عنوان پایان‌نامه
حذف آلاینده های زیست محیطی با استفاده نانو فتوکاتالیست اکسید روی بر پایه های کربنی با استفاده از انرژی خورشیدی
- رشته تحصیلی
- مهندسی سیستم های انرژی - سیستم های انرژی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 75764;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 75764
- تاریخ دفاع
- ۲۴ شهریور ۱۳۹۵
- دانشجو
- فرزانه حسینی ازغندی
- استاد راهنما
- علی بخش کسائیان, فتح اله پور فیاض
- چکیده
- در چند سال اخیر عواملی همچون رشد روزافزون جمعیت کره زمین، کشورهای صنعتی و گرمایش کره زمین منجر به کمبود منابع آبی شده‌اند. بنابراین یافتن روش‌های نوین برای تصفیه آب در مقیاس صنعتی به امری ضروری بدل شده است. از میان روش‌های پیشنهادی به‌منظور تصفیه آلاینده‌های خطرناک با غلطت ناچیز، روش‌های اکسیداسیون پیشرفته و به‌ویژه فرآیندهای فتوکاتالیستی نیمه‌رسانا قابلیت مؤثری را از خود نشان داده‌اند. فتوکاتالیست‌هایی مانند ZnO و TiO2 به دلیل شکاف انرژی وسیع، در محدوده نور مرئی فعال نمی‌باشند. در این پژوهش برای نخستین بار ذره فتوکاتالیستی بهبودیافته اکسید روی نقره دوپ بر پایه نانولوله‌های کربنی (ZnO-Ag-MWCNT) با روش سل ژل سنتز شد. نانو ذرات سنتز شده با آنالیزهای XRD، SEM و BET مشخصه‌یابی شدند. توانایی فتوکاتالیستی آن‌ها در حذف آلاینده فنل به‌عنوان یکی از آلاینده‌های چالش‌برانگیز برای محیط‌زیست بررسی و با نانو ذرات اکسید روی (ZnO) و اکسید روی نقره دوپ (ZnO-Ag) مقایسه گردید. به‌منظور بررسی نقش نانولوله‌های کربنی، محلول‌های آبی با دو درصد جرمی متفاوت 1 و 5 درصد نانولوله‌های کربنی سنتز گردید و مشاهده شد که افزایش مقدار نانولوله‌های کربنی منجر به افزایش بازده فرآیند حذف فنل می‌گردد. برای بررسی تأثیر دمای کلسیناسیون نانو ذرات ZnO-Ag-MWCNT در دو دمای 400 و 600 درجه سانتی‌گراد کلسینه شدند. نتایج نشان دادند که بازده فرآیند حذف فنل با افزایش دمای کلسیناسیون کاهش می‌یابد. اثر پارامترهای عملیاتی از قبیل pH، غلظت آلاینده و میزان فتوکاتالیست بررسی و مشاهده شد که در 5pH= بیش‌ترین مقدار حذف فتوکاتالیستی فنل حاصل می‌شود. نتایج نشان دادند که با افزایش غلظت اولیه فنل، بازده تخریب فتوکاتالیستی کاهش می‌یابد و مقدار بهینه این پارامتر غلظت اولیه ppm 50 بود. درنهایت دست‌آوردها نشان دادند که مقدار بهینه کاتالیست برای سیستم فتوراکتور طراحی‌شده gr/l 1 است.
- Abstract
- In recent years, some factors such as the growing population of the Earth, industrialized countries and global warming cause the shortage of water resources. Therefore, finding new methods of water treatment on an industrial scale is imperative. Among the proposed methods for treating hazardous pollutants at low concentrations, advanced oxidation methods, particularly semiconductor photocatalytic process are so effective. Photocatalysts such as ZnO and TiO2 are not active in visible light region due to their wide band gap. In this study, a silver-doped zinc oxide enhanced photocatalyst based on multi-walled carbon nanotubes was synthesized by the sol-gel method, for the first time. The prepared nanoparticles were characterized by XRD, SEM and BET analyses. The photocatalytic capability in degradation of phenol, a challenging environmental pollutant, was studied and compared with ZnO and ZnO-Ag nanoparticles. In order to investigate the role of carbon nanotube, two different aqueous solutions with 1 and 5 mass percentages of MWCNTs were synthesized. It was observed that the increasing carbon nanotube content leaded to the increasing phenol removal efficiency. To study the effect of calcination temperature, ZnO-Ag-MWCNT nanoparticles were calcinated in 400 and 600 °C. The results showed that the phenol removal efficiency was decreased by increasing the calcination temperature. The impact of different parameters such as pH, catalyst dosage and phenol concentration were studied. The maximum degradation efficiency of phenol was obtained at pH=5. The results illustrated that the removal efficiency was decreased by increasing the initial phenol concentration so that the optimum value for this parameter was C0= 50 ppm. Finally the achievement indicated the optimum value of catalyst dosage for designed photo-reactor system is 1 gr/l. Keywords: Zinc Oxide, Photocatalyst, Multi-walled Carbon Nanotubes,
