پژوهشگر

همکاران پژوهشگر

چکیده پژوهش

مقدمه و بیان مسئله آلودگی آب ناشی از صنعتی شدن، شهرنشینی و افزایش جمعیت مسئله ای مهم در جهان به خصوص در کشورهای در حال توسعه می باشد. آنیلین به عنوان یک ترکیب شیمیایی مهم در بسیاری از صنایع از جمله رنگرزی، الستیک سازی، آفت کش ها، پالستیک سازی و داروسازی کاربرد دارد. آنیلین ترکیبی سمی، سرطانزا و جهش زا بوده که موجب تبدیل هموگلوبین به متهموگلوبین شده و سبب بیماری هایی از قبیل سیانوزیس، آنمی، کاهش اشتها، کاهش وزن، اختالالت عصبی، کلیوی و کبدی می شود. فاضالب صنایع حاوی آنیلین موجب ورود آن به آب های پذیرنده می شود. بنابراین حذف آن از محلول های آبی ضروری به نظر می رسد. روش اجرا هدف از این تحقیق بررسی کارایی حذف آنیلین توسط فرآیند Fe3O4/H2O2/UV می باشد که اثر هم افزایی اشعه • فرابنفش و نانوذرات Fe3O4 در تولید رادیکالهای هیدروکسیل) OH ( نیز مورد بررسی قرار گرفت. این تحقیق یک مطالعه تجربی- آزمایشگاهی است. در این مطالعه راندمان حذف آنیلین به عنوان متغیر وابسته و غلظت آنیلین، غلظت آب اکسیژنه، غلظت نانو کاتالیست آهن، زمان و pH به عنوان متغیر های مستقل مورد بررسی قرار گرفت. غلظت آنیلین توسط دستگاه اسپکتروفتومتر سنجش شد. بهینه سازی فرآیند با استفاده از طراحی سطح پاسخ و و مدل طرح مرکب مرکزی تعیین شد. به منظور تجزیه و تحلیل داده ها از نرم افزار expert Design استفاده شد. نتایج نشان داد که راندمان حذف آنیلین با افزایش غلظت نانو کاتالیست، غلظت آب اکسیژنه و زمان افزایش و با افزایش pH و غلظت آنیلین کاهش یافت. جهت دست یابی به ماکزیمم راندمان )1/78 )%مقادیر بهینه برای pH ،غلظت اولیه رنگ، زمان، مقدار نانو ذره و H2O2 به ترتیب 2/3 ،L/mg 121 ،52 دقیقه، L/g 15/1 و L/mmol 28/31 بدست آمد. فرآیند فوق با توجه به نتایج مطالعات قبلی روش موثری جهت حذف آنیلین از محلول های آبی می باشد و می توان از آن در مقیاس بزرگتر به عنوان فرآیند های پاک استفاده کرد.آنیلین به عنوان یک ترکیب شیمیایی مهم در بسیاری از صنایع از جمله رنگرزی، الستیک سازی، آفت کش ها، پالستیک سازی و داروسازی کاربرد دارد. آنیلین توسط حفاظت محیط زیست امریکا )EPA )جزء آالینده های درجه یک طبقه بندی شده است. آنیلین ترکیبی سمی، سرطان زا و جهش زا بوده که موجب تبدیل هموگلوبین به متهموگلوبین شده و سبب بیماری هایی از قبیل سیانوزیس، آنمی، کاهش اشتها، کاهش وزن، اختالالت عصبی، کلیوی و کبدی می شود. در این مطالعه از المپ اشعه فرابنفش 6 وات و نانو کاتالیست Fe3O4 به منظور تولید رادیکا های هیدروکسیل استفاده شد. محلول استاندارد آنیلین بوسیله حل کردن 1 میلی لیتر آنیلین در 1222 میلی لیتر آب مقطر و تولید محلول 1222 میلی گرم در لیتر تهیه شد. محلولهای با غلظت اولیه آنیلین /L ،2/5 g/L( Fe3O4 مقدار( ، 152 mg/L ،112/3 mg/L ،85 mg/L و 57/7 mg/L ،22 mg/L( ،12 mmol/L( H2O2 غلظت( 11 و 8/7 ،7 ،5/3، 3( pH ،)2 g/L و 1/86 g/L ،1/25 g/L ،./23g 62 و 15/5 ،35 ،21/5 ،12( زمان و( 12 mmol/L ،31/3 mmol/L ،25 mmol/L18/7 mmol/L دقیقه( به عنوان متغیرهای مستقل و میزان حذف آنیلین به عنوان متغیر وابسته مورد بررسی قرار گرفت. همچنین به منظور جداسازی نانو کاتالیست آهن از محلول پس از فرایند حذف از یک آهنربای خارجی استفاده شد و پس از آن از قیف بوخنر مجهز به فیلتر با منافذ 