بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش از SBA-15 به عنوان پایه کاتالی ستنوری TiO2 ا ستفاده شد و از کاتالی ستهای ساخته شده آزمونهای جذب و واجذب نیتروژن و UV-vis DRS گرفته شد. آزمون جذب و واجذب نیتروژن برای-Ti SBA-15 نشان داد که این کاتالیست نوری دارای مساحت سطح 848 m2g-1 است. همچنین آزمون UV-vis DRS نشان داد کاتال یستنوری ساخته شده در ناحیه فرابنفش فعال میشود. از کاتالیستنوری ساخته شده در آزمایش تخریب فنل استفاده شد و مشخص گردید که مقدار مناسب برای کاتالیست نوری Ti-SBA-15 معادل 1 g l -1 است. همچنین مشخص شد با افزایش غلظت فنل توانایی کاتالیست نوری در تخریب فنل کاهش مییابد. در نهایت بیشترین میزان تخریب فنل تحت شرایط غلظت اولیه فنل معادل 100mg l-1 و مقدار کاتالیست 1 g l -1 بعد از 4 h برابر با %85/32 بدست آمد.
کلمات کلیدی:کاتالیست نوری، تخریب فنل، TiO2،SBA-15
-1 مقدمه
تخلیه نادرست پسابهای حاوی ترکیبات آلوده کننده محیط زیست از پالایشگاهها، پتروشیمیها و صنایع مختلف درون رودخانهها و دریاها موجب آلودهسازی بخشی از محیط زیست و به ویژه منابع مختلف آب در دسترش بشر گردیده است. گرچه برخی از این آلایندهها به وسیلهی محیط زیست تصفیه میشوند اما بخش زیادی از آنها قابل تصفیه نیستند و مقادیر کم آنها نیز اثرات جبران ناپذیری بر محیط زیست خواهد داشت.[1] در بین این ترکیبات آلوده کننده، فنل و ترکیبات فنلی از جملهی مهمترین و عمومیترین ترکیبات هستند. تاکنون روشهای زیادی برای حذف فنل از پساب بررسی گردیدهاند. از جمله این روش ها میتوان به جداسازی به وسیله استخراج با حلال، جداسازی به وسیله جذب سطحی، جداسازی با غشا، اکسیدکردن فنل و روش تخریب کاتالیستینوری اشاره کرد.[2] هر کدام از روشهای مذکور دارای مزایا و معایبی هستند و تلاشها برای کاهش معایب در روشهای مختلف ذکر شده و بهبود شاخصههای اقتصادی آنها ادامه دارد.
در بین این روشها، روش کاتالیستینوری تخریب فنل به جهت پتانسیل استفاده از نور خورشید جهت فعال سازی کاتالیستنوری و عملکرد در شرایط دما و فشار محیط، مورد توجه گروهی از پژوهشگران واقع شده است. تاکنون از مواد زیادی به عنوان کاتالیست نوری جهت تخریب ساختار فنل استفاده گردیده است اما از بین آنها، تیتانیوم بهترین پاسخگویی را داشته است. این ماده با توجه به قیمت پایین، در دسترس بودن، سمی نبودن و حساسیت بالا در برابر نور و همچنین مقاومت در برابر خوردگی، در بین کاتالیستهای نوری دیگر بهترین گزینه بوده است.[3]در بین پژوهشگرانی که در این حوزه فعالیت داشتهاند، رحمانی و همکاران استفاده از TiO2 جهت تخریب ساختار فنل با غلظت اولیه 100 g l-1 در آب را بررسی کردند و توانستند پس از 9 h و تحت شرایط بهینه، %92/91 فنل را از بین ببرند.[4] در پژوهشی دیگر که به وسیله بوبکز و همکاران انجام گرفت، %60/55 از غلظت اولیه فنل با استفاده از TiO2 تحت شرایط آزمایش تخریب گردید.[5]
همچنین نعیم و همکاران با استفاده از TiO2 توانستند غلظت اولیه فنل در آب را % 60 کاهش دهند.[6] اما کاتالیستنوری TiO2 به تنهایی دارای قدرت واکنشی پایینی است که یکی از دلایل آن بزرگ بودن شکاف بینترازی1 این ماده است. همچنین سرعت بالای ترکیب مجدد الکترون-حفرههای تولیدی و بازده کوانتومی پایین آن موجب ایجاد ضعف هایی برای TiO2 میشود. از ایرادهای دیگرکاتالیستنوری TiO2 مساحت سطح و سایتهای فعال پایین است8]،.[7 برای بهبود عملکرد TiO2، تلاشهای زیادی صورت پذیرفته است که از جمله آن استفاده از مواد حساس کننده کاتالیستنوری به نور با دامنه تابشهای وسیعتر مثل رنگها، اصلاح ساختارکاتالیست با کاتیونهای فلزی، اصلاح ساختار با نافلزها مثل نیتروژن و تولید ساختارهای نانو که هر کدام دارای میزانی از موفقیت بودهاند .[9] برجی و همکاران استفاده از Fe در ساختار TiO2 را بررسی کردند و توانستند غلظت اولیه فنل را به میزان %93/8 کاهش دهند.[10]
