انتخاب صفحه

فهرست مطالب

فصل اول: مقدمه

یکی از پیامدهای دنیای صنعتی و مدرنیزه شدن زندگی کنونی آلودگی محیط زیست می‌باشد که در کلیه ابعاد زیستی انسان اعم از آب، خاک و هوا آثار مخرب خویش را نشان می‌دهد. فاضلابهای صنعتی که محصول پیشرفت تکنولوژی در صنعت می‌باشد روز به روز آثار زیان‌بار خود را بر محیط آبی و خاکی تحمیل می‌کند. بدیهی است که با وجود صنایع گوناگون و اشاعه وسیع آلودگیهای زیست محیطی، گام‌های علمی و پژوهشی به منظور کنترل آلودگی‌ها باید با برنامه‌ریزی صحیح و اقدامات عملی همراه گردد. در کشور ما فاضلابها بدون هیچگونه محدودیتی وارد منابع آبهای سطحی و زیرزمینی می‌شوند و فاضلاب‌های صنعتی نیز همین مسیر را طی می‌کنند. ضرورت شناخت فاضلاب‌ها و آلودگی آنها و روش‌های تصفیه آنها مسأله‌ای است که همت بلند محققان و مهندسین بهداشت محیط و محیط زیست این دیار را به یاری می‌طلبد. بدیهی است فاضلاب‌های صنعتی با توجه به تنوع فرآیندها و تنوع در مواد شیمیایی که بعضاً خطرناک و آلوده کننده محیط زیست نیز می‌باشند هر یک مشکلات خاصی برای محیط زیست می‌آفرینند و به همین خاطر هر فاضلابی مربوط به یک صنعت خاص نیاز به مطالعه جداگانه و بررسی و تحقیق ویژه در مورد نوع آلودگی و روش‌های کنترل آن را به همراه دارد. صنایعی که فرمالدئید تولید می‌کنند یا به نوعی با این ماده سروکار دارند از جمله صنایعی هستند که در آلوده‌کردن آب‌ها و ایجاد مشکلات زیست محیطی نقش مهمی دارند و با فشارهای سازمان حفاظت محیط زیست موظف شده‌اند مشکل فاضلاب صنعتی خود را حل کنند. آنچه این کارتحقیقی را پراهمیت می‌سازد این است که بدون حذف جداگانه فرمالدئید، تصفیه کلی فاضلاب این‌گونه صنایع مختل خواهد شد و اگر هم به‌دلیل مسائل اقتصادی، امکان ایجاد تصفیه‌خانه برای کل فاضلاب مقدور نباشد بدون پیش تصفیه فرمالدئید، تصفیه‌خانه فاضلاب شهری با مشکل مواجه خواهد شد.

1-1-فرمالدئید و کاربردهای آن

نام‌های معمول و مترادف فرمالدئید: فرمالدئید، متانال ، متیلن‌اکسید، اکسی متیلن، متیلالدئید، اکسومتان نام‌های متداول برای محلول‌های فرمالدئید: فرمالین و فرمل.فرمالدئید در فشار و دمای معمولی یک گاز بی‌رنگ با جرم مولکولی نسبی 03/30 است. متداولترین شکل تجاری موجود آن محلول آبی 50-30% است. معمولاً برای کاهش پلیمریزایسیون ذاتی فرمالدئید به محلول آن متانول یا مواد دیگر به‌عنوان پایدار‌کننده اضافه می‌شود. غلظت متانول در محلول فرمالدئید می‌تواند تا حدود 15% باشد. غلظت سایر پایدار‌کننده‌ها می‌تواند تا چند صد میلی‌گرم در لیتر باشد. اخیراً سیستم‌های فرمالدئید مایع غلیظ که تا 95% فرمالدئید دارند قابل دستیابی هستند، اما دمای لازم برای پایداری محلول و جلوگیری از جدایی پلیمر از حدود دمای اتاق تا C°120 با افزایش غلظت محلول افزایش می‌یابد. فرمالدئید به‌سرعت در آب، الکل‌ها و سایر حلال‌های قطبی حل می‌شود ولی در سیالات غیر‌قطبی درجه انحلال پائینی دارد. فرمالدئید در C°150 به متانول و کربن منوکسید تجزیه می‌شود. به‌طور کلی فرمالدئید قدرت واکنش پذیری زیادی با سایر مواد شیمیایی دارد. در نور آفتاب فوراً به دی‌اکسید‌کربن اکسید می‌شود.

