هفتمین کنفرانس شیمی کاربردی انجمن شیمی ایران

حذف آلاینده دارویی توسط غشاء فوتوکاتالیستی جریان عبوری تحت تابش نور

کد مقاله : 1040-IACC7

نویسندگان

شهناز نیری *¹، جلال بصیری²

¹آموزش و پرورش

²استاد

چکیده مقاله

تخلیه ترکیبات دارویی مختلف از جمله آنتی بیوتیک ها در سال های اخیر محیط آبی را آلوده کرده است. آنتی بیوتیک ها ترکیبات شیمیایی هستند که رشد میکروارگانیسم ها را مهار می کنند و تجزیه ناپذیر هستند. امروزه فناوری‌های جداسازی غشایی در خالص‌سازی محلول‌ها بسیار مهم شده‌اند و روش‌های مختلفی در کاربردهای تجاری مورد استفاده قرار می‌گیرند. فرآیندهای غشایی دارای مزایای مختلفی مانند ضایعات شیمیایی کم، مصرف انرژی و هزینه کم، عملکرد منحصر به فرد، سهولت فرآیند در فرآیند تصفیه فاضلاب هستند.همچنین غشاهای معدنی بسیار شکننده و گرانتر از غشاهای پلیمری هستند [1]. راکتورهای غشایی فوتوکاتالیستی (PMRs) به عنوان روشی برای کاهش رسوب و تخریب آلاینده‌های آلی و ترکیب مزایای سیستم فیلتراسیون و فوتوکاتالیست استفاده می‌شوند. در واقع، فوتوکاتالیست‌ها آلاینده‌ها را به ترکیبات معدنی تجزیه می‌کنند، در حالی که غشاها به عنوان مانعی در برابر آلاینده‌ها عمل می‌کنند[2]. دو پیکربندی کلی در PMR وجود دارد که شامل دوغاب یا فوتوکاتالیست های بی حرکت می شود. فوتوکاتالیست هایی که در محلول معلق هستند برای تجزیه بهتر تماس بیشتری با آلاینده ها ایجاد می کنند، اما فوتوکاتالیست های معلق امکان تشکیل رسوب بر روی سطح غشاء را افزایش می دهند.که می تواند منجر به کاهش شار و کاهش عملکرد سیستم PMR شود. TiO2برخی از MOFها مانند ZIF،MIL و UiO-66 فعال نوری هستند و می توانندبه عنوان فوتوکاتالیست برای حذف آلاینده های آلی استفاده شود[3].
بخش تجربی
به منظور تعیین میزان شار آبی که می‌تواند از سیستم غشایی جریان متقاطع عبور کند، هر غشا در فشار ثابت برای مدت 10 دقیقه تحت عبور آب خالص قرار می‌گیرد تا قبل از اندازه‌گیری، شار به حالت پایدار برسد.پس از آن، جریان آب خالص غشاء با استفاده از رابطه زیر محاسبه شد[4].

JW1= Q/(A×∆t)
تخلخل غشاءها به صورت وزنی تخمین زده شد. غشاء برش داده شد و در آب به مدت 24 ساعت در دمای اتاق غوطه ور شد.سپس غشاءهای مرطوب برداشته شده و بین دو کاغذ صافی قرار داده شده تا آب باقیمانده روی سطح غشاء گرفته شود و وزن مرطوب (Ww) بدست آید.پس از آن، غشاءهای مرطوب در آون با دمای ˚C 50 به مدت 2 ساعت خشک شدند و وزن غشاء خشک به‌دست آمد.(Wd) تخلخل غشاءها با استفاده از معادله زیر به دست آمد.
w_(w-w_d )/(A ×l×d_w ) %Porosity=
آزمایشات حذف فوتوکاتالیستی غشاءها با استفاده از محلولppm 10آلایندهتحت تابش نور‌مرئی انجام شد.فشار غشاء ترانس (TMP) در مقدار ثابت 0.3 مگاپاسکال حفظ شد، در حالی که فاصله بین لامپ زنون 70 وات و سلول جریان متقاطع به 5 سانتی‌متر تنظیم شد. غلظت آلاینده‌ها با استفاده از اسپکتروفتومتر UV/Visدر ماکسیمم طول موج اندازه‌گیری شد. درصد حذف آلاینده توسط غشاء با استفاده از معادله زیر محاسبه شد[5].
100×Remove effective =(C_0-C_t)/C_0

