فهرست عناوین

فصل اول:مقدمه و کلیات

فناوری نانو، توانمندي توليد مواد، ابزارها و سيستم­هاي جديد با در دست گرفتن كنترل در سطح مولكولي و اتمي و استفاده از خواص آن­ها در مقياس نانو می­باشد. علم نانو، عبارت است از مطالعه و پژوهش وسايل و ساختار هايي كه در كوچكترين واحد ديمانسيون( 100 ) نانومتر يا كوچكتر وجود دارند. از تعاريف فوق بر مي­آيد كه فناوري ‌نانو يك رشته نيست بلكه رويكردی جديد در تمامی رشته هاست. براي فناوري ‌نانو كاربردهايي را درحوزه­هاي مختلف ازجمله غذا، دارو، تشخيص پزشكي و فناوری­زیستی  تا الكترونيك، كامپيوتر، ارتباطات، حمل ونقل، انرژي، محيط زيست، مواد، هوا و فضا و امنيت ملي بر شمرده­اند.كاربرد هاي وسيع اين عرصه و پيامد هاي اجتماعي سياسي و حقوقي آن، اين فناوري را به عنوان زمينه فرارشته اي و فرابخشی مطرح نموده است. اولين جرقه فناوري نانو درسال 1959زده شد(البته در آن زمان هنوز به اين نام شناخته نشده بود). در اين سال ريچارد فاينمن طي يك سخنراني با عنوان «فضاي زيادي در سطوح پايين وجود دارد» ايده فناوري نانو را مطرح ساخت. وي اين نظريه را ارائه داد كه در آينده‌اي نزديك مي‌توانيم مولكول‌ها و اتم‌ها را به صورت مستقيم دست­كاري كنيم. واژه فناوري نانو اولين بار توسط نوريوتاينگوچي استاد دانشگاه علوم توكيو درسال 1974 بر زبان­ها جاري شد. او اين واژه را براي توصيف ساخت مواد(وسايل) دقيقي كه تلورانس ابعادي آن­ها در حد نانومتر مي‌باشد، به كار برد. در سال 1986 اين واژه توسط كي­اريك دركسلر[1] در کتابي تحت عنوان «موتور آفرينش: آغاز دوران فناوري‌نانو» بازآفريني و تعريف مجدد شد. وي اين واژه را به شكل عميق‌تري در رساله دكتراي خود مورد بررسي قرار داده و بعدها آن ­را در کتابي تحت عنوان «نانوسيستم‌ها ماشين‌هاي مولكولي، چگونگي ساخت و محاسبات آن­ها» توسعه داد. هدف فناوری نانو تولید مولکولی یا ساخت اتم به اتم و مولکول به مولکول مواد و ماشین‌ها توسط بازوهای روبات برنامه‌ریزی شده در مقیاس نانومتری است