15/2 میکرومتر از جنس استات سلولز استفاده گردید. بعد از صاف سازی محلولها، غلظت آنیلین باقیمانده با دستگاه اسپکتروفتومتری اندازه گیری شد. سپس راندمان حذف فرآیند Fe3O4/H2O2/UV در حذف آنیلین مورد ارزیابی قرار گرفت. در این پژوهش طراحی نمونه با استفاده از روش سطح پاسخ و طرح مرکب 5 مرکزی و 8 بار تکرار آزمایش در نقطه مرکزی انجام شد. آنالیز و تفسیر دادهها با استفاده از نرم افزار Expert Design و آزمون ANOVA صورت گرفت. همچنین برای رسم نمودارها از نرم افزار Expert Design استفاده شد. در این مطالعه با مدل ارائه شده توسط نرم افزار، همه پارامترها در محدوده طراحی و راندمان حذف نیز در حداکثر )26/76 )تنظیم شدند. جهت دست یابی به ماکزیمم راندمان )26/76 )%مقادیر بهینه برای pH ،غلظت اولیه آنیلین، زمان، مقدار نانو ذره و H2O2 به ترتیب 2/3 ،L/mg 121 ،52 دقیقه، L/g 15/1 و L/mmol 28/31 می باشند که این شرایط توسط آزمایشی با 3 بار تکرار انجام شد که میانگین راندمان 1/78 % بدست آمد. در فرآیند Fe3O4/H2O2/UV پس از بدست آمدن نتایج یک معادله درجه دوم بدست آمد که برای پیش بینی راندمان به کار گرفته شد و نشان دهنده ارتباط تجربی متغیرها و راندمان می باشد: R (%)= +72.88 – 14.45 pH + 0.29 H2O2 + 1.18 Time + 9.7 Fe3O4 – 0.36 Dye + 0.74 pH2 مقدار value-P برای مدل طراحی شده برابر 2221/2 >بدست آمد که بیانگر این موضوع می باشد که مدل پیشنهادی به منظور حذف آنیلین توسط فرآیند Fe3O4/H2O2/UV دارای اهمیت می باشد. 1 مقدار مجموع مربعات برابر 28/2 بدست آمد. همچنین مجذور مربعات پیش بینی شده و مجذور 2 مربعات تنظیم شده به ترتیب برابر 22/2 و 27/2 بدست آمدند که نشان دهنده توافق منطقی با هم 1 -Predicted R-squared 2 -Adjusted R-squared 6 3 بودند. از طرف دیگر پارامتر دقت مناسب در این مطالعه برابر 2/31 بدست آمد که مقدار مطلوبی می باشد. با توجه به اثرات سوء و نامطلوب آالینده آنیلین بر سیستم های بیولوژیکی و همچنین ارگانیسم های مختلف بدن انسان، نظر به نتایج به دست آمده میتوان فرآیند حذف آالینده آنیلین توسط فرآیند Fe3O4/H2O2/UV را پیشنهاد داد که راندمان باالیی را به همراه خواهد داشت. از طرفی فرآیند های اکسیداسیون پیشرفته را در کل به عنوان فرآینده های بدون ضایعات در نظر می گیرند که در این مطالعه هیچ نوع آلودگی ثانویه ایجاد نمی شود بدین صورت که بعد از انجام فرآیند، نانو کاتالیست آهن به طور کامل توسط یک آهنربای خارجی از محلول حذف می شود و می توان از آن به عنوان فرآیند های پاک یاد کرد که سازگاری باالیی با محیط زیست دارد. از محاسن دیگر این روش می توان به کاهش در پارامتر زمان و حذف غلظت باالی آنیلین نسبت به مطالعات دیگر اشاره کرد که به دنبال آن باعث صرفه جویی در مصرف انرژی خواهد شد. یافته ها 3-5-1 اثر pH بر راندمان حذف آنیلین همانطوریکه مشاهده شد با افزایش pH راندمان حذف کاهش یافت. Liu Yuو همکاران در سال 2212 در مطالعه ای که بر روی حذف آنیلین توسط فرآیند فتوفنتون انجام دادند مشاهده شد که بیشترین راندمان حذف در pH بین 3 تا 1 بدست آمد و با افزایش pH راندمان حذف کاهش یافت که آن را به این دلیل نسبت دادند که با افزایش pH فعالیت کاتالیستی کاهش می یابد که ناشی از رسوب هیدروکسید های آهن و از بین رفتن فعالیت کاتالیستی آن می شود و به طور همزمان با کاهش pH + کمتر از 3 ،یون های H به عنوان مهار کننده بر رادیکال های هیدروکسیل اثر می گذارند )13.) 