حذف آلاینده رنگی و دارویی در آب توسط نانوکامپوزیت Fe/LaTiO3سنتزی

کد مقاله : 1064-IACC7

نویسندگان

مریم عباسی *، مصطفی فضلی دانشگاه سمنان

چکیده مقاله

مقدمه در حال حاضر یکی از مهمترین علل آلودگی آب، تولید و گسترش فعالیت ها در صنایع می‌باشد. از آنجایی که آلاینده های رنگی و دارویی باعث ایجاد بار آلودگی آلی بالا و سمیت می شوند، اثرات نامطلوبی بر سلامت انسان و اکوسیستم دارند که به یک نگرانی جدی برای سازمان بهداشت جهانی تبدیل شده اند [1]. رنگ مستقیم نارنجی 26 از جمله رنگ های آلی خطرناک متعلق به رنگ های مصنوعی گروه آزو می باشد که به دلیل وجود حلقه های بنزن زیست تخریب پذیری پایینی دارد [2] و با به کارگیری روش های معمولی تصفیه قابلیت تجزیه زیستی ندارد. روش های مختلف تصفیه پساب، شامل روش های فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی برای حذف آلاینده ها است که می توان به فرآیندهای، اسمز معکوس، انعقاد/ لخته سازی، روش های اکسیداسیون، فیلتراسیون غشایی و جذب اشاره کرد. در این میان فرآیند جذب به دلیل گزینش پذیری بالا، هزینه پایین ، طراحی ساده، حذف مؤثر آلاینده، بازیابی مواد جذبی و جاذب، مورد توجه قرار گرفته اند [3]. جاذب LaTiO3 با توجه به ساختار کریستالی خود، متعلق به پروسکایت‌های مکعبی می باشد. مواد پروسکایت به دلیل بازده کوانتومی فوتولومینسانس بالا ، شکاف باند قابل تنظیم و تحرک حامل بار بالا مورد توجه قرار گرفته اند [4]. بخش تجربی مواد استفاده شده شامل لانتانیوم نیترات 5/99 % ، تیتانیوم دی اکسید 99/99 %، نیترات آهن 99/99 % ، سدیم هیدروکسید 98 % ، اتانول با درجه خلوص 99/99 %، رنگ مستقیم نارنجی 26 ، تهیه شده از شرکت مرک می باشد. در این پژوهش نانوکامپوزیت Fe/LaTiO3 با استفاده از روش هیدروترمال تهیه شد. جهت شناسایی جاذب سنتز شده، آنالیز های XRD/ FT-IR/ FESEM/ BET مورد بررسی قرارگرفت. سپس خواص فتوکاتالیستی و تأثیر پارامتر های مختلف بر روند تخریب آلاینده ها توسط منابع تابشی و همچنین بررسی قابلیت بازیافت مجدد نانوکامپوزیت تجزیه و تحلیل شد. یافته ها آنالیز طیف پراش پرتو ایکس (XRD) : با توجه به شکل( 1- الف)، پیک ظاهر شده در 47/38 ، 59/54 ، 82/55 =θ2، ساختار اسپینل مکعبی اکسید آهن [5] و همچنین پیک مشخص شده در83/26 ،8/48=θ2 منسوب به ساختار آناتاز می باشد. آنالیز BET : با توجه به شکل( 1- ب) ، ایزوترم جذب بر اساس طبقه بندی IUPAC از نوع II است و نانو کامپوزیت Fe/LaTiO3 دارای سطح ویژه m^2/g4/17 و میانگین حفره nm 6/10 می‌باشد و در محدوده حفره های مزوپور می‌باشد. آنالیز طیف سنجی مادون قرمز (FT-IR) : با توجه به شکل( 1- ج )، وجود قله جذبی در عدد موج 400 تا 600 می تواند نشان دهنده ارتعاشات کششی (Ti-O) و (La-O) در ساختار پروسکایت [6] و ارتعاشات کششی در عدد موج 584 وجود باند Fe-O را تایید می‌کند [7]. آنالیز میکروسکوپ الکترونی روبشی (FESEM): با توجه به شکل( 1- د )، اندازه تقریبی نانوذرات کروی شکل حدود 43-23 نانومتر است که در مقایسه با نانو ذرات میله ایی دارای مساحت سطح بزرگتری می باشند و این امر