1-2- اهمیت تصفیه آب

افزايش جمعيت جهان وکاهش منابع آب آشاميدني، نگراني­هايي را درباره تأمين آب آشاميدني مورد نياز کشورهاي مختلف در سراسر جهان به وجود آورده و کمبود آب که در نتيجه افزايش آلودگي هاي زيست محيطي شدت پيدا مي کند، سبب شده تا تأمين آب بهداشتي مورد نياز مردم به يکي از مشکلات اساسي جهان امروز تبديل شود. امراض ناشي از آلودگي منابع آب، روزانه سبب کشته شدن هزاران و شايد ده ها هزار نفر از مردم جهان مي شود، اين در حالي است که امکان بازيافت آب دسترسي به يک منبع مناسب براي مصارف گوناگون را فراهم خواهد آورد . اخيراً با ورود فناوري هاي نوين از قبيل زيست فناوري و نانو فناوري، مواد و راهکارهاي جديدي براي تصفيه آب و فاضلاب هاي صنعتي و کشاورزي معرفي شده و يا مي شوند. استفاده از فيلترهاي نانومتري، تحول عظيمي را در بازيافت و استفاده مجدد از منابع آب ايجاد کرده کاربردهاي فناوري­نانو در اين خصوص عبارتند از : نانو سنسورها، نانو فيلترها، نانو فتوکاتاليست ها، مواد نانو حفره اي، نانو ذرات، توانايي هاي اين فناوري­ها در تصفيه آب با توجه به انواع آلودگي هاي نقاط مختلف ايران مورد ارزيابي قرار گرفته است.محققان به دنبال توسعه روش منحصر به فردي براي تصفيه فاضلاب هستند که بدون استفاده از مواد شيميايي گران­قيمت، کيفيت آب را در مقايسه با روش هايي که در حال حاضر مورد استفاده قرار مي گيرند، به ميزان قابل توجهي افزايش خواهد داد . آخرين مرحله تصفيه آب، حذف موجودات زنده بسيار ريز است که در حال حاضر از کلر به عنوان ماده ضدعفوني کننده استفاده مي شود. اما در اين صورت حتي پس از تصفيه نيز ترکيبات آلی زيادي در آب وجود خواهد داشت. کلر موجودات زنده ريز را از آب حذف مي کند. اما با آلاينده هاي آلی واکنش مي دهد و محصولات جانبي تجزيه ناپذير و سمي توليد مي کند که نمي توان آنها را از آب حذف کرد. انتقال اين مواد به محيط زيست و استفاده از آنها در کشاورزي وصنايع ديگر مي­تواند مشکلات بهداشتي خطرناکي ايجاد کند.تصفيه فاضلاب به کمک نانو­کاتاليزور نوري مي تواند جايگزين سومين مرحله تصفيه يعني ضدعفوني با کلر شود تا موجودات زنده و ترکيبات آلي را به طور همزمان حذف و فاضلاب را به يک منبع آب مناسب تبديل کند. به طور طبيعي موجودات زنده ريز، ترکيبات آلی بزرگ را به ذرات کوچک تري تبديل مي کنند. اما از آن­جاکه اين ترکيبات از نظر زيستي تجزيه ناپذيرند براي تجزيه آنها بايد از نوعی انرژي بهره برد. اين انرژي از اشعه فرابنفش نور خورشيد تأمين شده و به همراه کاتاليزورهاي نوري مورد استفاده قرارمي­گيرد. انرژي آزاده شده از واکنش سلول کاتاليزور نوري مي تواند موجودات زنده ريز را از ميان برده و ترکيبات تجزيه ناپذير را تجزيه کند. اين فرآيند به دليل امکان استفاده مجدد از کاتاليزورهاي نوري از نظر اقتصادي مقرون به صرفه است. ذرات کاتاليزوري يا بصورت همگن در محلول پراکنده مي­شوند يا به صورت ساختارهاي غشايي رسوب داده شده هستندکه تجزيه شيميايي آلاينده­ها را امکان پذير مي کنند.اثر افزودن فلزات مختلف در بهبود فعاليت کاتاليزوري شناخته شده و دانشمندان از آن در حذف تري‌کلرواتيلن[2] از آب‌هاي زيرزميني استفاده کرده‌اند. تحقيقات مرکز فناوري‌نانوي زيست‌ محيطي[3] دانشگاه‌ رايس نشان مي‌دهد نانوذرات طلا و پالاديم، کاتاليست‌هايي بسيار مؤثر براي حذف آلودگي‌TCE از آب هستند. مزيت‌هاي حذف TCE با پالاديم به خوبي مشخص است ولي اين روش تا حدودي پرهزينه است.

1-2-1- نانو فناوری و تصفیه آب

با به کارگيري فناوري‌نانو مي‌توان تعداد اتم‌هاي در تماس با مولکول‌هاي TCEو در نتيجه کارايي اين کاتاليست را چندين برابر کاتاليست‌هاي رايج افزايش داد. محققان دانشگاه رايس روش جديدي را توسعه داده‌اند که طي آن نانوبلورهاي تيتانيوم با سطح ويژه بالا (بيش از  m2/g 250) براي حذف آروماتيک‌هاي آلي توليد مي‌شوند. اين مواد تحت تابش اشعه فرابنفش، قابليت اکسيداسيون نوري بسياري از مولکول‌ها را پيدا مي‌کنند. همچنين C60 کاتاليزور نوري بسيار خوبي است که کارايي آن صدها برابر بيش از تيتانياي موجود در بازار است. توليد راديکال آزاد به وسيله C60 متراکم در آب، امکان تجزيه آلاينده‌ها را فراهم مي‌کند.

 با توجه به کاربردها و قابليت هاي فناوري­نانو در صنعت آب و فاضلاب بسياري از شرکت­ها از اين فناوري در تصفيه آب و فاضلاب استفاده مي کنند و به همين دليل امروزه استفاده از محصولات و توليدات بر پايه فناوري­نانو افزايش يافته است. اين محصولات اغلب شامل نانو فيلترها و انواع حسگرهايي است که به منظور تشخيص مواد و ذرات موجود در آب مورد استفاده قرار مي گيرند.دیر زمانی نیست که یکی از اهداف مهم و اصلی در قانون تأسیس شرکت­ها و کارخانجات صنعتی در ایران حفظ محیط زیست و جلوگیری از آلودگی آن تعیین شده است. به موجب این قانون کارخانجات صنعتی می بایست نظارت و دقت مضاعفی در خصوص جلوگیری از تخریب محیط زیست به هر نحو به عمل آورند. در غیر این صورت با برخوردهای جدی و شدیدی از سوی سازمان حفاظت از محیط زیست روبرو خواهند شد.در دهه های گذشته تعاریف جدیدی از توسعه یافتگی و پایداری در فرآیند توسعه در کتب و محافل علمی و سیاسی مشاهده می شود. یکی از نگرش های جدید توسعه یافتگی و یکی از ارکان مهم توسعهً پایدار در کشورهای مدعی، برخورد با آثار سوء مسایل زیست محیطی می باشد که پیگیری جدی در جهت جلوگیری از بروز آن، به فرهنگ و نگرش دولت ها در خصوص ارزش نهادن به فرهنگ والای انسانی بستگی دارد.در دو دههً گذشته در کشور عزیز ما، ایران نیز به حفظ محیط زیست و جلوگیری از تخریب آن توجه زیادی شده است. ایران نیز مانند دیگر کشورهای جهان متعهد گردیده که درجهت حفظ محیط زیست به طور جدی تلاش و این کره خاکی را برای نسل­های آینده حفظ نماید. از جمله­ی این تعهدات حفظ منابع آبی و احداث تصفیه خانه فاضلاب برای تصفیه آبهای آلوده می باشد. آلودگی آب علاوه براین­که باعث نشر بسیاری از بیماری­های مختلف می شود، سلامت و کیفیت منابع محدود آب تمیز را نیز تحت تأثیر قرار داده و در بلند مدت صدمات زیادی را بر پیکره توسعه­ی اقتصادی و اجتماعی جامعه وارد می سازد. از این جهت بازیافت فاضلاب­ها و پساب­های صنعتی، بخصوص در کشورهایی که دچار کم آبی یا بی آبی هستند، اهمیت خاصی پیدا نموده و این روش در حال حاضر در ایران نیز مورد توجه قرار گرفته و بسیاری از صنایع کشور در بازیافت پساب­های صنعتی به منظور افزایش تولید و ایجاد شرایط و فضای توسعه اقدام می نمایند.