1-1-1- کاربردهای فرمالدئید

فرمالدئید به‌عنوان یک پایه واحد ساختمانی مواد شیمیایی، یک واسطه در ترکیبات آلی گوناگون از رزین‌های آمینو و فنلیک گرفته تا کودهای شیمیایی می‌باشد. بیشترین مصرف فرمالدئید در تولید رزین‌های آمینو و فنلیک می‌باشد. که دلیل موجهی را برای 55% ظرفیت کل تقاضاها ارائه می‌دهد. دیگر مصارف مهم شامل محصولات صنعت چوب، ترکیبات قالبگیری، رزین‌های ریخته‌گری و چسب‌ها برای روپوش‌کشی می‌باشد. محصولات چوبی حدود 36% از کل تقاضای فرمالدئید رابرای کاربردهای تخته چندلایی به خود اختصاص می‌دهد. تحت بعضی شرایط رزین‌های اوره- فرمالدئید، فرمالدئید را آزاد می‌کنند که مسائل محیط زیستی و بهداشتی را ایجاد می‌کنند. رزین‌های آمینو و فنلیک هر دو به‌عنوان ترکیبات قالبگیری به‌کار برده می‌شوند. انبوهی از رزین‌های آمینو، رزین ملامین به‌کار برده شده در ظروف‌سازی هستند. رزین‌های قالبگیری فنلیکی در وسایل کنترل الکتریکی، تلفن‌ها به‌کار برده می‌شوند. فرمالدئید برای تولید پرداخت ثابت پارچه‌های سلولزی به‌کار برده می‌شود. پرداخت پارچه‌ها بر اساس فرمالدئید شامل ملامین، اوره، فرمالدئید، glyoxal, Triazim, Triazones می‌باشد. آلدئیدها در ساخت و سنتز الکل‌ها، اسیدها و سایر مواد شیمیایی به‌کار می‌روند. همچنین در صنعت لاستیک‌سازی، صنایع کاغذ، دباغی وکشاورزی مصرف می‌شوند. از جمله مصارف عمومی فرمالدئید، استفاده از آن برای نگهداری قطعات تشریحی در دانشکده‌های پزشکی و موسسات طبی، عامل از بین برنده بو و عامل باکتری‌کشی و همچنین عامل سخت‌کننده پروتئین‌ها می‌باشد. علاوه بر آن محصولات بدست آمده از فرمالدئید در طیف گسترده‌ای از صنایع نظیر اتومبیل‌سازی و ساختمان، کاغذسازی و پارچه‌بافی کاربرد فراوان دارد. فرمالدئید در سوخت و ساز طبیعی بدن نیز وجود دارد لیکن مقدار آن ناچیز است[5-1].

1-1- فرمالدئید و کاربردهای آن………………………………………………………… 3

1-1-1- کاربردهای فرمالدئید…………………………………………………………… 3

1-2- سرچشمه‌های آزاد سازی فرمالدئید در محیط زیست ………………………. 4

1-3- فرآیندهای تولید فرمالدئید………………………………………………………. 5

1-4- اثرات بهداشتی فرمالدئید ………………………………………………………. 6

1-5- خواص فیزیکی و شیمیایی، روش‌های آنالیتیک………………………………. 7

1-5-1- خواص فیزیکی و شیمیایی فرمالدئید………………………………………… 7

1-5-2- روش‌های آنالیتیکال …………………………………………………………… 8

1-6- روش‌های تصفیه فرمالدئید……………………………………………………….. 9

1-6-1- روش شیمیایی………………………………………………………………….. 9

1-6-1-1- واکنش با آب آهک……………………………………………………………. 9

1-6-1-2- واکنش با آمونیاک …………………………………………………………… 9

1-6-1-3- واکنش با پتاس ……………………………………………………………. 10

1-6-1-4- واکنش با آب اکسیژنه H2O2……ا……………………………………….. 10

1-6-1-5- واکنش با سدیم سیانید NaCN…………..ا……………………………….. 10

1-6-1-6- واکنش جذب سطحی بر روی سطح کربن فعال …………………………. 10

1-6-2- روش بیولوژیکی ……………………………………………………………… 11

1-6-2-1- اصول و قوانین اکسیداسیون بیولوژیکی ………………………………….. 11

1-6-2-2-انواع تصفیه بیولوژیکی ………………………………………………………. 11

1-6-2-2-1- تصفیه هوازی …………………………………………………………… 12

1-6-2-2-2- تصفیه بی‌هوازی…………………………………………………………… 12

اثر pH برجداسازی فرمالدئید

اثر pH برجداسازی فرمالدئید

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فصل دوم: مروری بر پژوهش‌های پیشین

