بخشی از مقاله
چکیده: :
رنگها، ترکیبات آلی با ساختار پیچیده هستند که به دلیل سمیت، سرطانزایی و عدم قابلیت تجزیه بیولوژیک یکی از مهمترین آلایندههای زیست محیطی محسوب میشوند. اکسایش پیشرفته الکتروشیمیایی میتواند بهعنوان روشی آسان، مؤثر، مقرون به صرفه، همراه با نیاز به فضای آزمایشگاهی کم در حذف آلایندهها لحاظ گردد. هدف این مطالعه بررسی امکانسنجی استفاده از پرسولفاتپتاسیم در حضور یون نقره که به صورت الکتروشیمیایی تولید میگردد، جهت حذف رنگ اسید قرمز 14 محیطهای آبی بوده است. این مطالعه در مقیاس آزمایشگاهی و به صورت ناپیوسته با استفاده از راکتورهایی با حجم 250 میلیلیتر انجام گرفت.
در ادامه تاثیر غلظت پرسولفات پتاسیم، غلظت اولیه رنگ و زمان واکنش الکترولیز نقره در دو بخش یکبار بدون اعمال جریان و بار دیگر با اعمال جریان انجام شد. مشاهده شد استفاده از فرآیند الکتروشیمیایی جهت تولید یون نقره همزمان با استفاده از پرسولفات با اعمال جریان به سر الکترودهای نقره نسبت به زمانیکه جریانی به دو سر الکترود اعمال نمیشود، یون نقره بیشتری را در زمانهای اولیه وارد محلول مینماید و بنابراین افزایش راندمان حذف در زمانهای کمتری حاصل خواهد شد و همچنین به مقادیر کمتری از پرسولفات جهت حذف رنگزای اسید قرمز 14 نیاز خواهد بود. از مزایای دیگر این روش، مصرف نشدن ورقههای نقره و همچنین آلایندگی جدید ناشی از افزودن کاتالیزورهای پودری و نیز نیاز به افزودن ثانویه کاتالیزور به نمونه را از بین میبرد.
مقدمه :
در دسترس بودن آب سالم یکی از مهمترین مسائل پیش روی بشر میباشد. رنگزاهای سنتزی از آلاینده های متداول موجود در فاضلابهای صنعتی از جمله صنایع نساجی و رنگرزی به شمار میروند. این رنگزاها در مراحل مختلف نساجی وارد پساب صنایع شده و تخلیه بدون تصفیه آنها به محیطهای آبی پذیرنده، علاوه بر ورود ترکیبات سرطانزای سختتجزیهپذیر، منجر به بروز مشکلاتی مانند کاهش عمل فتوسنتز و در نتیجه پایین آمدن اکسیژن محلول در آب میشود. ماده رنگزای قرمز اسیدی بطور وسیعی در صنایع نساجی بکار میرود
اخیراً از روشهای اکسیداسیون پیشرفته برای تصفیه اینگونه پسابها استفاده شود. در فرآیندهای اکسیداسیونی از یک اکسنده به همراه یک کاتالیزور - فلزات واسطه یا حرارت یا امواج التراسونیک - جهت تحریک و فعالسازی اکسنده و تولید رادیکالهای فعال بهمنظور اکسید نمودن بسیاری از ترکیبات آلی بهخصوص غیر اشباع استفاده میگردد. فلزات واسطه طی مکانیزم انتقال الکترون منجر به فعالسازی اکسنده میگردند
تجزیه مواد آلاینده توسط فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته به عواملی همچون pH، غلظت کاتالیزور، غلظت سوبسترا و جضور پذیرندههای الکترونی نظیر پراکسیدهیدروژن و آمونیوم پرسولفات بستگی دارد
اخیراً. پراکسیدیسولفات در شیمی اکسایش آلایندهها توجه فراوانی را به خود جلب کرده است. با توجه به این که واکنشهای پراکسی-دیسولفات در دمای معمولی با اغلب مواد آلی کند میباشد؛ لذا تحریک آن توسط یک کاتالیزور، با تجزیه یونهای پراکسیدی-سولفات به یونهای رادیکالی سولفات که پتانسیل کاهشی بسیار بالاتری نسبت به پراکسیدیسولفات دارند، موجب تسریع فرآیند اکسایش میشود.
در این مطالعه به تخریب رنگزای اسید قرمز 14 از محلول آبی توسط فرآیند اکسایش پیشرفته با فعالسازی پراکسیدیسولفات از طریق تولید یون نقره در محل با استفاده از روش الکتروشیمیایی، به منظور کاهش هزینههای مصرفی و عملیاتی شدن سیستم پرداخته شده است. 4]،.[3 به همین منظور تاثیر پارامترهای موثر از قبیل غلظت ماده رنگزا، غلظت اکسنده، زمان الکترولیز در دو بخش یکبار بدون استفاده از شدت جریان اعمالی بر الکترودها در سیستم الکتروشیمیایی - electro/Ag+/S2O82- - و بار دیگر با اعمال جریان جهت تولید یون نقره انجام گردید.