آب مهم ترین ماده شیمیایی موجود در جهان می باشد. در مورد اهمیت آن می توان به این جمله بسنده کرد که خداوند در قرآن فرموده- از آب هر چیزی را زنده گردانیده ایم[4] – امروزه بعلت رشد فزآینده جمعیت، محدود بودن منابع آب تجدید شونده، کاهش سطح آب سفره­های زیرزمینی و پیش­روی آب­های شور دریاها دراین سفره­ها، افزایش سرعت فرآیند صنعتی شدن کشورها و تغییر شیمیایی پساب­ها بر اثر ورود مواد شیمیایی کارخانه ها به داخل آب­های سطحی، گرم شدن کره زمین وخشک­سالی، نیاز به آب برای مصارف کشاورزی وتولید انرژی وبسیاری از دلایل دیگر، بهینه سازی مصرف آب، بازیافت وتصفیه پساب­ها و توسعه فرآیندهای تصفیه فاضلاب اهمیت روز افزونی یافته است.امروزه سلامتي بشر و محيط زيست در معرض خطر انواع مختلفي از آلاينده ها قرار دارد. با پيشرفت تكنولوژي در زندگي روزمره با مواد سمي ناشي از اگزوز ماشين ها، فرمالدهيد، بنزن، انواع قارچ ها و مانند آن روبرو هستيم. آمار و ارقام نشان مي دهد كه تنها در چين سالانه بالاي صدهزار نفر به دليل آلودگي مكان­هاي سرپوشيده جان خود را از دست مي دهند. بررسي200 اتومبيل جديد نشان داد كه90 درصد اين محصولات داراي گازهاي خروجي بسيار سمي و مرگبار هستند. بنابراين پيدا كردن راهكاري براي پالايش محيط زيست، هدفي است كه بسياري از دانشمندان در سراسر جهان براي رسيدن به آن تلاش مي كنند. در اين ميان، فناوری جديدي با عنوان فتوكاتاليست[5] مورد توجه بسياري قرار گرفته است. واژه فتوكاتاليست در اصل به معني شتاب بخشيدن به يك واكنش فوتوني توسط كاتاليست است. به طوردقيق تر، كاتاليست در شرايط تهييج شده يا عادي خود از طريق ميان­كنش با مواد واكنش­گر يا محصولات اوليه، واكنش فوتوني را تسريع خواهد كرد. كاتاليست­ها انواع مختلف دارند. بهترين راه براي تميز كردن آبهاي آلوده استفاده از كاتاليستي است كه براي تعداد زيادي از آلاينده ها كاربرد داشته باشد.

1-1- فناوري ‌نانو. ………………………………………………………………………………1

1-2- اهمیت تصفیه آب………………………………………………………………………. 2

1-2-1- نانو فناوری و تصفیه آب…………………………………………………………….. 4

1-3- روش های مختلف تصفیه پساب……………………………………………………. 6

1-3-1- تصفیه بیولوژیکی……………………………………………………………………. 7

1-3-2- تجزیه گرمایی……………………………………………………………………….. 8

1-3-3- جذب و دفع…………………………………………………………………………… 8

1-3-3-1-  شناورسازی با هوا…………………………………………………………….. 9

1-3-3-2- کربن فعال………………………………………………………………………… 9

1-3-3-2-1- تصفیه با کربن فعال دانه ای(GAC)…………………….ا…………………. 10

1-3-3-2-2- تصفیه با کربن فعال پودری (PAC)…………………..ا……………………. 10

1-3-3-2-3-  بازیابی کربن فعال………………………………………………………….. 11

1-3-4- فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته……………………………………………… 12