3-5-2 اثر H2O2 بر راندمان حذف آنیلین همانطوریکه مشاهده می شود با افزایش H2O2 از 12 تا 12 میلی مول در لیتر راندمان حذف افزایش یافت. در مطالعه ای که یزدانبخش و همکاران در سال 2215 بر روی حذف فنل توسط 28 فرآیند شبه فنتون انجام دادند، افزایش راندمان توسط افزایش H2O2 را به این موضوع نسبت دادند که با افزایش H2O2 تعداد رادیکال های هیدروکسیل افزایش یافته و قابلیت دسترسی بهتری پیدا می کنند و در نتیجه راندمان حذف افزایش می یابد )11.) 3-5-3 اثر Fe3O4 بر راندمان حذف آنیلین در این مطالعه دیده شد که راندمان حذف با افزایش غلظت نانو کاتالیست Fe3O4 ،راندمان حذف افزایش یافت که می توان به این دلیل نسبت داد که با افزایش غلظت نانو کاتالیست سطح فعال غیر اشباع بیشتری در دسترس می باشد و تولید رادیکال های هیدروکسیل افزایش می یابد )15 .)در مطالعه ای که Zhang و همکاران در سال 2222 توسط فرآیند شبه فنتون بر روی ترکیبات فنولی انجام دادند مشاهد شد که با فزایش نانو کاتالیست از 2 تا 5 گرم در لیتر موجب افزایش تولید رادیکال های هیدروکسیل شد و در نتیجه راندمان حذف افزایش یافت )16.) 3-5-4 اثر زمان بر راندمان حذف آنیلین با افزایش زمان تابش، راندمان حذف افزایش یافت که به این دلیل می باشد که افزایش زمان موجب شده که رادیکال های هیدروکسیل زمان بیشتری برای واکنش با اشعه UV داشته باشند و همچنین موجب افزایش فعل و انفعاالت رادیکال های هیدروکسیل با مولکول های ماده آلی می شود )17 .)نتایج مطالعه ی Karthikeyan و همکاران بر روی حذف آنیلین توسط فرآیند فنتون ناهمگن نشان داد که با افزایش زمان از 12 تا 62 دقیقه راندمان حذف افزایش یافت )18.) 3-5-5 اثر غلظت آنیلین بر راندمان حذف آنیلین در این مطالعه دیده شد که با افزایش غلظت اولیه آنیلین از 22 تا 152 میلی گرم در لیتر راندمان حذف کاهش داشت به عبارتی راندمان حذف با غلظت آالینده رابطه عکس داشت. این موضوع به این دلیل است که غلظت آنیلین افزایش می یابد اما به دنبال آن رادیکال های هیدروکسیل افزایش پیدا نمی کنند بنابراین نسبت کمتر رادیکال های هیدروکسل موجب کاهش راندمان می شود )12 .)مطالعه ای که Sanchez و همکاران در سال 2227 بر روی حذف فنول توسط کاتالیست آهن انجام دادند با نتایج این مطالعه همخوانی دارد به طوری که با افزایش غلظت آالینده راندمان حذف کاهش یافت .) بحث و نتیجه گیری در این مطالعه پارامتر های تاثیر گذار در اکسیداسیون پیشرفته )غلظت آنیلین، غلظت نانو کاتالیست Fe3O4 ،غلظت H2O2 ،زمان و pH )در حذف آالینده آنیلین از محلول سنتتیک مورد بررسی قرار گرفت و نتایج نشان داد که افزایش غلظت آنیلین و pH بر راندمان حذف اثر عکس داشت و افزایش زمان، آب اکسیژنه و غلظت نانو ذرات آهن بر راندمان حذف اثر مستیم داشتند. روش بکار رفته در این مطالعه جهت حذف آنیلین نسبت به دیگر روش های کاهش آالینده آنیلین از محلول های آبی، در مدت زمان کمتری به راندمان حذف مشابه دست یافت. از طرفی نانو کاتالیست های Fe3O4 پس از اتمام تخریب آنیلین توسط رادیکال های هیدروکسیل به آسانی توسط آهنربا از محلول جدا می شوند و استفاده از این روش به دلیل نداشتن آلودگی ثانویه و عدم تولید لجن جزء روش های پاک محسوب می شود و استفاده از آن جهت حذف آنیلین در مقیاس بزرگتر توصیه می شود.