هدف از روش تجزیه الکتروشیمیایی، تجزیه ترکیبات آلی با استفاده از خاصیت اکسیدکنندگی رادیکال‌های هیدروکسیل است که در اثر تجزیه الکتروشیمیایی آب بر روی سطوح الکترودها ایجاد می‌شود. از مزایای استفاده از تجزیه الکتروشیمیایی به‌منظور تصفیه پساب‌های حاوی ترکیبات آلی می‌توان به کنترل آسان، بازدهی بالا و سازگاری تجزیه الکتروشیمیایی با محیط زیست اشاره کرد. از معایب آن نیز می‌توان دست نیافتن به اکسایش آندی تقریباً کامل ترکیبات آلی با توجه به غلطت پایین رادیکال‌های هیدروکسیل در محیط نام برد[13].

به‌طور کلی تحقیقات بر روی فرمالدئید به سه دسته قابل تقسیم می‌باشد:

  • تجزیه الکتروشیمیایی فرمالدئید
  • تصفیه بیولوژیکی فرمالدئید
  • جذب فرمالدئید توسط جاذب‌ها

1- تجزیه الکتروشیمیایی فرمالدئید:

حبیبی[1] و همکارش در سال 2010 تجزیه فرمالدئید و اسید فرمیک را توسط الکترودی از جنس ذرات پلاتین نشسته شده بر بستر کربن سرامیکی مورد مطالعه قرار دادند و مکانیزمی نیز برای اکسایش آن ارائه کردند. آن‌ها تجزیه فرمالدئید را بر روی این الکترود با الکترودهای پلاتین صاف و ذرات پلاتین نشسته شده بر روی کربن شیشه‌ای با هم مقایسه کردند و مشاهده نمودند که قدرت اکسندگی فرمالدئید و فرمیک اسید با استفاده از الکترود پلاتین نشسته شده بر بستر کربن سرامیکی بیشتر از دو الکترود دیگر خواهد بود که علت را مربوط به ساختار منحصر به فرد کربن سرامیکی، تخلخل بسیار خوب آن، ویژگی‌های الکتریکی بالای بستر کربن سرامیکی و پراکندگی یکنواخت ذرات نانو پلاتین در بستر کربن سرامیکی دانستند[14].انیو[2] در سال 1985 تجزیه الکتروشیمیایی فرمالدئید را بر روی الکترودهای Pt، Pd، Au وآلیاژی از Pd-Au مورد بررسی قرار داد و مشاهده کرد که تجزیه الکتروشیمیایی توسط الکترود Au در 2/0 مولار فرمالدئید و1 مولار NaOH بیشترین جداسازی فرمالدئید را نسبت به الکترودهای Pt و Pd خواهد داشت علاوه بر این مشاهده کرد این الکترود در تماس با CO بطور جدی دچار مسمومیت نخواهد شد و الکترود آلیاژی Pd-Au فعالیتی ما بین دو الکترود Au و Pd خواهد داشت. همچنین مشاهده کرد در 2/0 مولار فرمالدئید و 4/0 مولار Na2Co3 الکترودهای Pt و Au فعالیت نسبتاً خوبی در جهت جداسازی فرمالدئید خواهند داشت[15].

سلواراج[3] و همکارانش در سال 2009 تجزیه فرمالدئید را بر روی الکترودهای حاصل از نشستن ذرات Pt و Pt-Pd بر روی ذرات نانو لوله‌های کربنی در محلولی شامل 5/0 مولار فرمالدئید و 5/0 مولار H2SO4 را مورد مطالعه قرار دادند. آنها مشاهده کردند که الکترود Pt-Pd نشسته شده بر روی ذرات نانو لوله‌های کربنی نسبت به الکترودهای Pt نشسته شده بر روی ذرات نانو لوله‌های کربنی و Pt نشته شده بر روی ذرات کربن‌ دارای قدرت اکسندگی بیشتری می‌باشد. که علت را توزیع یکنواخت نانو فلزات بر روی دیواره نانو لوله‌های کربنی ، ویژگی الکتریکی خوب و کاهش مسمومیت نانو فلزات بر روی نانو لوله‌های کربنی و ساختار منحصر به فرد این نانو لوله‌های کربنی دانستند[16].یانگ[4] و همکارانش در سال 1996 فعالیت الکترود Au قرار داده شده بر سطح کربن‌های شیشه‌ای را جهت تجزیه فرمالدئید مورد بررسی قرار دادند و به این نتیجه رسیدند که فعالیت این الکترود بسیار بیشتر از فعالیت فلز Au به تنهایی خواهد بود. آنها علت این امر را سطح فعال بیشتری که در اثر توزیع Au بر روی کربن‌های شیشه‌ای بوجود می‌آید دانستند[17].