1-3-4-1- فوتوکاتالیست…………………………………………………………………. 14

1-4- روش هاي سنتز……………………………………………………………… 17

1-4-1- روش سل- ژل…………………………………………………………………. 17

1-4-1-1-انواع فرايند سل- ژل…………………………………………………………. 19

1-4-1-1-1- مسير الكوكسيدي……………………………………………………….. 19

1-4-1-1-2- مسير كلوئيدي……………………………………………………………. 20

1-4-1-2- مراحل فرآيند سل- ژل………………………………………………………… 20

1-4-2- روش هيدروترمال………………………………………………………………… 21

1-5- فنول و ویژگیهای آن………………………………………………………………. 22

استفاده از ترکیب نانوکامپوزیت درفرآیند فوتوکاتالیستی

استفاده از ترکیب نانوکامپوزیت درفرآیند فوتوکاتالیستی

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

فصل دوم

در این بخش ابتدا خلاصه ای از تحقیقات انجام شده ثبت شده در مقالات مختلف بروی فرآیند های فوتوکاتالیستی به صورت خلاصه بیان می شود. نخستین تحقیقی که برای این پدیده ثبت شده است مربوط به رنز[1] از دانشگاه لوگانو سویس در سال 1921 بود. در این تحقیق تیتانیا در حضور نورخورشید و ترکیبی آلی مثل گلیسرول احیاء شده و اکسید سفید مایل به سیاهی مشابه خاکستری، آبی یا حتی سیاه تولید می کند. او همچنان فهمید که پدیده های مشابهی نیز با ترکیبات دیگری چون CeO2  ، Nb2O5 و Ta2O5 می شود

باور[2] و پرت[3]  در موسسه فن آوری فدرال سوئیس در سال 1942 نخستین گزارش در مورد رسوب فوتوکاتالیستی نمک نقره را بر روی اکسید و تولید نقره فلزی ارائه دادند. پس از این تاریخ نویسندگان گمان کردند که هردو فرآیند اکسایش و احیاء به صورت متوالی درحال انجام خواهد بود]32[.  سه سال پس از کار فوق باور و نویویلر[4] واکنش های اکسایش و کاهشی را برای تولید پراکسید هیدروژن بر سطح اکسید روی توضیح دادند

در سالهای دهه 50 میلادی توسعه روش های فوتوکاتالیستی به سمت روی اکسید سوق پیدا کرد، در سال1953 مطالعاتی که موجب سردرگمی در پدیده تولید پراکسید هیدروژن برروی روی اکسید و حذف آلاینده ها با استفاده از نور فرابنفش بود، مورد مطالعه قرار گرفت. در خلال چنین مطالعاتی کلیه واکنش ها و مکانیسم ها بررسی شده و مشخص شد که در حضور اکسیژن اتمسفر ترکیبات آلی اکسیده می شوند. در خلال این اخیر، واکنش کلی با فنول برای تولید کتکول[5] مورد هدف بود، که مشخص شد عامل اصلی این کار تولید رادیکال های هیدروکسیل است]32[.  در سال 1958 کندی[6] و همکارانش در دانشگاه ادینبروخ جذب نوری اکسیژن را برروی تیتانیا به منظور سعی بر فهم بیشتر فرآیند فوتوکاتالیستی را مورد مطالعه قرار دادند. آن ها به این نتیجه رسیدند که در اثرانتقال الکترون به اکسیژن که در اثر برانگیختگی نوری است، باعث کاهش اکسیژن جذب شده بر سطح تیتانیا می شود.جذب نوری اکسیژن بر سطح روی اکسید بوسیله ترنین[7] و همکاراش در دانشگاه لنینگراد در روسیه در همین سال ها مورد مطالعه قرار گرفت. در کاری بسیار جالب فیلیمونوف[8] در همان مؤسسه اکسیداسیون فوتوکاتالیستی و تبدیل ایزوپروپانول به استون بر سطح روی اکسید و تیتانیا مورد پژوهش قرار گرفته و به این نتیجه رسیدند که مکانسیم برروی تیتانیا احیاء اکسیژن به آب و در حالی که که احیاء اکسژن بر سطح روی اکسید منجر به تولید آب اکسیژنه می شود]32[.  فرانک[9] و همکارانش نخستین بار از تیتانیا برای خالص سازی و حذف آلاینده­ها از آب بهره بردند، آن ها عقیده داشتندکه سیانید و سولفیت در اثر اکسیداسیون فوتوکاتالیستی به سیاناتو سولفات اکسیده می شوند. یکی از مهم­ترین این نیمه رسانا­ها روی اکسید بود که مورد مطالعه قرار گرفت]32[.   در زمینه حذف فنول از پساب های صنعتی به یکی از روش­های اکسیدسیون پیشرفته چه در خارج و چه در داخل کشور پژوهش های گسترده ای در سال­های اخیر انجام شده است که در زیر برخی از آن ها خواهد آمد:

شاری[10] و همکارانش در سال 2012 برای حذف فنول از نانو کامپوزیتی متشکل از CNT/Ce-TiO2 استفاده کردند که با استفاده از روش سل-ژل اصلاح شده تهیه شد. در این کار پس از بررسی نسبت­های مناسب از هر کدام از این سه ماده مشخص شد که می توان نانو کامپوزیتی ساخت که با بهبود جداسازی فنول در نور مرئی همراه خواهد بود]33[.  آلنایزی[11] و همکارانش در سال 2000 جداسازی فنول و دیگر مشتقات آن را تحت فرآیند اکسیداسیون پیشرفته بررسی کردند. همه این مطالعات در فوتورآکتور و جریان بسته انجام شد. لامپ فرابنفش مورد استفاده در این آزمایشات از نوع فشار پایین جیوه بود که به صورت محوری درون فوتو رآکتور قرار گرفت. در این کار اثرات غلظت هیدروژن پراکسید، غلظت اولیه فنول، نرخ مولی فنول و هیدروژون پراکسید، pH، و اثرات دما بروی میزان جداسازی فنول بررسی شده است. میزان غلظت بهینه جداسازی فنول در این تحقیق 100 تا 250 ppm بوده است. pHبهینه برای این کار بین 4تا 10 بدست آمده است]34[.چی وانگ[12]و همکارانش در سال 2012 با استفاده از سیستم پیوسته ای که همزمان از خاصیت فوتوکاتالیستی و سونولیز استفاده می شد برای جداسازی فنول استفاده کردند. فوتوکاتالیستی که در اینجا استفاده شد عبارت بود از ZnFe2O4/TiO2–GAC که با استفاده از روش سل- ژل بدست آمد. در این کار مشاهده شد که میزان جداسازی فنول وابسته بهpH محلول اولیه فنول و نمک اضافه شده و نیز میزان گازی است که به محلول تزریق می شد.

بابوپوناسومی[13]و همکارانش در سال 2011 مطالعاتی را برروی روش های فنتون- الکترو فنتون – سونو الکتروفنتون و فوتو الکترو فنتون و مقایسه آن­ها در جداساز فنول انجام دادند. در این کار آن­ها، اثرات پارامترهای مختلف مانند غلظت هیدروژن پراکسید، غلظت یون آهن، غلظت اولیه محلول فنول و نیز pH محلول را بررسی کردند . نتایج در حضور نور فرابنفش عملکرد بهتری را نشان می­دادند. ترتیب جداسازی به ترتیب با بازدهی بیشتر به کمترمتعلق به  فوتوالکتروفنتون- سونوالکتروفنتون- الکتروفنتون- و فنتون بوده است]36[.صابراحمد[14]و همکارانش در 2010 در یک مقاله مروری، به بررسی روش زدایش فوتوکاتالیستی ناهمگن فنول از پساب ها پرداخته و ضمن مطالعه و توضیح کامل چگونگی ایجاد فرآیند فوتو کاتالیستی به عوامل تاثیر گذار بر این موضوع پرداخته اند بر اساس این پژوهش برمی آید که عواملی چون نوع کاتالیست و ترکیب تشکیل دهنده آن، شدت نور تابشی، مقدار کاتالیست،  pH محیط واکنش، نوع حلال، دمای کلسینه شدن و … در جداسازی هرچه بهتر فنول و دیگر مشتقات آن مؤثر است]37[.پائولاماسا[15]و همکارانش در سال 2010 اکسیداسیون­ مرطوب کاتالیستی فنول را با استفاده از کاتالیست CuO/CeO2 مورد مطالعه قرار داده­اند. این کاتالیست با استفاده سل-ژل، همروسوبی و روش احتراقی تولید شده بود. آزمایش ها در یک رآکتور ناپیوسته و در فشار جو انجام گرفته است. دما بین 60 تا 80 درجه سانتی گراد و در طول 4 ساعت تنظیم شده است. بازدهی این کار براساس گزارش اعلام شده 60 تا 70 درصد بوده است]38[.  مک منمان[16]و همکارانش در سال 2011 زدایش فنول را با استفاده از نانو ذرات  TiO2 جفت شده با ZrO2 که سبب بهبود خواص این کاتالیست می­شد را مورد مطالعه قرار دادند. نانو ذرات استفاده شده در این کار اندازه­ای کمتر از 10 نانو متر داشتند که برای تبدیل نانو ذرات از فاز آناتاز به روتایل آن­ها دردماهای مختلف کلسینه شدند. نور فرابنفش مورد استفاده دارای طول موج 365 نانومتر و لامپ مورد استفاده دارای توانی برابر 40 وات بود. در این کار برای اندازه گیری میزان زدایش فنول از دستگاه   UV–VIS  spectrometer استفاده شده است]39[.کشیف نعیم[17]و همکارانش در سال 2008 عوامل مؤثر بر زدایش فنول در محلول­های حاوی TiO2 را بررسی کردند. در این کار برای بررسی غلظت­های اولیه و نهایی فنول از UV–VIS spectrometer استفاده شده در این کار میزان زدایش ازرابطه­(2-1) محاسبه شد:همچنینpH بهینه در این کارتقریبا 5 بدست آمده است.

