جداسازی رنگ قرمز فنول از آب به کمک نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم و اشعه ماوراء بنفش در یک راکتور فتوکاتالیستی

تولید بالا و کاربردهای گسترده رنگهای سنتزی باعث ایجاد آلودگی های زیست محیطی قابل توجهی شده است. از آنجا که فرآیندهای سنتی فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی دارای معایبی از جمله قیمت بالا، اتلاف انرژی و تولید آلودگی های ثانویه در طی فرآیند تصفیه می باشند، ، فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته (aop) شامل رادیکال هیدروکسیل برای تصفیه پساب های رنگی مورد توجه قرار گرفته اند. فرآیند فتوکاتالیستی با استفاده از ذرات نیمه هادی دی اکسید تیتانیم تحت اشعه ماوراء بنفش یکی از موثرترین و اقتصادی ترین فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته می باشد. هدف از این تحقیق، بررسی تأثیر پارامترهای عملیاتی مختلف روی تجزیه فتوکاتالیستی رنگ قرمز فنول با استفاده از نانو ذرات دی اکسید تیتانیم تحت اشعه ماوراء بنفش در یک رآکتور ناپیوسته دوغابی بود. برای این منظور پس از بررسی سینتیک فرآیند، تأثیر چندین پارامتر از جمله سرعت گردش همزن، شدت اشعه ماوراء بنفش، غلظت فتوکاتالیست دی اکسید تیتانیم و شدت هوادهی به روش تک فاکتور مورد بررسی قرار گرفت. در ادامه به منظور بررسی تأثیر برهم کنش های پارامترهای فوق و همچنین دستیابی به شرایط بهینه، روش سطح پاسخ توسط نرم افزار طراحی آزمایش مورد استفاده قرار گرفت. در تلاش برای ارائه سینتیک فرآیند، یک مدل سینتیکی درجه اول با استفاده از روش انتگرالی حاصل گردید که با درنظر گرفتن برخی فرضیات از سینتیک لانگ مویر-هینشلوود نیز به این مدل دست یافتیم. نتایج حاصل از آزمایش ها در روش تک فاکتور نشان دادند که با افزایش سرعت گردش در محدوده 0 تا 200 دور بر دقیقه ، ضریب انتقال جرم و در نتیجه درصد تجزیه نهایی رنگ قرمز فنول افزایش می یابد؛ با تابش اشعه فرابنفش به محیط واکنش، غلظت محلول رنگ نسبت به حالت عدم حضور اشعه کاهش چشمگیری یافت. همچنین یک روند خطی برای کاهش غلظت محلول رنگ در شدت اشعه های 8 و 16 وات و یک روند سهمی در شدت اشعه 24 وات مشاهده گردید. برای غلظت نانودی اکسید تیتانیوم یک مقدار بهینه برابر با 4گرم بر لیتر به دست آمد که دلیل وجود این مقدار بهینه تداخل دو عامل مثبت و منفی (افزایش نقاط فعال برروی ذرات کاتالیست و کاهش نفوذ اشعه به دلیل افزایش کدورت محلول) بود. همچنین در آزمایش ها مشاهده شد که تغییر در شدت جریان هوای تزریقی درون محلول برروی غلظت اکسیژن نامحلول در سیستم تاثیر گذاشته و به افزایش بازده فرایند کمک می کند . اما از آنجا که افزایش بازده با افزایش دبی هوا روند بسیار آرامی داشت، این نتیجه حاصل شد که استفاده از سیستم اشباع از اکسیژن روش مناسبی برای دستیابی به بیشترین بازده می باشد. نتایج بدست آمده در روش سطح پاسخ نشان داد که شدت اشعه ماوراء بنفش و غلظت فتوکاتالیست بر یکدیگر بر هم کنش داشته و نمی توان اثر هر یک را به طور مجزا بررسی نمود. همچنین یک مدل درجه دو برای پیش بینی غلظت نهایی محلول رنگ بر حسب پارامترهای مورد بررسی توسط نرم افزار طراحی آزمایش پیشنهاد گردید، که مقادیر پیش بینی شده از مدل و مقادیر بدست آمده از آزمایش ها برای غلظت نهایی تطابق مناسبی با یکدیگر داشتند. در شرایط بهینه پیشنهادی توسط نرم افزار مقدار غلظت نهایی رنگ قرمز فنول 39/3 میلی گرم بر لیتر پیش بینی شد که با انجام آزمایش در این شرایط بهینه غلظت نهایی 87/3 میلی گرم بر لیتر حاصل گردید.