ی[5] و همکارانش در سال 2006 کارایی الکترود TiO2 بر پایه فلزات نجیب مانند(Pt,Rh,Pd,Au) را در تجزیه فرمالدئید مورد مطالعه قرار دادند و مشاهده کردند در بین این الکترودها Pt/TiO2 بیشترین فعالیت را در جهت تجزیه فرمالدئید دارا می‌باشد. آنها همچنین اثر بار Pt را در فعالیت الکترود Pt/TiO2 برای تجزیه فرمالدئید در دمای اتاق حدود C° 20 مورد بررسی قرار دادند. همچنین بهینه بار Pt در این تحقیق %1 وزنی بدست آمد که در این حالت فرمالدئید بطور کامل به CO2 و H2O اکسید گردید. در این درصد وزنی، Pt بخوبی به ذرات کوچکتر از nm 1 پخش و توزیع می‌شود و این از مهمترین دلایل فعالیت بالای این الکترود در دمای اتاق می‌باشد[18].لیو[6] و همکارانش در سال 2005 تجزیه فتوکاتالیتیکی فرمالدئید را در 27 ساعت با استفاده از لامپ UV با طول موج nm 254 به همراه TiO2 قرار داده شده بر روی سیلیکاژل‌های کروی در محلولی شامل ppm20 فرمالدئید با اندازه‌گیری غلظت CO و CO2 مورد مطالعه قرار دادند و به جداسازی 9/83 % فرمالدئید رسیدند. آنها مشاهده کردند که اکسیداسیون فتوکاتالیتیکی فرمالدئید آرام انجام می‌پذیرد. همچنین آنها پیشنهاد کردند با توجه به سمیت بالایی که برخی از محصولات فرعی از جمله CO در اکسایش فرمالدئید ایجاد می‌کند اصلاح روش فتوکاتالیتیکی به منظور کاهش محصولات فرعی (کاهش مسمومیت کاتالیست‌ها) و بهتر کردن سرعت جداسازی ترکیبات آلاینده مورد بررسی قرار بگیرد[19].امیر توللی و همکارانش در سال 1385 کاهش غلظت فرمالدئید را در پساب صنعتی توسط روش اکسیداسیون با پراکسیدهیدروژن در حضور هیدروکسید سدیم مورد بررسی قرار دادند. نتایج حاصل از این تحقیق نشان می‌دهد که در ml5 پراکسیدهیدروژن و ml10 هیدروکسید سدیم به جداسازی 57% فرمالدئید خواهند رسید. همچنین آنها مشاهده کردند که هیدروکسیدسدیم مقدار کمی از پراکسیدهیدروژن را فعال می‌کند سپس پراکسیدهیدروژن فعال شده به گروه کربونیل حمله کرده و واکنش انجام می‌پذیرد همچنین مقدار اضافی هیدروکسید سدیم با مقدار دیگر فرمالدئید وارد عمل شده و مقدار بیشتری از فرمالدئید را به اسید تبدیل می‌کند[20].متیو[7] و همکارانش در سال 2000 تجزیه الکتروشیمیائی فرمالدئید را بر روی الکترودهای آند پایدار بی‌بعد ([8]DSA) شامل (Ti/Ir0.3O2)، (Ti/Ti0.7O2) و (Ti/Ir0.2Ru0.6O2) در محلول اولیه‌ای شامل غلظت mmol/lit 100 از فرمالدئید به همراه mol/lit 5/0 اسیدسولفوریک مورد مطالعه قرار دادند. آنها مشاهده کردند که غلظت فرمالدئید با گذشت زمان به‌شدت کاهش پیدا می‌کند، مصرف فرمالدئید بر روی الکترود سه‌تایی (Ir-Ru-Ti) سریعتر از دو الکترود دیگر (Ru-Ti) و(Ir-Ti) می‌باشد. همچنین آنها مشاهده کردند که اختلاف غلظت اسیدفرمیک در طول الکترولیز بیشتر به جنس آند وابسته است تا میزان مصرف فرمالدئید در محیط واکنش[21].در سال 2007 برتازولی[9] و همکارانش تجزیه الکتروشیمیایی محلولی شامل gr/l4/0 فرمالدئید را در یک راکتور جریان‌دار لوله‌ای با الکترودهای آند تیتانیوم پوشیده شده توسط اکسیدفلزات ( Ti/Ru0.3Ti0.7O2) مورد مطالعه قرار دادند و به جداسازی 97% TOC و به غلظت نهایی فرمالدئید و COD به زیر آستانه تشخیص رسیدند. همچنین آنها مشاهده کردند واکنش اکسایش (Ti/Ru0.3Ti0.7O2) به‌همان خوبی جداسازی TOC و COD توسط انتقال جرم کنترل می‌شود و سرعتی شبه مرتبه اول را دارا می‌باشد[22].وانگ[10] و همکارانش در سال 2009 تجزیه کاتالیتیکی فرمالدئید را توسط الکترودهای مختلف با ابعادcm2 8×4 با فاصله cm8 از یکدیگر، در 4 ساعت الکترولیز مورد بررسی قرار دادند. آنها مشاهده کردند که تغییر شکل الکترودها به مانند دندانه دندانه کردن آنها با توجه به فعالیت خوب الکترودها نتایج خوبی را به همراه خواهد داشت. این کار نشان داد که الکترودها با توجه به کاربردشان می‌توانند به اشکال مختلف و پیچیده نیز ساخته شوند. همچنین آنها مشاهده کرند که الکترود Pt/TiO2/Al2O3 با بار Pt gr/cm2 62/0 دارای درصد تبدیل 4/71% ،الکترود Pt/Al2O3 دارای درصد تبدیل 1/37%، الکترود Ti/Al2O3 دارای درصدتبدیل 21% و الکترود Al2O3 دارای درصد تبدیل 14% فرمالدئید می‌باشد. همچنین آنها مشاهده کردند در بین تمام این الکترودها، الکترود Pt/TiO2/Al2O3 با بار Pt gr/cm2 26/1 دارای بیشترین درصد تبدیل فرمالدئید به H2O و CO2 یعنی 4/92% خواهد بود [23].

