بخشی از مقاله
چکیده
شبیهسازی فرآیند اکسیداسیون فتوکاتالیستی برای تخریب فنل و حذف آن از آب با حل همزمان معادلات تابش و غلظت در طول راکتور انجامشد. در این شبیهسازی ترکیبات واسطهی مهمی که در طول تخریب فتوکاتالیستی فنل بوجود میآیند، در نظر گرفته شده واز معادلات سینتیکی لانگمیر-هنشلوود استفاده گردید. فتوراکتور به صورت استوانهای دوجداره با تابش ورودی 250W طراحی شده است.
توزیع شدت تابشو تغییرات نرخ تخریب فنل در طول راکتور به طور کامل مورد بررسی قرار گرفتند. همچنینتغییرات غلظت تمامی ترکیبات موجود در محیط واکنش در طول راکتور بدست آمدند. تاثیر شدت تابش - 250W،200W و - 150W نیز بر روی تخریب فنل بررسی شد که بیشترین تخریب در شدت تابش250W بدست آمد.
-1 مقدمه
حضور ترکیبات آلی سمی در پساب، مانع بزرگی برای پذیرش گسترده در راستای بازیافت آب میباشد. به همین دلیل امروزه فعالیتهای زیادی در زمینهی حذف این آلایندههای آلی در حال انجام است تا بتوان پسابها را به صورت سازگار با محیط زیست بازگردانی نمود. در بین آلایندههای آلی موجود در پسابهای صنعتی، فنل به عنوان یک آلاینده بسیار خطرناک شناخته میشود که هم برای انسان و هم سایر موجودات زنده بسیار مضر است.
یکی از روشهای بسیار مناسب و کاربردی که برای حذف آلایندههای آلی مورد استفاده قرار میگیرد، سیستمهای اکسیداسیون فتوکاتالیستی است که از یک نیمههادی در حضور نور استفاده میکند.
در این مطالعه نیز شبیهسازی فرآیند اکسیداسیون فتوکاتالیستی به منظور حذف فنل از آب با استفاده از مدل سینتیکی مناسب و به صورت دو بعدی با کمک ماژولهای مناسب موجود در نرمافزار Comsol Multiphysics5.1انجام شده است.
-2 فرآیند اکسیداسیون فتوکاتالیستی
1-2 معرفی فرآیند
در فرآیند اکسیداسیون فتوکاتالیستی آلایندهها در حضور یک نیمههادی به عنوان فتوکاتالیست، یک منبع نور پرانرژی و یک عامل اکسید کننده تخریب خواهند شد.وقتی تابش مناسب بر روی سطح نیمههادی انجام میشود نیمههادی قادر خواهد بود که فوتونهایی با انرژی مساوی یا بیشتر از گاف انرژی خود را جذب کند. در این حالت الکترونها از باند ظرفیت به باند هدایت منتقل شده و جفت الکترون-حفره را در فتوکاتالیست ایجاد خواهند کرد.[3,2,1] حفرههای مثبت ایجاد شده یا مستقیما آلاینده را اکسید کرده و یا سبب اکسید شدن آب به رادیکال هیدروکسیل خواهند شد. رادیکال هیدروکسیل بسیار اکسنده و ناپایدار است و برای پایداری نیاز به یک الکترون دارد که این الکترون را از نزدیکترین ماده آلی موجود در اطراف خود - که آلاینده محسوب میشود - دریافت میکند و سبب تخریب آن میشود.
شکل:1 فرآیند فتوکاتالیستی روی سطح TiO2
2-2 مطالعه سینتیکی
با توجه به مطالعات انجام شده مشخص شده است ترکیبات واسطهای که در حین واکنش اکسیداسیون فتوکاتالیستی فنل تشکیل میشوند بیشتر شامل ترکیبات آروماتیک و کربوکسیلیک اسیدها خواهند بود که مهمترین این ترکیبات واسطه شامل - pDHB - Hydroquinone، Benzoquinone، - Catechol - oDHB، Formic
acidو Acetic acidمیباشند و این در حالی است که محصول نهایی واکنش عمدتا کربندیاکسید و آب می-باشد.
بنابراین در تخریب فتوکاتالیستی فنل مجموعهای از واکنشها صورت میگیرند.[5,4]از آن جایی که مدل لانگمیر-هنشلوود برای بررسی فرآیندهای کاتالیستی بسیار مناسب است بنابرایندراینمطالعهنیزبرای بیان تغییرات غلظت ترکیبات در طول راکتور ازمدللانگمیر-هنشلووداستفادهشدهو روابط سینتیکی 1 تا 8بدست آمده است.[4] ثوابت موجود در معادلات نیز در جدول 1 آورده شدهاند.
