عنوان پایان‌نامه
حذف فتوکاتالیستی فورفورال با استفاده از نانوذرات اکسیدروی از فاز آبی
- رشته تحصیلی
- مهندسی محیط زیست -آب وفاضلاب
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه دانشکده محیط زیست شماره ثبت: ENV 895;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 54443
- تاریخ دفاع
- ۰۸ مهر ۱۳۹۱
- دانشجو
- علی اصغر عربخانی
- استاد راهنما
- غلامرضا نبی بیدهندی
- چکیده
- رهاسازی مواد شیمیایی پیچیده از صنایع پتروشیمی، پالایشگاه های نفت، واحدهای شیمیایی و روغن سازی به محیط زیست یکی از منابع مهم آلودگی آب ها می باشد. فورفورال یکی از این آلاینده هاست که در فاضلاب بسیاری از صنایع شیمیایی و سلولزی از قبیل صنایع کاغذسازی، پتروشیمی، پالایش نفت و تولید روغن های روان کننده وجود دارد.فورفورال با فرمول مولکولی C5H4O2 یک آلدهید بدون رنگ با بویی شبیه به آلدهید بنزن می باشد که در تماس با اکسیژن هوا اکسید شده و به رنگ قهوه ای در می آید. با بررسی خطرات زیست محیطی فورفورال مشخص شده که این ماده جزو یکی از خطرناک ترین مواد است که دارای LD50 برابر mg/kg 65 می باشد. بنابراین حذف این ماده از پساب واحدهای تولیدی از اولویت های زیست محیطی هر شرکتی می باشد. روش های کمی تاکنون برای حذف فورفورال پیشنهاد شده است که از آن جمله می توان به روش جذب روی کربن فعال و برخی روش های بیولوژیکی اشاره کرد. در سال های اخیر با پیشرفت علوم مختلف روش های موثرتری در حذف آلاینده های آلی از جمله فورفورال مورد استفاده قرار گرفته است که روش های اکسیداسیون پیشرفته (AOPs) یکی از این روش ها می باشد. در روش های اکسیداسیون پیشرفته هدف تولید رادیکال های هیدروکسیل (OH•) می باشد که عامل اکسید کننده بسیار قوی بوده و به طور غیر انتخابی باعث اکسیداسیون و تخریب آلاینده های آلی می شود. نانو ذرات اکسید روی با پتانسیل اکسیدکنندگی eV 2/3 یکی از کاتالیست های مهم می باشد که در فرآیندهای فتوکاتالیستی برای حذف آلاینده های آلی به کار می رود. در این پایان نامه راندمان حذف فورفورال در سیستم فتوکاتالیستی ZnO/UV مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور نانوذرات اکسید روی به روش حرارتی بر روی بستر شیشه ای تثبیت شده و این شیشه ها در کف یک راکتور با جریان نیمه پیوسته قرار گرفت. سپس تاثیر پارامترهای مختلفی مانند غلظت اولیه فورفورال، دما، pH، شدت تابش، زمان ماند، افزودن H2O2 به عنوان اکسید کننده اضافی و نیز COD بر راندمان حذف تعیین شد. نتایج نشان داد که کنترل دما و pH تاثیر چندانی بر واکنش فتوکاتالیستی ZnO/UV ندارد. غلظت اولیه بهینه فورفورال در کلیه آزمایشات ppm50 تعیین شد. کاهش شدت تابش UV به دلیل کاهش انرژی مورد نیاز برای برانگیختگی نانوذرات اکسید روی نیز تاثیری منفی بر راندمان حذف فورفورال داشت. با افزایش غلظت H2O2 از mg/L 10 تا mg/L 30 کاهش بسیار کمی در راندمان حذف فورفورال مشاهده شد. با بررسی میزان حذف فورفورال در زمان های مختلف نشان داده شد که سینتیک واکنش فتوکاتالیستی ZnO/UV از درجه اول می باشد که بیشترین میزان حذف نیز در یکساعت اول واکنش رخ داد. افزودن COD به دلیل رقابت با فورفورال برای اشغال مکان های فعال روی کاتالیست و نیز جذب تابش UV و کاهش میزان فوتون های رسیده به سطح کاتالیست، راندمان حذف فورفورال را کاهش داد. به طور کلی نشان داده شد که سیستم فتوکاتالیستی ZnO/UV برای حذف فورفورال از فاز آبی بسیار خوب عمل کرده و میزان غلظت نهایی فورفورال در کلیه آزمایشات پس از دو ساعت به کمتر از ppm2 (میزان مجاز اعلام شده توسط ACGHI) کاهش یافت. کلمات کلیدی: اکسیداسیون پیشرفته، فتوکاتالیست، تابش UV، اکسید روی، فورفورال
- Abstract
- Release of chemical complexes from petrochemical industries, oil refineries, lubricant and chemical plants into environment is one of the major sources of water pollution. Furfural is one of these pollutants in the wastewater of many industries such as pulp and paper, chemical, petrochemical, oil refining and production of lubricants. Furfural with molecular formula of C5H4O2 is a colorless aldehyde with an odor like benzene aldehyde which is oxidized when exposed to air and becomes brown. Evaluation of environmental risks of furfural identified that this compound is one of the most dangerous substances with the LD50 of 65 mg / kg. Therefore, removal of furfural from waste stream is an environmental priority of each company. Up to date a few methods have been proposed to remove furfural such as adsorption on the activated carbon and some biological methods. Advancement of science in recent years has resulted to the more effective ways to remove organic pollutants such as furfural which advanced oxidation methods (AOPs) are one of these methods. The aim in advanced oxidation processes is production of hydroxyl radical (OH •) that is a non-selective and powerful oxidizing agent which degrades organic pollutants. Zinc oxide nanoparticle with potential oxidation of 3.2 eV is one of the most important catalysts in photocatalytic processes used to remove organic pollutants. In this thesis, furfural removal efficiency in the ZnO/UV photocatalytic system was studied. For this purpose, zinc oxide nanoparticles are fixed on a glass substrate by thermal fixation method and the glass was placed into a semi-continuous flow reactor. The effects of various parameters such as initial concentration of furfural, temperature, pH, radiation intensity, retention time and the addition of excess H2O2 as the oxidant and the COD removal efficiency was determined. Reaction temperature and pH control showed a little effect on the ZnO / UV photocatalytic system. Reduction of energy needed for excitation of zinc oxide nanoparticles due to reduction of UV radiation intensity also had a negative effect on the removal of furfural. Concentration of H2O2 increased from 10 mg/L to 30 mg/L which decreased the removal of furfural a little. The removal rate of furfural at different times was shown that the photocatalytic reaction kinetic of ZnO/UV is of the first order and the maximum amount of furfural removal occurred at the first hour. Addition of COD due to competition with furfural to occupy active sites on the catalyst and absorption of UV radiation and photons reached to the catalyst surface decreased the furfural removal efficiency. In general, it was shown that ZnO/UV photocatalytic system acts very efficient for removal of furfural from the aqueous phase. Key words: Advanced Oxidation Processes, Photocatalyst, UV radiation, Zinc Oxide, Furfural