در سال 2000 لی[11] و همکارانش بر روی تجزیه فتوکاتالیستی فرمالدئید بر روی الکترود Pt/Fe2O3/TiO2 کار کردند. آنها با بار 5% Fe2O3 در الکترود Fe2O3/TiO2 به جداسازی 66% فرمالدئید رسیدند. همچنین با بار1% وزنی Pt در الکترود Pt/TiO2 به جداسازی 63% رسیدند آنها با ایجاد الکترود جدید Pt/Fe2O3/TiO2 به جداسازی 74% فرمالدئید رسیدند. همچنین آنها مراحل اکسایش فتوکاتالیتیکی فرمالدئید را دو مرحله ذکر کردند ابتدا فرمالدئید به اسیدفرمیک اکسید می‌گردد سپس اسیدفرمیک به محصول نهایی CO2 تبدیل می‌گردد. همچنین آنها رادیکال‌های آزاد هیدروکسیل و °CHO را نیز در این کار مشاهده کردند[24].

میوا[12] و همکارانش در سال 2009 تجزیه الکتروشیمیایی پساب شامل مخلوطی از فنول و فرمالدئید را توسط الکترود DSA که دارای ترکیب Ti/Ru0.3Ti0.7O2 بود را مورد بررسی قرار دادند. آنها در این مطالعه اثر دانسیته جریان [mA/cm2 50 و10،20،30،40]، اثر pH [3،5،7،9،12]، اثر الکترولیت [Na2SO4,NaCL,NaNO3] و همچنین انرژی مصرفی در طول الکترولیت را مورد بررسی قرار دادند. آنها مشاهده کردند که تجزیه الکتروشیمیایی مخلوط فنول و فرمالدئید توسط دو مکانیزم مختلف صورت می‌پذیرد: مکانیزم فعال و غیرفعال. مکانیزم غیرفعال حاصل احتراق کامل ترکیبات آلی به دی‌اکسیدکربن می‌باشد و مکانیزم فعال حاصل اکسیداسیون انتخابی از طریق محصولات تخریبی است. نتایج این تحقیق نشان داد که تجزیه الکتروشیمیایی مواد آلی شدیداً به pH وابسته است و بیشترین جداسازی TOC حدود 60% است که در دانسیته جریان mA/cm2 40 حاصل می‌گردد[25].