در کشور عزیزمان ایران نیز پژوهش گران متعددی با استفاده از فرآیندهای اکسایش پیشرفته فنول را حذف و یا از مقدار آن در پساب و آب آشامیدنی کاسته­اند که بخشی از آن­ها به قرار زیر است:رحمانی[18] و همکارانش در سال 2006 امکان تجزیه فوتوکاتالیستی فنول را با استفاده ازUV،TiO2 بررسی کردند. در پژوهش فوق الذکر محلول فنول با غلظت 50 ppm در مراحل جداگانه ای در مجاورت هوا، اشعه فرابنفش و تیتانیا و ترکیبی از هر سه روش قرار گرفته و تاثیرات زمان و pH و نیز میزان تیتانیا مورد بررسی قرار گرفت. در این کار بهترین راندمان در pH برابر 11و زمان تماس 9 ساعت و 1/0 گرم تیتانیا در حدود 83% به دست آمد. در زیر بخشی از نمودار های کار شده در این کارآورده شده است]41

مروری بر تحقیقات انجام شده…………………………………………………………….. 26

در پوش مورد استفاده در فوتور آکتور

در پوش مورد استفاده در فوتور آکتور

فصل سوم

زمانی که انقلاب صنعتی در دهه 1850 شروع شد مهندسان و طراحان ابتداً به فکر اجرا، کیفیت و حداکثر تولید بودند و هدف اصلی‌شان تولید بیشتر بود و جنبه‌های زیست محیطی حائز هیچ اهمیتی نبود]20[ و اکنون نیز صنایعی که از مدیریت ضعیفی برخوردار هستند به واسطه آلوده نمودن خاک، آب و هوا موجب زوال منابع زیست محیطی می‌گردند]21[. از این رو فاضلاب­های صنعتی یکی از مسائل زیست محیطی در جوامع انسانی می ‌باشند]20[. در ابتدای قرن بیستم تلاش در جهت تصفیه آب از پیشگیری انتقال بیماری های واگیردار، به تهیه آب غیر سخت و با مواد معدنی کمتر معطوف گردید. سختی­گیری­های آب که از یون­های سدیم جهت جایگزین کردن مواد معدنی سختی زا در آب بهره می جستند و در سال 1903 به بازار معرفی شدند. تئوری تعویض یونی که در آن یون­های بی­ضرر با یون­های ضرردار جایگزین می شوند، تاثیر قابل ملاحظه­ای در صنعت تصفیه آب گذاشته و از آن جهت از بین بردن سرب، جیوه و سایر فلزات سنگین در آب استفاده می شود.

در قرن بیستم میلادی، شهرهای پرجمعیت زیادی در اقصی نقاط جهان شکل گرفتند و این مسئله که این جمعیت در حال رشد حق استفاده از آب خالص و تمیز را دارا می باشند بیش از پیش مورد توجه قرار گرفت.در اواخر دهه 1960 مشخص گردید که ذرات معلق و پاتوژنها تنها آلودگی های موجود در آب نیستند. پیشرفت­های صنعتی و کشاورزی باعث پدید آمدن مواد شیمیایی مصنوعی بسیاری شده بود که راه خود را به منابع آب، از طریق پساب کارخانجات، نشت مخازن مواد دور ریز صنایع و غیره، باز کرده بودند.امروزه فیلتراسیون و کلرزنی همچنان اصلی­ترین روش­های تصفیه آب به شمار می­روند. با این حال در طی سال­ها، روش­های دیگری نیز جهت ضدعفونی کردن آب ابداع شده اند . در دهه 1980 میلادی و پس از آن، پیشرفت­های زیادی در ساخت غشاهایی جهت فیلتراسیون به روش اسمز معکوس و یا سایر روش­ها نظیر ازن­زنی و استفاده از  UVجهت ضدعفونی آب حاصل شد. این پیشرفت­ها نتیجه کشف پاتوژن­هایی در آب می باشند که نسبت به کلر مقاومند و می­توانند بیماری­هایی نظیر هپاتیت و ورم معده را ایجاد کنند. بدین ترتیب تصفیه آب مهمترین دستاورد بشر در قرن بیستم در جهت حفظ و اعتلای بهداشت عمومی به شمار می رود. بسیاری از روش­های تصفیه آب که امروزه در تصفیه خانه­ها مورد استفاده قرار می گیرند، صدها و گاه هزارها سال است که بکار می روند. با این حال روش­های جدیدتر تصفیه نظیر اسمز معکوس استفاده از کربن فعال و غیره نیز در بسیاری تصفیه خانه های مدرن مورد بهره برداری قرار گرفته اند. چنین روش­های نوینی با کشف آلودگی های جدید و پیچیده تر در آب بیش از پیش مورد توجه قرار خواهندگرفت.امروزه حکومت­های کشورهای صنعتی و پیشرفته میلیاردها دلار صرف مدیریت پساب­های صنعتی و ابداع روش­هایی جهت تولید ضایعات بی خطر برای محیط زیست می نمایند. بدین ترتیب حفاظت از منابع آب در برابر آلودگی­های بیشتر و پیچیده­تر و استفاده از فناوری­های نو در جهت بهینه نمودن تصفیه آب از دستاوردهای بشر درآینده خواهد بود.

