حذف ترکیبات آلی فرار (vocs) از هوا با استفاده از فرآیندهای اکسایش پیشرفته مبتنی بر نانولوله های(cnts) کربنی و نانوکاتالیزورهای اسپینلی

از آنجایی که کاهش انتشار ترکیبات آلی فرار از اصلی ترین آلاینده های محیط زیست بشمار می روند، حذف آنها از جریان های گازی آلوده از ضروریات بشمار می رود. با توجه به این مطلب که روش های سنتی تصفیه قادر نیستند تمام آلودگی را حذف نمایند و نیز هزینه ی بالا، اتلاف انرژی و آلاینده های ثانوی ناشی از این فرآیندها سبب شده است در دهه های اخیر تحقیقات گسترده ای برای یافتن تکنولوژی های مناسب تر آغاز گردد. روش های اکسیداسیون پیشرفته به علت داشتن مزایای زیاد نسبت به روش های سنتی بعنوان یک روش کاربردی پتانسیل بالای برای تصفیه ی آلاینده ها از جریان های گازی مطرح شده است. توسعه ی فرآیندهای اکسایش پیشرفته و استفاده از آنها در پروژه های صنعتی در وهله ی اول نیازمند طراحی و ساخت راکتورهایی کاملاً تخصصی به منظور مطالعه ی جنبه های مختلف کلیه ی فرآیندهای اکسایش پیشرفته و در مرحله ی بعد مستلزم تثبیت فتوکاتالیزورها در مطالعه ی فرآیند اکسایش فتوکاتالیستی می باشد. با توجه به این که استفاده از این فرآیندها به صورت صنعتی نیازمند این موضوع است که این روش ها در داخل رآکتورهای نیمه صنعتی مورد آزمایش قرار گیرند تا در گام بعدی مطالعات تکمیلی در جهت صنعتی شدن آنها برداشته شود؛ لذا در بخشی از این کار پژوهشی یک دستگاه فتوراکتور - که شامل یک همزن، امکان تعبیه ترمومتر، امکان تعبیه لوله کوارتز حاوی لامپ و خارج کردن آن، امکان تعویض صفحات کاتالیستی و ... بود، - طراحی و کارایی این راکتور در فرآیندهای اکسایش پیشرفته مورد بررسی قرار گرفت. به علاوه از یک روش مناسب و کاملاً جدید، برای تثبیت این فوتوکاتالیست ها بر روی صفحات شیشه ای قابل تعویض بهره گرفته شد. در ضمن در این پروژه صرفاً در حد مطالعه ی اولیه تأثیر نقش همزن در میزان حذف آلاینده نشان داده شد. در بخش دیگری از این کار تحقیقاتی نانوکاتالیزورهای جدید که عبارتند از کرومیت های روی، مس و آهن با استفاده از روش نیترات با ساختار اسپینل سنتز گردید. در ضمن علاوه بر معرفی فتوکاتالیزورهای جدید، با انتخاب ترکیب کرومیت روی با کمترین کارایی از سه ساپورت کاتالیستی شامل نانولوله های کربنی، کربن فعال و زئولیت hzsm-5 به منظور بررسی امکان افزایش کارایی آن استفاده شد. برای مشخص شدن میزان کارایی نانوکاتالیزورهای سنتز شده از یک فتوکاتالیروز صنعتی دی اکسید تیتانیوم دگوسا p-25 به عنوان یک ماده ی استاندارد و تجاری برای کاربرد زیست محیطی به منظور مقایسه استفاده شد. به منظور تعیین مشخصات نانوذرات سنتز شده و نیز کاتالیروز صنعتی دی اکسید تیتانیوم دگوسا p-25 و ساپورت-های مورد استفاده از تصاویر sem و طیف های xrd و ft-ir بهره گرفته شده است. ساختارهای کریستالی نانو ذرات سنتز شده بر طبق آنالیزهای انجام شده جزء ساحتارهای اسپینلی می باشد. در ضمن به کمک طیف های xrd و با استفاده از رابطه ی شرر اندازه ی قطر ذرات سنتز شده پیش بینی گردید که پیش بینی ها حاکی از نانو بودن ذرات است. نتایج نشان داد که فعالیت فتوکاتالیتیکی cucr2o4 و zncr2o4کاهش می یابد و بعد از گذشت 3 ساعت تقریباً بطور کامل غیرفعال می شوند. غیرفعال سازی zncr2o4سریعتر از cucr2o4بوده و کارایی zncr2o4در لحظات ابتدایی آزمایش کمتر از cucr2o4می باشد. از میان ترکیبات اسپینلی معرفی شده کرومیت آهن دارای فعالیت کاتالیستی و راندمان تبدیل بالاتری بود؛ علاوه بر آن برخلاف دو ترکیب دیگر در طول مدت بررسی غیرفعال نمی شد. ترکیب کرومیت روی با کمترین میزان تبدیل و غیرفعال شدن سریع به منظور مطالعه ی امکان افزایش فعالیت و پایداری انتخاب شد. مشاهده شد هر سه ساپورت کاتالیستی باعث افزایش فعالیت کاتالیستی و میزان پایداری کاتالیست مربوطه شد. با افزایش کربن فعال تنها غیرفعال سازی به تأخیر می افتد ولی استفاده از دو ساپورت زئولیت hzsm-5 و نانولوله های کربنی باعث عدم غیرفعال شدن و عدم کاهش کارایی این کاتالیست در طول زمان شد. برای اولین بار در این مطالعه نشان داده شد که ترکیبات کرومیتی اسپینلی قابلیت بسیار بالایی برای حذف ترکیبات آلی فرار می باشد. در ضمن استفاده از ساپورت های کاتالیستی برای یکی از این ترکیبات به عنوان نمونه نشان داد که کارایی این کاتالیست ها برای حذف آلاینده ها به سهولت قابلیت افزایش دارد. همچنین میزان مصرف انرژی الکتریکی (eeo) مورد بررسی قرار گرفت.