23053

حذف رنگزا از محيط آبي با استفاده از نانو ذرات اكسيد فلزي TiO2 تثبيت‌شده در فتوراكتور مارپيچ

كارشناسي ارشد

مهندس محيط زيست

1396

1399/09/25

دكتر مريم حسني زنوزي

دكتر افسانه ملاحسيني

عمران

هدف كلي از انجام اين پژوهش بررسي و مقايسه عملكرد راكتور مارپيچ در حذف فتوكاتاليستي رنگزاي آلي متيل اورانژ از محيط آبي با استفاده از نانو ذرات تيتانيوم دي‌اكسيد (TiO2) در دو حالت تثبيت‌شده بر تيغه فولادي و سوسپانسيون مي باشد. نتايجXRD بدست آمده نشان داد كه ساختار لايه TiO2 تشكيل‌شده، داراي فاز آناتاز مي باشد. اندازه كريستاليت فاز آناتاز (101) برابر با 73/18 نانومتر محاسبه شد. تصاويرSEM ، پوشش TiO2 بر نمونه تيغه فولادي را به خوبي نشان داد و نتايج حاكي از آن بود كه استفاده از روش سل- ژل اصلاح‌شده در مقايسه با حالت معمول، تأثير مشهودي بر تشكيل لايه و يكنواختي آن داشته است. از آناليزهاي طيف‌سنجي UV-Vis و كل كربن آلي (TOC) براي بررسي رنگزدايي و معدني سازي آلاينده استفاده شد. به اين منظور تأثير پارامترهاي نظير مقدار كاتاليست TiO2 در حالت سوسپانسيون، pH، دبي جريان، غلظت اكساينده H2O2 و غلظت اوليه متيل اورانژ موردبررسي قرار گرفت. راندمان حذف رنگزا از محلول با غلظت اوليه ppm 10داراي 4=pH به كمك TiO2 سوسپانسيون با غلظت g/l 9/0 در فتوراكتور مارپيچ با دبي جريان L/min 25 بعد از 300 دقيقه زمان واكنش % 3/97 اندازه گيري شد. در فتوراكتور تثبيت شده و ساير شرايط مشابه، بازدهي حذف به % 8/77 كاهش يافت. مقدار ppm 17 اكساينده H2O2 به منظور بهبود راندمان حذف متيل اورانژ در فتوراكتور مارپيچ با TiO2 تثبيت‌شده، به محلول با غلظت اوليه ppm 10و داراي 4=pH افزوده شد. راندمان حذف در سيستم هاي UV/H2O2، UV/TiO2 و UV/TiO2 coated/ H2O2پس از گذشت تنهاmin 30 از زمان واكنش به ترتيب % 8/11، % 6/19و % 8/85 اندازه گيري شد. نتايج بدست آمده حاكي از آن بود كه افزودن اكساينده H2O2 بر راندمان حذف متيل اورانژ در فتوراكتور تثبيت شده اثر هم‌افزايي داشته به طوري كه عملكرد سيستم UV/H2O2 < UV/TiO2 < UV/TiO2 coated/H2O2 بوده و اكساينده H2O2 در كاهش زمان واكنش بسيار موثر واقع شده است. فرايند حذف متيل اورانژ در هر دو سيستم سوسپانسيوني و تثبيت شده از مدل لانگموير- هينشلوود (شبه مرتبه اول) پيروي نمود. بررسي طيف جذبي متيل اورانژ و آناليز TOC به وضوح نشان داد به محض رنگزدايي هرچه بيشتر، محصولات مياني با سرعت‌بالاتري نسبت به مولكول‌هاي رنگزا، معدني مي‌شوند.

1399/10/22

Removal of dye from water solution by using metal oxide nanoparticles coated on helical photocatalytic reactor

12/16/2021 12:00:00 AM

The aim of this study was to investigate and compare the performance of a helical reactor in the photocatalytic removal of organic dye methyl orange from solution by titanium dioxide (TiO2) nanoparticles in two forms Immobilized on Support and suspension. In this study, TiO2 thin layer was synthesized by modified sol-gel method and fixed by dip coating method on a helical Support of stainless steel. The structural and morphology of TiO2 thin layer characterization techniques including X-day diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM). The XRD results showed that the structure of the formed TiO2 layer has an anatase phase. The crystallite size of anatase phase (101) was calculated to be 18.73 nm. SEM images showed the TiO2 coated on stainless steel sample and the results showed that the use of the modified sol-gel method had a significant effect on the formation of the layer and its uniformity. The photocatalytic removal of methyl orange in a helical reactor and the ultraviolet radiation source located in the center of the reactor was evaluated. Analysis spectroscopy UV-Vis and total organic carbon (TOC) was used to evaluate discoloration and mineralization of pollutant.The effects of parameters such as the amount of TiO2 In suspension reactor, pH, flow rate, concentration of H2O2 as an oxidant and initial concentration of methyl orange was investigated. The removal efficiency of methyl orange from a solution with an initial concentration of 10 ppm with pH = 4 by TiO2 suspension with concentration of 0.9 g / l and flow rate of 25 L / min after 300 minutes reaction time, 97.3% was measured. In Immobilized photoreactor and other similar conditions, the removal efficiency decreased to 77.8%. The results obtained by comparing the removal efficiency of methyl orange show the superiority of the helical photoreactor with TiO2 suspension over the TiO2 Immobilized, which is due to the less effective collision of TiO2 particles and dye molecules in the stabilized system. This is due to the less effective collision of TiO2 particles and dye molecules in the stabilized system. The results showed that the addition of H2O2 had a synergistic effect on the removal efficiency of methyl orange, so that the performance of UV / H2O2

فرايند فتوكاتاليستي , فتوراكتور مارپيچ , TiO2 تثبيت شده , متيل اورانژ

photocatalytic process , helical photoreactor , TiO2 immobilized , methyl orange