3-1-1- روش فوتوکاتالیستی و تصفیه پساب

 استفاده از روش­های فوتوکاتالیستی یکی از مؤثرترین و در عین حال کاراترین روش برای حذف آلاینده­های آلی از پساب­های صنعتی و زدودن این مواد بسیار پر خطر از این گونه آب ها می باشد. استفاده ازمواد مختلفی نظیر اکسیدهای تیتانیم، روی، مس و… نیز ترکیبی از این نیمه رساناها که این خاصیت را دارند بسیار مورد توجه است. از دید تاریخی نخستین بار استفاده از اکسید تیتانیم فوتوکاتالیست توسط فوجی شیما و هوندا برای شکافت نوری مولکول­های آب و تولید اکسیژن و هیدروژن گزارش شده است. دراین کار آن­ها از یک کاتد بی اثر و نوع روتایل اکسید تیتانیم بهره بردند. پس از آن استفاده از این ماده تا مرزهای محیط زیست کشیده شد. فرانک و برد برای نخستین بار از این ماده جهت اکسایش یون­های سیانید و سولفیت تحت نور مرئی استفاده کردند. و پس از آن­ها گزارشی از اینیو و همکارانش جهت کاهش فوتوکاتالیستی کربن دی اکسید به چاپ رسید که درآن از تیتانیم اکسید استفاده شده است. به عنوان بخشی از کارهای انجام شده حذف گروه کربوکسیل از بوتان با استفاده از این ماده ایزومل و همکارانش گزارش شده که در این کار پیشنهاد شده بود که عامل اصلی در این مکانیسم تولید رادیکال های هیدروکسیل می باشد. امروزه آخرین تحقیقات انجام شده بروی تخریب ترکیبات آلی و مطالعه بروی عوامل و پارامترهای مؤثر بر آن کریچر و برد گزارش شده است]23[.آلودگی در محیط زیست شامل سه بخش آلودگی های هوا، آب و خاک می باشد. مهم­ترین منبع آلودگی­های آب تخلیه پساب­های صنایع مختلف به محیط زیست می باشد که باعث آلوده شدن آب­های سطحی و زیر زمینی می گردد.صنایع مختلف از جمله مجتمع­های پتروشیمی، پالایشگاه نفت، صنایع دارویی، کارخانجات تولید آفت کش هاو…. هرکدام به نوبه­ی خود تولید پساب می نمایندکه این پساب ها با توجه به صنعت مربوطه می تواند شامل ترکیبات آروماتیک وهیدروکربنی، نفت، گریس ومواد سازنده آفت­کش­ها وحشره­کش­ها وهمچنین دیگر مواد آلی سمی  و خطرناک باشد. باتوجه به گسترش روز افزون صنایع یاد شده در دنیای امروز و بویژه در ایران، حجم تولیدی پساب ایجاد شده توسط آنها روز به روز در حال افزایش می باشد که این پساب­ها با توجه با استاندارد تعیین شده جهت حفاظت از محیط زیست، استفاده در کشاورزی و یا تخلیه به سیستم­های آبی باید به نوعی مورد تصفیه و پالایش قرار گیرند.