لیکیانگ و همکاران شرایط بهینه ساخت La/TiO2 و استفاده از آن در تخریب ساختار فنل را بررسی کردند و توانستند تحت شرایط دمای کلسینه 600 C با استفاده از لانتان فنل موجود در آب را تحت شرایط آزمایش%20 تخریب نمایند.[11] همچنین چیو و همکاران استفاده از Pr در ساختار TiO2 را بررسی کردند و توانستند غلظت فنل را تحت شرایط آزمایش %50 کاهش دهند.[12] سوناوان و همکاران استفاده از Au در ساختار TiO2 را بررسی کردند و توانستند با استفاده از تابش نور خورشید غلظت اولیه 30 mg l-1 فنل را پس از 6 h تا %99 کاهش دهند.[13] همچنین وانگ و همکاران N/ TiO2 را ساختند و توانستند غلظت اولیه فنل را تحت شرایط آزمایش %50 کاهش دهند.[14] هونگ و همکاران نیز استفاده از I در ساختار TiO2 را بررسی کردند و توانستند غلظت اولیه فنل را %60 کاهش دهند.[15]
با وجود اصلاحات انجام شده در ساختار TiO2، به دلیل مساحت سطح و در نتیجه سایتهای فعال پایین کاتالیست نوری، سرعت انجام آزمایش همچنان پایین بوده به همین جهت استفاده از مواد متخلخل جهت افزایش مساحت سطح به حجم کاتالیستنوری پیشنهاد شده است. دورگاکوماری و همکاران از HZSM-5 استفاده کردند و TiO2 را در ساختار آن قرار دادند و توانستند تحت شرایط آزمایش غلظت فنل را بیش از %90 کاهش دهند.[16] همچنین هانکاری و همکاران TiO2 را در ساختار ZnFe2O4 و Al2O3 استفاده کردند و به این نتیجه رسیدند که مخلوط کردن TiO2 و ZnFe2O4 به صورت فیزیکی و ساخت TiO2-Al2O3- ZnFe2O4 تفاوتی در میزان پاسخ کاتالیست در میزان تجزیه فنل ندارد.[17]
جانگ و همکاران نیز درصدهای مختلف Ti در ساختار SBA-15 را ساختند و به این نتیجه رسیدند که قرار دادن Ti در ساختار SBA-15 در درصدهای بالای %10 موجب تشکیل TiO2 به صورت جدا میگردد. از این کاتالیست در تخریب ساختار ارانژ-12 استفاده شد که میزان تخریب %90 گزارش گردید.[18]استفاده از SBA-15 به دلیل ساختار یک دست، مساحت سطح بالا و قطر حفرههای بزرگی که دارد، می تواند موجب افزایش چشمگیر سایتهای فعال کاتالیست نوری گردیده و فرایند جذب سطحی فنل را تسهیل گرداند. به همین جهت در این پژوهش از SBA-15 به عنوان پایه برای Ti استفاده گردیده و کاتالیستنوری Ti-SBA-15 به روش هیدروترمال ساخته شده و پس از ارزیابی کیفیت کاتالیست، از آن جهت تخریب ساختار فنل استفاده گردیده است.
-2آزمایشها
-1-2 مواد استفاده شده
پلورونیک پی-123 - با خلوص 99% محصول شرکت سیگما - ، تترااتیل ارتوسیلیکات - با خلوص 98% محصول شرکت آکروس - ، تیتانیوم بوتوکسید - با خلوص %97 محصول شرکت آکروس - ، اسید کلریدریک - با خلوص %37 محصول شرکت دکتر مجللی - ، فنل - با خلوص 99% ساخت شرکت مرک - ، اتانول - محصول شرکت آکروس -
-1-2ساخت کاتالیستنوری
برای ساخت کاتالیست نوری Ti-SBA-15 به این صورت عمل شد که در مرحله اول، 4 g پلورونیک پی-123 به ml 75 ا سید کلریدریک 1/5 M ا ضافه شد و به مدت 4 h هم خورد - محلول . - A در مرحله دوم و پس از گذ شت 2 h مقدار ml 9/3 تترااتیل ارتو سیلیکات به صورت قطرهقطره به محلول A ا ضافه شد. پس از گذ شت 1 h در مرحله سوم، مقدار 0/75 ml تیتانیوم بوتوکسید به یک ظرف جدا حاوی 10 ml بوتانول اضافه شد - محلول. - B در مرحله چهارم و پس از 1 h هم خوردن، محلول B به محلول A به صورت قطرهقطره ا ضافه شد و مخلوط جدید به مدت 24 h هم خورد. سپس به ظرف تفلونی دردار منتقل شد و به مدت 24 h در دمای 100 C گذا شته شد. پس از آن فیلتر و ش سته شد و پوار جامد باقی مانده درون آون برای خ شک شدن در دمای 100 C به مدت 24 h منتقل شد.
در ادامه جامد خ شک شده برای کل سینه کردن با بوتهچینی درون کوره منتقل شد و در دمای 550 C به مدت 5 h با جریان هوا قرار داده شد.برای ساخت TiO2 نیز ابتدا 10 ml از تیتانیوم بوتوک سید به 20 ml اتانول همراه با هم زدن ا ضافه گردید و هم زدن محلول به مدت 3 h ادامه یافت - محلول . - A همزمان 4 g پلورونیک پی-123 به 20 ml اتانول همراه با هم زدن اضافه گردید و این هم زدن به مدت 3 h ادامه یافت - محلول . - B سپس محلول A به صورت قطره قطره به محلول B اضافه گردید و محلول حاصل به مدت1 h هم زده شد. پس از آن محلول به مدت 12 h بدون هم زدن گذاشته شد و در ادامه به مدت 12 h