اثر الکترولیت بر انرژی مصرفی

اثر الکترولیت بر انرژی مصرفی

 فصل سوم: طراحی آزمایشات به‌روش تاگوچی

بعد از جنگ دوم جهانی، دولت‌های متفقین دریافتند که کیفیت سیستم تلفن‌های ژاپنی بسیار کم و به‌طور کلی برای ارتباطات طولانی مدت نامناسب است. به‌منظور بهبود سیستم، آنها پیشنهاد کردند که تسهیلاتی مشابه با آزمایشگاه‌های بل واقع در ایالات متحده برای تحقیق و توسعه فنی سیستم‌های ارتباطی ایجاد گردد. ژاپنی‌ها آزمایشگاه‌های ارتباط الکتریکی (ECL[1]) را با مسئولیت دکتر تاگوچی با هدف توسعه‌ی سوددهی R&D و افزایش کیفیت محصول تاسیس کردند. وی مشاهده کرد که زمان و پول گزافی در آزمایشات مهندسی مصرف می‌شود. درحالی‌که تاکید کمی بر فرآوری، کنکاش و کشف راه حل‌های مناسب جهت به‌حداقل رساندن منابع مصرف می‌شود. دکتر تاگوچی شروع به توسعه‌ی روش‌های جدید در بهینه‌سازی فرایند آزمایشات مهندسی کرد. وی روش‌هایی را توسعه داد که اکنون به روش تاگوچی معروف است. بیشترین سهم وی نه در فرمولاسیون ریاضی طراحی آزمایشات، بلکه در فلسفه آن می‌باشد. روش او فراتر از یک روش طراحی آزمایشات است. مفهومی است که مقررات منظم، قدرتمند و یکنواختی برای بهبود کیفیت ایجاد نموده که متفاوت از روش‌های سنتی است[36]. امروزه، تولیدکنندگان برای بقا و استمرار خود در بازارهای رقابتی راهی جز تولید محصولی با کیفیت بالا و جلب رضایت مشتریان ندارند لذا تردیدی نیست که بهبود کیفیت محصولات از مهم ترین ویژگی‌های هر سیستمی است و این خود دلیلی واضح برای یادگیری و به‌کارگیری فنون بهبود کیفیت و تکنیک‌های طراحی آزمایش (DOE[2]) است.روش تعریف و بررسی تمامی شرایط ممکن در یک آزمایش شامل چند فاکتور، طراحی آزمایشات نامیده می‌شود. این روش در بعضی نشریات طراحی فاکتوریلی نیز نامگذاری شده است[37]. مفاهیم طراحی آزمایشات که اکنون استفاده می‌شود، نتیجه تحقیقات فیشر[3] در زمینه‌ی بهینه‌سازی عملیات‌های کشاورزی و در حدود نیم قرن پیش است. او آزمایشاتی در جهت تعیین عملیات‌های بهینه‌سازی برای ایجاد حداکثر کارایی در زمین‌های کشاورزی طراحی کرد. کاربردهای متعددی از این روش به ویژه در صنایع شیمیایی و داروسازی در نشریات ذکر شده‌اند[38].یکی از مطمئن‌ترین روش‌های آماری برای بهبود کیفیت استفاده از روش‌های طراحی آزمایش است. در واقع طراحی آزمایش بر جمله «پیشگیری بهتر از درمان است» تاکید می‌کند. این اصل، در اکثر صنایع نظیر الکترونیک، هوافضا، اتومبیل، پزشکی، غذایی، داروسازی، شیمیایی و فرایندی قابل استفاده است. از روش طراحی آزمایش‌ها می‌توان در تولیدات جدید و یا بهینه کردن سیستم‌های در حال تولید استفاده کرد. استفاده صحیح از روش‌های طراحی آزمایش‌های آماری می‌تواند باعث سهولت مراحل طراحی و تولید محصولات جدید، کاهش زمان و هزینه‌های مصرفی، تعیین شرایط بهینه تولید با سطح اطمینان بالا و بهبود عملکرد محصولات تولید شده شود.در طراحی آزمایشات دو هدف را باید در نظر گرفت. اول، تعداد آزمایشاتی است که باید تعیین شود و دوم شرایطی است که باید برای هر آزمایش مشخص گردد.کلیه فرایندها دارای ورودی، خروجی و تعدادی عوامل قابل‌کنترل یا غیر‌قابل کنترل می‌باشند، بنابراین اگر میزان و شیوه اثرگذاری هر عامل در جریان تبدیل ورودی به خروجی مشخص باشد، می‌توان فرایند را کنترل کرد.طراحی آزمایش دانشی است که به‌کمک آن می‌توان میزان اثرپذیری هر یک از عوامل موثر بر فرایند را بر مشخصه‌های خروجی به‌شکل یک معادله بیان کرد. به‌عبارت دیگر طراحی آزمایش را می‌توان به‌صورت ایجاد تغییرات هدفمند در مشخصه‌های ورودی یا فاکتورهای یک فرایند برای مشاهده تغییرات در مشخصه خروجی یا پاسخ تعریف کرد. ‌این‌که این عوامل چگونه باشند تا بهترین مشخصه خروجی به‌دست آید مهم است. به این سوالات DOE پاسخ می‌دهد. از اهداف کلی طراحی آزمایش می‌توان به موضوعاتی همچون کاهش تعداد آزمایش‌ها و در نتیجه کاهش زمان و هزینه‌ها، تعیین متغیرهایی که بیشترین تاثیر را در پاسخ دارند و حذف فاکتورهای غیرضروری، محاسبه درصد اهمیت هر متغیر، تعیین میزان خطا و تعیین شرایط بهینه اشاره کرد[36].