موجب برتری فعالیت فتوکاتالیستی نانو ذرات کروی می شود. شکل (1): تصویر آنالیز های نانوکامپوزیت Fe/LaTiO3 سنتز شده :الف) الگوی پراش پرتو ایکس (XRD)، ب )نمودار جذب و واجذب (BET)، ج) طیف سنجی مادون قرمز (FT-IR) ، د) تصویر SEM نتایج تأثیر پارامترها بررسی اثر میزان جاذب: با افزایش مقدار جاذب از 005/0 به 01/0، درصد حذف افزایش یافت زیرا با افزایش مقدار جاذب، تعداد سایت های فعال برای جذب آلاینده افزایش یافته که موجب افزایش درصد حذف رنگزا می شود. طبق نتایج بدست آمده، مقدار بهینه دوز جاذب 01/0 گرم می باشد که در 90 دقیقه 20/96 % تخریب را به همراه داشته است. بررسی اثر pH: طبق بررسی های صورت گرفته مشخص شد که در 120 دقیقه تماس، درpH خنثی93/83 % بالاترین میزان تخریب و در محیط با (12pH= ) 22/58 % کمترین میزان تخریب را به همراه داشه است. بررسی اثر زمان: طبق نتایج بدست آمده مشخص شد که با افزایش زمان تماس، میزان جذب آلاینده رنگی تا زمان 90 دقیقه به صورت خطی افزایش می یابد ولی با افزایش زمان از این مقدار به بعد تغییرات محسوسی درمقدار رنگ جذب شده مشاهده نمی شود. نتایج حاصل از تخریب دارو توسط کامپوزیت Fe/LaTiO3 آزمایشات تخریب آلاینده تحت شرایط بهینه در pH های مختلف انجام گرفت. طبق نتایج مشخص شد که در 59 دقیقه تماس، بازده تخریب آلاینده در 5 pH= ، بالاترین میزان (88/91 %) و در 8 pH=، کمترین میزان (81/77 %) تخریب را به همراه داشه است. بررسی اثر تابش نور و قابلیت بازیافت نانوکامپوزیت Fe/LaTiO3 با توجه به نتایج بدست آمده، میزان تخریب آلاینده دارویی تحت تابش نور خورشید و لامپ LED، به ترتیب 26/79 %و 43/81% می باشد. نتایج حاصل از بازیافت جاذب طی سه دوره آزمایش مجدد در شرایط یکسان نشان داد که نانو کامپوزیت سنتزی به ترتیب 96 %، 75 % 60 % تخریب داشته که نشان دهنده عملکرد فوتوکاتالیستی بالای جاذب می باشد. نتیجه ‌گیری در مطالعه حاضر، نانوکامپوزیت Fe/LaTiO3 تهیه شده با روش هیدروترمال، جهت تخریب رنگ مستقیم نارنجی 26 بررسی شد. تجزیه و تحلیل آنالیز های XRD/ FT-IR/ FESEM/ BET، سنتز موفقیت آمیز کامپوزیتFe/LaTiO3 را تأیید کرد. تأثیر پارامترهای مختلف از قبیل: pH، مقدار جاذب و زمان تماس مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که در pH خنثی و میزان 01/0 گرم از جاذب در مدت زمان 90 دقیقه تابش نور فرابنفش 2/96 % بالاترین تخریب آلاینده رنگی صورت گرفته است. آزمایشات تخریب آلاینده دارویی توسط جاذب، تحت نور خورشید و همچنین لامپ LED مورد ارزیابی قرار گرفت که نتایج نشان داد میزان تخریب دارو به ترتیب 26/79 % و 43/81 % ، بوده است . قابلیت استفاده ی مجدد فتوکاتالیست نیز طی چند چرخه مورد بررسی قرار گرفت که مشخص شد در دوره اول 96 %، دوره دوم 75% و در دوره سوم 60% تخریب آلاینده انجام گرفته است. نتایج بدست آمده نشان دهنده فعالیت فتوکاتالیستی بالای کامپوزیت Fe/LaTiO3 در شرایط مختلف می باشد.

کلیدواژه ها

کامپوزیت، هیدروترمال، فتوکاتالیست، نور فرابنفش، رنگ مستقیم نارنجی 26

وضعیت: چکیده برای ارائه به صورت پوستر پذیرفته شده است