روش سنتز و انجام آزمایشات……………………………………………………………… 36

3-1- تصفیه پساب و اهمیت آن……………………………………………………………. 36

3-1-1-1- فرآیند فوتوکاتالیستی مستقیم………………………………………………… 42

3-1-1-1-1- فرآیند فوتوکاتالیستی همگن- فرآیند لانگمیر- هینشلوود……………….. 42

3-1-1-1-2- فرآیند الای- رایدیل……………………………………………………………. 43

3-1-1-2- فرآیند فوتوکاتالیستی غیر مستقیم…………………………………………… 43

3-2-آزمایشگاه………………………………………………………………………………. 45

3-2-1- شناخت و تهیه مواد و وسایل موردنیاز برای انجام کارهای آزمایشگاهی…….. 45

3-2- 3- دستگاه و روش ساخت………………………………………………………….. 46

3-2-4- روی اکسید ZnO…………………………………………………………………..ا 48

3-2-4- 1- سنتزZnO.ا……………………………………………………………………… 50

3-2-5- سنتز  CuO..ا……………………………………………………………………….. 51

3-2-6- حذف فنول از پساب……………………………………………………………… 52

3-2-6-1- روش مخلوط کردن مکانیکی…………………………………………………… 52

3-2-6-2- روش اشباع سازی مرطوب………………………………………………………. 53

3-2-7- تهیه محلول آزمایشگاهی حاوی فنول…………………………………………… 55

3-2-8- شناسایی محلول مجهول………………………………………………………… 55

3-2-9- انجام آزمایش های مورد نظر…………………………………………………….. 56

شکل گیری نانوذرات به روش اشباع سازی مرطوب

شکل گیری نانوذرات به روش اشباع سازی مرطوب

فصل چهارم

در این فصل تأثیر عوامل مختلف برروی جداسازی فنول موجود در آب با دو نوع کاتالیست ساخته شده از روش مخلوط کردن مکانیکی و روش اشباع سازی مرطوب در دو محیط با تابش نور فرابنفش و نور مرئی مورد بررسی قرار گرفته و مقادیر بهینه در میان موارد در نظر گرفته شده بدست آمده است. ما در این کار برای هر دو نوع کاتالیست در دو نوع تابش فرابنفش و مرئی، pH، زمان، کاتالیست با نسبت جرمی مناسب بهینه شدند که در اشکال بعدی نشان داده شده­اند. شایان ذکر است که درهمه این آزمایش­ها مقادیر بهینه هرنوع کاتالیست با کاتالیست دیگرمورد بررسی قرار گرفته است.

نتایج و بحث……………………………………………………………………………….. 60

4-1- کاتالیست ساخته شده از روش مخلوط کرن مکانیکی………………………….. 60

4-1-1- بهینه سازی نوع کاتالیست در تابش فرابنفش……………………………….. 60

4-1-2- بهینه سازی نوع کاتالیست درنور مرئی……………………………………….. 62

4-1-3- بهینه سازی pHبرای کاتالیست بهینه…………………………………………. 63.

4-1-3-1- بهینه سازی pHبرای کاتالیست بهینه در نور فرابنفش……………………. 63

4-1-3-2- بهینه سازی pHبرای کاتالیست بهینه در نور مرئی……………………….. 65

4-1-3-3- مقایسه انواع کاتالیست مکانیکی در نور فرابنفش و نور مرئی…………… 66

4-1-3-4- زمان………………………………………………………………………………. 66

4-1-3-4-1- زمان بهینه در نور مرئی……………………………………………………. 66

4-1-3-4-2- زمان بهینه در نور فرابنفش……………………………………………….. 67

4-2- کاتالیست ساخته شده از روش اشباع سازی مرطوب………………………… 69

4-2-1- بهینه سازی نوع کاتالیست در تابش فرابنفش……………………………… 71

4-2-2- بهینه سازی نوع کاتالیست در تابش مرئی…………………………………. 72

4-2-3- بهینه سازی pHبرای کاتالیست بهینه………………………………………… 73

4-2-3-1- بهینه سازی pHبرای کاتالیست بهینه در نور فرابنفش……………………. 73

4-2-3-2- بهینه سازی pHبرای کاتالیست بهینه در نور مرئی………………………… 74

4-2-3-3- مقایسه میزان جداسازی نانوکامپوزیت در نورمرئی و فرابنفش…………. 74

4-2-3-4- زمان بهینه……………………………………………………………………… 75

4-2-3-4-1- زمان بهینه در نور مرئی…………………………………………………….. 75

4-2-3-4-1- زمان بهینه در نور فرابنفش…………………………………………………. 76

فوتور آکتور

فوتور آکتور

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

فصل پنجم

نتیجه گیری و پیشنهادات………………………………………………………………. 78

5-1- نتایج…………………………………………………………………………………. 78

5-2-پیشنهادات…………………………………………………………………………… 79

6- فهرست منابع………………………………………………………………………… 82

میانگین اندازه ذرات مس اکسید

میانگین اندازه ذرات مس اکسید

 

ABSTRACT

In In this study, Photo Catalytic removal of phenol as a model of organic contaminants in a fluid bed reactor under ultraviolet and visible radiation has been studied.  Effects of major parameters such as pH, catalyst  concentration, the concentration of phenol and nanocomposite synthesis methods on the photocatalytic removal of phenol has been studied. The concentrations of removed phenol were measured quantitatively as a function of irradiation time through the UV-Vis spectrophotometer and nanocomposites used in this work are consists of semiconductor nanoparticles, ZnO, CuO and TiO2 .Based on the experimental results, the kinetics of phenol removal  follows pseudo-first-order kinetics. Results showed, significant dependence on photocatalytic removal of phenol to the functional parameters. These results indicate that in both nanocomposite synthesis methods (wet impregnation and mechanical mixing) c nanocomposite under visible and ultraviolet radiation has the best rate of phenol removal.  Removal of phenol with this nanocomposite in the mechanical mixing method under visible and ultraviolet radiation have been  53/11 and 55/20 respectively. Also, the percentage removal of phenol by this nanocomposite in wet impregnation method under visible and ultraviolet radiation, respectively, 76/62 and 88/63 have been measured. In all experiments the optimized pH was 5.



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


فایل pdf غیر قابل ویرایش

قیمت25000تومان

خرید فایل word

قیمت35000تومان