3-1- مقدمه………………………………………………………………………………….. 23

3-2- تعاریف مفاهیم اولیه…………………………………………………………………. 25

3-2-1- پاسخ……………………………………………………………………………….. 25

3-2-1-1- پاسخ‌هایی از نوع بزرگ‌تر (بیشتر) – بهتر………………………………….. 25

3-2-1-2- پاسخ‌هایی از نوع کمتر – بهتر………………………………………………. 25

3-2-1-3- پاسخ‌هایی از نوع نزدیک‌تر – بهتر ………………………………………….. 25

3-2-2- فاکتور…………………………………………………………………………….. 25

3-2-2-1- فاکتورهای کمی و کیفی…………………………………………………… 25

3-2-2-2- فاکتورهای کنترلی و اغتشاشگر…………………………………………. 26

3-2-3- سطح…………………………………………………………………………… 26

3-2-4- اثر اصلی……………………………………………………………………….. 26

3-2-5- اثرات متقابل…………………………………………………………………… 26

3-3- انواع روش‌های طراحی آزمایش……………………………………………….. 27

3-3-1- روش تک‌عاملی……………………………………………………………….. 27

3-3-2- روش چند عاملی……………………………………………………………… 28

3-3-3- روش فاکتوریل………………………………………………………………… 28

3-3-4- روش رویه پاسخ………………………………………………………………. 29

3-3-5- روش تاگوچی………………………………………………………………….. 30

3-4- فرایند طراحی آزمایش‌ها………………………………………………………. 31

3-4-1- فاز برنامه‌ریزی و مفاهیم مهم در آن……………………………………….. 31

3-4-1-1- مشخص کردن تعداد اثرات متقابل……………………………………….. 32

3-4-1-2- انتخاب آرایه متعامد متناسب……………………………………………… 32

3-4-1-3- درجه آزادی فاکتور…………………………………………………………. 32

3-4-1-4- درجه آزادی اثرات متقابل………………………………………………… 32

3-4-1-5- درجه آزادی کل آزمایش………………………………………………….. 32

3-4-1-6- ویژگی‌های آرایه‌های متعامد……………………………………………. 32

3-4-1-7- مشخص کردن ستون اثرات متقابل…………………………………….. 35

3-4-1-7-1- استفاده ازجداول مثلثی………………………………………………… 35

3-4-1-7-2- استفاده از گراف‌های خطی……………………………………………. 35

3-4-2- فاز اجرایی……………………………………………………………………… 35

3-4-3- فاز تجزیه و تحلیل……………………………………………………………… 35

اثر زمان برجداسازی فرمالدئید

اثر زمان برجداسازی فرمالدئید

فصل چهارم:ابزار، مواد و روش‌ها

در طراحی آزمایشات مورد نظر از روش طراحی آزمایش به روش تاگوچی استفاده گردیده است. با توجه به فاز برنامه‌ریزی تعداد فاکتورهای مهم و موثر در این مطالعه در ابتدا 5 فاکتور (pH اولیه محلول، نوع الکترود، زمان انجام آزمایش، میزان آمپراژ مورد نیاز جهت انجام آزمایشات و نوع الکترولیت) انتخاب گردید و آزمایشات با توجه به‌روش طراحی آزمایش تاگوچی طراحی گردید و آزمایشات انجام شد.

نتایج بدست آمده از این آزمایشات در حالاتی که از الکترودهای CS وSS استفاده ‌گردید با نوسانات زیاد همراه بود و گاهاً بدون هیچگونه تغییری باقی میماند همچنین خوردگی شدید این الکترودها نیز در طول آزمایش مشاهده ‌گردید. زمانی که این الکترودها به‌عنوان آند استفاده ‌گردند در واکنش‌های آندی شرکت می‌کنند و به‌صورت کاتیون وارد محیط می‌شوند و در الکترود کاتد رسوب کرده و باعث کند شدن یا توقف کامل اکسایش فرمالدئید در محیط می‌شوند لذا با توجه به مشکلات ایجاد شده توسط دو الکترود CS وSS در این مطالعه اثر این فاکتور (نوع الکترود) را حذف کرده و تنها از الکترود Pt که پایدار بوده و دچار انحلال آندی نمی‌گردد و نتایج را دچار مشکل نمی‌کند استفاده گردید.

