیشوند یا فرار هستند موثر نیستند. از این رو یافتن روشهای موثر برای تصفیه پساب ضروری به نظر میرسد که یکی از آنها فناوریهای اکسیداسیون نوری پیشرفته است]١.[
فناوریهای اکسیداسیون نوری پیشرفته]٢-٧[ در دهه اخیر پیشرفت قابل ملاحظهایی داشته و اهمیت زیادی در زمینه تصفیه پسابها به دست آورده است به ویژه پسابهای حاوی مقادیر کم مواد آلی که روشهای متداول تصفیه مانند تصفیه بیولوﮊیکی قادر به حذف این ترکیبات نیستند. مزایای این فناوریها عبارتند از ب٨م:
١- اکثر ترکیبات آلی را به مواد معدنی مانند آب، دیاکسیدکربن و اسیدهای معدنی تجزیه میکنند.
٢- مشکل ضایعات دور ریختنی - پسماند - ندارند.
٣- در درجه حرارت محیط و فشار اتمسفر انجام میشوند.
که در ذیل درباره شیمی این فناوریها به تفصیل بحث خواهد شد.
شیمی فناوریهای اکسیداسیون نوری پیشرفته
- تابش فرابنفش جUVح
تابش فرابنفش جبسض تابشی الکترومغناطیسی است که در طول موجهای ١٠٠ تا ٤٠٠ نانومتر قرار دارد. اکثر لامپهای بس که در تصفیه پساب مورد استفاده قرار میگیرند دارای طول موج عغ٢٥٤ میباشند. تابش بس مورد استفاده در تصفیه پساب که بوسیله شدت تابشبس و زمان تابش تعیین میشود معمولاﹰ بر حسب میلی وات ثانیه بر سانتیمتر مربع - ٢-عط ک wع - بیان میشود.تابش بس در ٢٥٤ نانومتر رنگزا را تجزیه میکند. محدودیتهای تابش بس در تصفیه پسابهای رنگی به فناوری لامپ مربوط میشود. لامپ باید فوتون بیشتری تولید کند تا انرﮊی کافی برای تجزیه مواد آلی با هزینه کم را داشته باشد. لامپهای با کارآیی بالا پروتونها را به سطوح انرﮊی بالا تحریک کرده و ترکیبات آلی را تجزیه میکنند ب٩م.
- تابش فرابنفش/آب اکسیژنه - ذOذجبUVضش
زمانی که به آب یا پساب حاوی لقلد تابش بس تابانیده شود رادیکالهای هیدروکسیل تولید میشوند. مکانیسم عمل به صورت زیر است:تابش بس که بصورت υلا نشان داده میشود سبب تفکیک لقلد به رادیکال هیدروکسیل میشود.رادیکالهای هیدروکسیل اکسیدکنندههای قویی هستند که به آسانی ترکیبات آلی را اکسید میکنند. رادیکالهااز ترکیبات آلی پروتون جدا کرده و آنها را به رادیکال ترکیبات آلی تبدیل میکنند که آنها نیز یا اتم هیدروﮊن میریابند یا به پیوندهای دوگانه افزوده شده و سبب افزایش تجزیه میگردند.پراکسید هیدروﮊن سبب افزایش راندمان کلی سیستم اکسید شونده میگردد اما بعد از غلظت خاصی، غلظتهای بالاتر پراکسید هیدروﮊن سرعت رنگبری را تغییر نمیدهند. مقدار اضافی پراکسید هیدروﮊن با رادیکالهای هیدروکسیل موجود در محلول واکنش داده و آب و اکسیژن تولید میکند. تعیین اپتیمم غلظت هیدروﮊن پراکسید برای تصفیه خاص به ارزیابی مقدماتی هر رنگزا بستگی دارد ب١٠،٩م.
- تابش فرابنفش / دی اکسید تیتانیم - ذTiOب - UV
در این فرآیند از لقط1 به عنوان فوتوکاتالیست استفاده میشود که یک نیمههادی است. نیمه هادی به دلیل ساختار الکترونی خود به عنوان تحریککننده فرآیندهای ردوکس القا شده با نور عمل میکند که به وسیله باند والانس پر و باند هدایت خالی مشخص میشود. وقتی فوتونی جνلا - با انرﮊی برابر یا بیش از انرﮊی ظرفیت نواری ج؟غض نیمه هادی به آن بتابد یک الکترون از باند والانس به باند هدایت میرود و یک حفره در باند والانس بجای میگذارد. الکترونهای باند هدایت برانگیخته و حفرات باند والانس میتوانند با هم ترکیب شوند و انرﮊی آزاد نمایند و یا با الکترون دهندهها و الکترونگیرندههای جذب شده روی سطح نیمه هادی واکنش دهند ب١١م.
حفرههای باند والانس اکسیدکنندهای قویی هستند که میتوانند ترکیبات را به طور مستقیم اکسید نمایند یا با الکتروندهندههایی مانند آب یا یونهای هیدروکسید واکنش داده و رادیکالهای هیدروکسیل تولید نمایند که این رادیکالها سبب تجزیه ترکیبات آلی میشوند. از ترکیبات الکترونگیرنده میتوان به اکسیژن مولکولی اشاره نمود که با گرفتن الکترون، آنیون سوپراکسید تولید مینماید این آنیون نیز میتواند رادیکال هیدروکسیل تولید کند به همین دلیل در طول فرآیند رنگبری و تجزیه فوتوکاتالیزی آلایندهها، محلولهای تحت فرآیند، هوادهی میشوند. رادیکالهای هیدروکسیل تولید شده با آلایندههای آلی واکنش داده و اکثر آنها را به ترکیبات معدنی مانند آب، دیاکسیدکربن و اسیدهای معدنی تبدیل میکنند ب١٢م.
- تابش فرابنفش / دی اکسید تیتانیم / آب اکسیژنه - ذOذجبذTiOب - UV
افزایش آب اکسیژنه به فرآیند تجزیه تابش فرابنفش/ دی اکسید تیتانیم سرعت فرآیند فوتوکاتالیز افزایش میدهد. در طی فرآیند، آب اکسیژنه از طریق واکنش با آنیون سوپراکسید یا به وسیله فوتولیز مستقیم رادیکالهای هیدروکسیل تولید میکند. علاوه بر آن آب اکسیژنه میتواند همانند اکسیژن مولکولی از باند هدایت فوتوکاتالیست الکترون گرفته و از این طریق نیز رادیکال هیدروکسیل تولید نماید ب١٣م. این رادیکالها با آلایندههای آلی واکنش داده و سبب تجزیه آنها میشوند ب١٢م.با توجه به اهمیت فناوریهای اکسیداسیون نوری پیشرفته، در این تحقیق عملکرد تمام فناوریهای بالا برای رنگبری رنگزاهای عشل بررسی شده است.
