تحصيلات تکميلي

نام و نام خانوادگي : فاطمه آزمند

دانشکده : فني و مهندسي

استاد راهنما : دکتر سيد فواد آقاميري- دکتر خشايار بديعي

تاريخ دفاع : 2/9/87

رشته و گرايش : مهندسي شيمي

استاد مشاور : -

بررسي سينتيك رنگبري و معدني نمودن پسابهاي حاوي رنگزاهاي آلي در مخلوطهاي دوتايي واثر متقابل رنگزاها در فرآيند اکسيداسيون پيشرفته نانو فوتو کاتاليستي UV/nano-TiO2/H2O2

چکيده

در اين تحقيق سينتيک رنگبري و معدني شدن محلول هاي حاوي رنگزاهاي آلي و مخلوط آنها و هم چنين اثرات متقابل رنگزاها به روش اکسيداسيون نوري پيشرفته نانوفتوکاتاليستي UV/nano-TiO2/H2O2 مورد بررسي قرار گرفت.دو رنگزاي مونوآزوي زرد اسيدي 36 و آبي اسيدي 92 در غلظت هاي اوليه مختلف (40 ppm و 60 ppm و 80 ppm) به عنوان رنگزاهاي مدل مورد استفاده قرار گرفتند.

جهت بررسي رنگبري مخلوط دو رنگزا و به‌خصوص تعيين نقطه بهينه از روش طراحي آزمايش‌هاي تاگوچي و جدول L27 آن استفاده گرديد. در اين شرايط با انتخاب 5 پارامتر اصلي (غلظت رنگزاي اول، غلظت رنگزاي دوم، غلظت اکسيدان، pH و زمان) در سه سطح پايين، متوسط و بالا، نرم افزار Design Expert 7 اجرا گرديد. در اين شرايط 27 آزمايش در غالب طرح L27 تنظيم گرديد. غلظت رنگزاها پس از هر رنگبري از طريق اندازه گيري مقدار پيک جذب در ناحيه مرئي UV-Vis در نمونه هاي مربوطه تعيين شدند. سپس با استفاده از پاسخ حاصل از انجام آزمايشات و ورود اين اطلاعات به نرم افزار، نقطه بهينه جهت رنگبري مخلوط دو رنگزا (غلظت رنگزاي اول (آبي اسيدي 92) 40 ppm، غلظت رنگزاي دوم (زرد اسيدي 36) 40 ppm و 11=pH، آب اكسيژنه 100 ppm و زمان 90 دقيقه) به دست آمد. پس از تعيين نقطه بهينه، آزمايش هاي سينتيکي در سه قسمت که شامل بررسي سينتيک رنگبري زرد اسيدي در سه pH اسيدي، خنثي و بازي، بررسي سينتيک رنگبري آبي اسيدي در سه pH اسيدي، خنثي و بازي و هم چنين بررسي سينتيک رنگبري محلول شامل مخلوط دو رنگزا در نقطه بهينه بود، انجام شدند. نتايج آزمايش‌ها نشان داد، در مورد رنگزايزرد اسيدي معادله سرعت رنگبري در11= pH از درجه کلي 4 و لگاريتم ثابت سرعت برابر 10، در7= pH از درجه کلي 5/3 و لگاريتم ثابت سرعت برابر 2/7 و در 3= pH از درجه کلي 2 و لگاريتم ثابت سرعت برابر 5/1 پيروي مي کند.در مورد رنگزاي آبي اسيدي نيز معادله سرعت رنگبري در11= pH از درجه کلي 5/3 و لگاريتم ثابت سرعت برابر 5/9، در7= pH از درجه کلي 2 و ثابت سرعت برابر 216 و در 3= pH از درجه کلي 2 و لگاريتم ثابت سرعت برابر 243 پيروي مي کند.در هر دو رنگزا تفاوت در درجه معالات سرعت به دليل تغيير غلظت +H در محلول در pH هاي مختلف قابل توجيه است. در مورد مخلوط دو رنگزا نيز معادله سرعترنگزاي آبي نسبت به غلظت آن از درجه 25/2 ، نسبت به غلظت رنگزاي زرد از درجه 6/2- و ثابت سرعت برابر 001/0 و نيز معادله سرعت رنگزاي زرد نسبت به غلظت رنگزاي آبي از درجه 5/2 ، نسبت به غلظت آن از درجه 4/2- و ثابت سرعت برابر 1 مي باشد.جهت بررسي تخريب فتوکاتاليستي و تشکيل و از بين رفتن مواد واسطه اي که حين رنگبري تشکيل مي شوند، با توجه به نتايج طيف سنجي FTIR نمونه هاي آزمايشگاهي، مکانيسم هايي جهت تخريب نانو فتوکاتاليستي رنگزاها و مخلوط آنها به طور جداگانه پيشنهاد شدند و سرانجام از بين آنها مکانيسم هايي که معادله سرعت حاصل از انها با معادلات سرعت به دست آمده از روش آزمايشگاهي تطابق بيشتري داشتند، انتخاب شدند. در بررسي تأثير متقابل دو رنگزا در حالت مخلوط با توجه به نتايج آزمايشگاهي و نتايج طيف سنجي FTIR، مشاهده شد كه دو رنگزا باعث افزايش سرعت رنگبري يکديگر مي شوند. از نتايج بدست آمده چنين بنظر مي‌رسد كه در اين حالت در اثر تخريب رنگزاي آبي، راديکال هاي جديدي غير از راديکال هاي هيدروکسيل توليد مي شوند که اين راديکال ها از طريق حمله به رنگزاي زرد باعث افزايش سرعت رنگبري و تخريب آن مي‌شوند. به همين ترتيب حضور رنگزاي زرد نيز باعث تغيير مکانيسم تخريب رنگزاي آبي نسبت به حالت حضور تک آن در مخلوط و در نتيجه افزايش سرعت رنگبري آن مي شود.

واژه هاي کليدي: فرايند اکسيداسيون پيشرفته،سرعت رنگبري، معدني کردن، رنگزاهاي آلي، نانوفتوکاتاليست، UV، طيف سنجي، طراحي آزمايشات