در جدول (4-1) فاکتورهای انتخاب شده در این مطالعه با توجه به حذف فاکتور نوع الکترود نشان داده شده است. همچنین سطوح هر فاکتور نیز در این مطالعه انتخاب گردید که پارامترها و سطوح انتخاب شده در این مطالعه در جدول (4-2) نشان داده شده است. با توجه به روابط مربوط به درجه آزادی و اهمیت آن در انتخاب آرایه متعامد جهت طراحی آزمایشات درجه آزادی فاکتورهای انتخابی در این مطالعه مشخص گردید که نتایج آن در جدول (4-3) مشاهده می‌گردد. با توجه به روش طراحی آزمایش تاگوچی و با کمک نرم‌افزار Qualitek-4 تعداد آزمایشات مورد نیاز با انتخاب آرایه متعامد 16L، 16 آزمایش طراحی گردید که نتایج حاصل از طراحی این آزمایشات در جدول (4-4) آورده شده است. جهت نشان دادن تکرارپذیر بودن آزمایشات، آزمایش شماره 2، 7، 9 و 16 که در آن اثر کلیه فاکتورها در نظر گرفته شده و هیچ آزمایش انتخابی دارای فاکتور مشابه نبودند هر کدام 2 مرتبه تکرار و پس از حصول از تکرارپذیری آزمایشات بقیه آزمایشات انجام گردید. در این مطالعه تحلیل نتایج از طریق محاسبات آماری آنالیز واریانس (روش استاندارد) و با کمک نرم‌افزار Qualitek-4 انجام پذیرفت.

4-1- ابزار…………………………………………………………………………………. 37

4-2- مواد………………………………………………………………………………… 37

4-3- روش‌ها…………………………………………………………………………….. 38

اثرجریان A برجداسازی فرمالدئید

اثرجریان A برجداسازی فرمالدئید

فصل پنجم:نتایج و تجزیه و تحلیل

5-1- فاز تجزیه و تحلیل………………………………………………………………… 44

5-1-1- تجریه و تحلیل مقدماتی……………………………………………………… 44

5-1-1-1- محاسبه اثر اصلی فاکتورها……………………………………………… 44

5-1-1-2- تخمین جواب درشرایط بهینه…………………………………………….. 45

5-1-1-3- بررسی شاخص دقت………………………………………………………. 46

5-1-2- آنالیز واریانس (ANOVA)………………………………………………………… 46

5-1-2-1- تعریف مفاهیم مهم در آنالیز واریانس…………………………………….. 47

5-1-2-2- روش آنالیز استاندارد……………………………………………………….. 49

5-1-2-3- روش آنالیز  ………………………………………………………………….. 49

5-1-2-3-1- کاربرد نسبت   ………………………………………………………….. 49

5-1-3- انواع مختلف تابع زیان………………………………………………………….. 50

5-1-3-1- مشخصه نوع هرچه به ‌مقدار اسمی نزدیک‌تر، بهتر…………………….. 50

5-1-3-2- مشخصه نوع هر چه کوچک‌تر، بهتر……………………………………….. 50

5-1-3-3- مشخصه نوع هرچه بزرگ‌تر، بهتر…………………………………………. 50

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فصل ششم: جمع‌بندی و پیشنهادات

6-1- جمع‌بندی………………………………………………………………………… 58

6-2- پیشنهادات ………………………………………………………………………. 59

فهرست منابع و مأخذ………………………………………………………………… 60


Abstract

Formaldehyde is an organic compound that is used as raw material in many industries. Due to the risk of cancer and environmental pollution, industrial wastes polluted by high concentrations of formaldehyde, must be treated before entering the environment. The purpose of this research is to examine the effects of different factors on the electrochemical oxidation of formaldehyde. The tests were designed according to Taguchi’s method and the four most effective factors were examined. Based on the test results duration of oxidation has the most effect and electrolyte has the least effect on the treatment of formaldehyde. The effect of the electrolyte on the consumption of energy was also examined. The results showed that using hydrochloridric as the electrolyte, consumes the least energy for the treatment of formaldehyde. The optimum conditions for the treatment of formaldehyde are pH=3, Voltage=0.4 A and Sodium sulfate (Na2SO4) as the electrolyte, where the test duration is two hours. Under these conditions 30% of the formaldehyde in the solution is eliminated.



بلافاصله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود.


فایل pdf غیر قابل ویرایش

قیمت25000تومان

خرید فایل word

قیمت35000تومان