خلاصه نتایج حاصله

یافته ها 3-5-1 اثر pH بر راندمان حذف آنیلین همانطوریکه مشاهده شد با افزایش pH راندمان حذف کاهش یافت. Liu Yuو همکاران در سال 2212 در مطالعه ای که بر روی حذف آنیلین توسط فرآیند فتوفنتون انجام دادند مشاهده شد که بیشترین راندمان حذف در pH بین 3 تا 1 بدست آمد و با افزایش pH راندمان حذف کاهش یافت که آن را به این دلیل نسبت دادند که با افزایش pH فعالیت کاتالیستی کاهش می یابد که ناشی از رسوب هیدروکسید های آهن و از بین رفتن فعالیت کاتالیستی آن می شود و به طور همزمان با کاهش pH + کمتر از 3 ،یون های H به عنوان مهار کننده بر رادیکال های هیدروکسیل اثر می گذارند )13.) 3-5-2 اثر H2O2 بر راندمان حذف آنیلین همانطوریکه مشاهده می شود با افزایش H2O2 از 12 تا 12 میلی مول در لیتر راندمان حذف افزایش یافت. در مطالعه ای که یزدانبخش و همکاران در سال 2215 بر روی حذف فنل توسط 28 فرآیند شبه فنتون انجام دادند، افزایش راندمان توسط افزایش H2O2 را به این موضوع نسبت دادند که با افزایش H2O2 تعداد رادیکال های هیدروکسیل افزایش یافته و قابلیت دسترسی بهتری پیدا می کنند و در نتیجه راندمان حذف افزایش می یابد )11.) 3-5-3 اثر Fe3O4 بر راندمان حذف آنیلین در این مطالعه دیده شد که راندمان حذف با افزایش غلظت نانو کاتالیست Fe3O4 ،راندمان حذف افزایش یافت که می توان به این دلیل نسبت داد که با افزایش غلظت نانو کاتالیست سطح فعال غیر اشباع بیشتری در دسترس می باشد و تولید رادیکال های هیدروکسیل افزایش می یابد )15 .)در مطالعه ای که Zhang و همکاران در سال 2222 توسط فرآیند شبه فنتون بر روی ترکیبات فنولی انجام دادند مشاهد شد که با فزایش نانو کاتالیست از 2 تا 5 گرم در لیتر موجب افزایش تولید رادیکال های هیدروکسیل شد و در نتیجه راندمان حذف افزایش یافت )16.) 3-5-4 اثر زمان بر راندمان حذف آنیلین با افزایش زمان تابش، راندمان حذف افزایش یافت که به این دلیل می باشد که افزایش زمان موجب شده که رادیکال های هیدروکسیل زمان بیشتری برای واکنش با اشعه UV داشته باشند و همچنین موجب افزایش فعل و انفعاالت رادیکال های هیدروکسیل با مولکول های ماده آلی می شود )17 .)نتایج مطالعه ی Karthikeyan و همکاران بر روی حذف آنیلین توسط فرآیند فنتون ناهمگن نشان داد که با افزایش زمان از 12 تا 62 دقیقه راندمان حذف افزایش یافت )18.) 3-5-5 اثر غلظت آنیلین بر راندمان حذف آنیلین در این مطالعه دیده شد که با افزایش غلظت اولیه آنیلین از 22 تا 152 میلی گرم در لیتر راندمان حذف کاهش داشت به عبارتی راندمان حذف با غلظت آالینده رابطه عکس داشت. این موضوع به این دلیل است که غلظت آنیلین افزایش می یابد اما به دنبال آن رادیکال های هیدروکسیل افزایش پیدا نمی کنند بنابراین نسبت کمتر رادیکال های هیدروکسل موجب کاهش راندمان می شود )12 .)مطالعه ای که Sanchez و همکاران در سال 2227 بر روی حذف فنول توسط کاتالیست آهن انجام دادند با نتایج این مطالعه همخوانی دارد به طوری که با افزایش غلظت آالینده راندمان حذف کاهش یافت .)

فایل های پژوهش