یافته ها
آنالیزEDX و نقشه‌برداری عنصری برای تایید بیشتر توزیع عنصرها در فوتوکاتالیست های سنتز شده بکار گرفته شد. برای بررسی مورفولوژی نانوذرات از تست FESEMاستفاده شد.طیف بازتاب پراکنده UV-vis (DRS)به منظور بررسی خواص جذب نورو انرژی شکاف باندبا رابطهαhν=(Ahν-Eg)n/2برآورد شد، که در آنEgو α به ترتیب نشان دهنده انرژی شکاف باند و ضریب جذب نیمه هادی هستند. به منظور شناسایی غشاء اندازه‌گیری زاویه تماس یک روش مرسوم برای اندازه‌گیری آب‌گریزی/آب‌دوستی غشاء است.مقدارزاویهتماسآبمعیاریازتمایلقطرهآببهتَرکردنسطحغشاء است. هرچقدرزاویهتماسآبباسطحغشاءکمترباشد،مقدارآب‌دوستیسطحغشاءبیشتراست. همچنین برای تجزیه و تحلیل مورفولوژی سطح و زبری غشاءهای تهیه شده از میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) استفاده شد.دستگاه AFM با توانایی تصویربرداری از پستی و بلندی‌های سطح (توپوگرافی سطحی) نمونه کاربرد دارد.مربع‌های کوچکی از غشاء آماده شده (تقریبا 1 سانتی‌متر‌مربع) برش داده شد و روی بستر شیشه‌ای چسبانده شد.به دلیل هدایت الکتریکی کم غشاء و پایداری پایین آن‌در برابر پرتو الکترونی، تهیه تصاویر FESEM با وضوح بالا از غشاء نانوکامپوزیت دشوار است.درنتیجه، برای مشخص کردن پراکندگی نانوذرات و تعامل سطحی بین ایننانوذراتو ماتریس غشاء، برش‌هایغشاءبا یک لایه طلا پوشش داده شدند و سپس تصاویر FESEM گرفته شدند. استفاده ازCross-SEM برای بررسی اطلاعات کیفی سطح مقطع غشاء ساخته شده انجام می شود[6].

نتیجه ‌گیری
غشای ماتریس مخلوط(MMM) با پرکننده‌های فوتوکاتالیستیتهیه و با استفاده از CA،AFM و FESEM شناسایی شد. لایه زیرین غشاءه تولید شده شامل ماکروئیدها است، در حالی کهلایه بالاتر متراکم و کمتر متخلخل است. درجه آب دوستی غشاءتوسط CA تعیین میشود.با افزایش میزان نانوذرات ترشوندگی غشاءها افزایش می‌یابد.همچنین با استفاده از پرکننده‌ها، تخلخل، منافذ و خواص آب‌دوستی غشاء افزایش یافته و باعث افزایش شار غشا می‌شود.همچنین، کارایی غشاءهای فوتوکاتالیستی تثبیت شده در راکتور جریان عبوری برای حذف محلول آلاینده دارویی می توان مورد بررسی قرار داد. نانوکامپوزیتباعث حذف موفقیت آمیز آلایندهبه دلیل افزایش جذب مرئی و کاهش نرخ بازترکیبی الکترون-حفره خواهدشد.

کلیدواژه ها

غشاء فوتوکاتالیستی، نورمرئی، شار عبوری، تخلخل غشاء

وضعیت: چکیده برای ارائه به صورت پوستر پذیرفته شده است