بخش تجربی
تمام مواد مورد نیاز با خلوص بالا از شرکت مرک آلمان خریداری شد. با استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتر و آنالیز طیف جذبی، طول موج بیشینه جذب رنگ مورد نظر 514 nm تعیین شد. آزمایشهای بررسی میزان حذف ماده رنگزا در طول موج بیشینه رنگ طی فرآیند اکسایش کاتالیستی ناشی از تحریک S2O82- توسط یونهای Ag+ ایجاد شده توسط سیستم الکتروشیمیایی و تولید رادیکالهای سولفات،در دو بخش با به کار گیری الکترودهای نقره به ابعاد 2×2 سانتیمتر یک بار در غیاب جریان و بار دیگر با اعمال جریان به سر الکترودها توسط منبع تغذیه، انجام گردید. در بخش اول، آزمایش در واکنشگاهی به حجم 250 ml شامل 100 ml محلول 20 ppm ماده رنگزا وغلظت مشخصی از ماده اکسنده و ورقه های نقره که در فاصله ثابت 1 cm از هم داخل محلول قرار داده شدند، روی همزن مغناطیسی به مدت 35 دقیقه انجام شد. هر آزمایش به مدت 35 دقیقه و نمونهبرداری جهت خواندن مقدار حذف آلاینده، به فاصله 5 دقیقه از هم انجام و جذب نمونه توسط دستگاه اسپکتروفتومتر خوانده شد. در بخش دوم، با اعمال جریان 0/01 آمپر به دو سر الکترود در مدت زمان ده ثانیه به بررسی تاثیر هر پارامترپرداخته شد.
نتایج و بحث
الف - سیستم - electro/Ag+/S2O82- - در غیاب جریان
- 1 بررسی تاثیر Ag+ تنها و S2O82- تنها در مقایسه با سیستم
: - electro/Ag+/S2O82 - مطابق شکل 1، مشاهده میشود کاربرد ورقه های نقره به تنهایی، S2O82- به تنهایی تاثیری بر حذف ماده رنگزا نداشته در حالیکه کاربرد همزمان آنها و وجود یونهای نقره با فعالسازی پراکسیدیسولفات و تولید رادیکالهای سولفات موجب حذف مطلوب رنگزا گردیده است.
شکل -1 بررسی تاثیر S2O82- تنها و ورقه نقره تنها در مقایسه با سیستم
- 2بررسی تاثیر غلظت اولیه پراکسیدیسولفات
در شکل 2، حذف 20 ppm از ماده رنگزا در غلظتهای مختلفی از اکسنده، نشان داده شده است. همانطور که مشاهده میشود با افزایش غلظت S2O82 از 0/1 تا 10 میلیمولار میزان حذف افزایش مییابد. این نتیجه با توجه به افزایش غلظت پراکسیدی-سولفات و افزایش تولید رادیکال سولفات توجیه میشود. به گونه ای که با به کارگیری 2/5 میلیمولار از پراکسیدیسولفات در مدت زمان 35 دقیقه حذف کامل رنگ مشاهده میشود.
شکل -2 بررسی تاثیر غلظت اولیه پراکسیدیسولفات در سیستم
- 3 بررسی تاثیر غلظت اولیه رنگزای قرمز اسیدی 14 برای بررسی این پارامتر، فرآیند حذف در غلظت ثابت پراکسی-
دیسولفات و یون نقره، در حضور غلظتهای معین از رنگزا مورد بررسی قرار گرفت. با توجه با افزایش غلظت رنگزا در برابر غلظت ثابت رادیکالهای سولفات تولید شده اکسنده مشاهده میشود میزان حذف کاهش مییابد.
شکل -3 بررسی تاثیر غلظت اولیه ماده رنگزا در سیستم
ب - سیستم - electro/Ag+/S2O82- - در حضور جریان
- 4 بررسی تاثیر Ag+ تنها و S2O82- تنها در مقایسه با سیستم - electro/Ag+/S2O82- - در غیاب و در حضور جریان شکل 4، بیانگر حذف مطلوب ماده رنگزای اسید قرمز 14 با استفاده از سیستم - electro/Ag+/S2O82- - در حضور جریان می-باشد بهطوریکه در غلظتهای یکسانی از اکسنده و آلاینده حذف کامل رنگ با راندمان و سرعت بالا، در زمان کمتری برای سیستم الکترولیز نقره، که در آن یونهای نقره بیشتری در محلول از طریق برقراری جریان ایجاد میگردد، نسبت به زمانیکه جریانی در مدار برقرار نگردیده مشاهده میگردد. زیرا افزایش غلظت Ag+ در زمانهای اولیه فرآیند موجب تسریع تبدیل پراکسیدیسولفات به رادیکال سولفات که اکسنده قویتری است میشود.
شکل -4 بررسی تاثیر S2O82- تنها و ورقه نقره تنها در مقایسه با سیستم - electro/Ag+/S2O82- - در غیاب و در حضورجریان
- 6 بررسی تاثیر غلظت اولیه پراکسیدیسولفات
در شکل 5، حذف 20 ppm از ماده رنگزا در غلظتهای مختلفی از اکسنده، نشان داده شده است. همانطور که مشاهده میشود افزایش غلظت S2O82 باعث افزایش میزان حذف رنگزا میگردد. به گونهای که با به کارگیری جریان جهت تولید یونهای نقره و در پی آن تولید سریع رادیکالهای سولفات در غلظت پایینتر - یک میلیمولار - از اکسنده، نسبت به زمانیکه یون نقره تنها با قراردادن ورق نقره در محلول و بدون اعمال جریان، تولید گردید، حذف کامل رنگ مشاهده میشود.
