بررسی پارامترهای عملیاتی تصفیه نفتالین از پساب مواد آلی توسط نانو دی اکسید تیتانیوم و اشعه uv

در میان ترکیب های آلی چند حلقه ای، نفتالین اصلی ترین ترکیبی است که بیشترین حلالیت را در محیط های آبی داراست. پالایش پساب حاوی نفتالین به کمک روش های سنتی، شیمیایی و فیزیکی معایبی مانند هزینه بالا، اتلاف انرژی و تولید آلوده کننده های ثانویه در طی فرآیند تصفیه در پی دارد. از طرفی به خاطر محدودیت شرایط زندگی میکروارگانیسم ها، فرآیندهای بیولوژیکی نیز جهت تصفیه مواد آلی مناسب نیستند. فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته مانند فرآیند فتوکاتالیستی از روش هایی هستند که اخیراً جهت تصفیه مواد آلی، به ویژه ترکیب های آروماتیک به کار می روند. نشان داده شده است که فرآیند فتوکاتالیستی که در آن از نانو ذرات نیمه رسانای دی اکسید تیتانیوم تحت تابش اشعه فرابنفش استفاده می شود در تصفیه پساب های آلی پرکاربرد و سودمند است. هدف اصلی این تحقیق بررسی سینتیک حاکم بر فرآیند فتوکاتالیستی حذف نفتالین و سپس ارزیابی تاثیر پارامترهای عملیاتی، از قبیل شدت هم زدن محلول (صفر تا 200 دور بر دقیقه)، شدت هوادهی (صفر تا 6 لیتر بر ساعت)، غلظت فتوکاتالیست (صفر تا 3 گرم بر لیتر) و شدت اشعه فرابنفش (صفر تا 24 وات) است. در مرحله بعد، جهت بررسی اثر متقابل متغیرها بر روی یکدیگر و به دست آوردن مدل پیش بینی کننده، از طراحی آزمایش با رویه سطح پاسخ و طراحی نقطه مرکزی استفاده شد. به کمک طراحی آزمایش یک مدل غیرخطی جهت پیش بینی مقدار حذف نفتالین در شرایط مختلف به دست آمد. هم چنین شرایط بهینه در این تحقیق به کمک رویه تابع تمایل به دست آمد. در بررسی سینتیک فرآیند، مدل سینتیکی لانگمویر- هینشلوود با فرضیات منطقی به مدل سینتیکی شبه درجه اول تبدیل شد که تطابق قابل قبولی با نتایج تجربی داشت. در بررسی تاثیر پارامترهای عملیاتی، افزایش سرعت هم زدن محلول و شدت هوادهی باعث افزایش مقدار تجزیه نفتالین و افزایش سرعت واکنش شدند. هم چنین با افزایش غلظت نانو دی اکسید تیتانیوم تا 2 گرم بر لیتر مقدار حذف نفتالین افزایش و در مقادیر بیشتر، مقدار حذف و ثابت سرعت تجزیه نفتالین کاهش یافت که دلیل آن تداخل اثر پوششی ذرات کاتالیست و محدود شدن نفوذ نور در محلول گزارش شد. حضور اشعه فرابنفش در فرآیند ، مقدار حذف نفتالین را نسبت به حالت عدم حضور آن به مقدار قابل توجهی افزایش داد. اما تغییر شدت اشعه فرابنفش در مقادیر 8، 16 و 24 وات تاثیر چندانی بر مقدار و سرعت حذف نفتالین نداشت. به کمک تحلیل جدول آنالیز واریانس و مقدار متغیر p-value با بازه اطمینان 05/0، پارامترهای مهم در مدل مشخص شدند که به ترتیب اهمیت عبارت بودند از: سرعت گردش محلول، شدت جریان هوای ورودی، شدت اشعه فرابنفش و غلظت نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم. هم چنین صحت مدل آماری به دست آمده به کمک مقدار متغیرهای آماری مانند ضریب مشخصه سازی (86/0)، ضریب مشخصه سازی تنظیم شده (8/0) و تناسب دقت (5/19) تایید شد. در شرایط بهینه معرفی شده توسط نرم افزار نیز مقدار تجربی حذف نفتالین برابر با 26/13 میلی گرم بر لیتر مشاهده شد که تطابق مناسبی با مقدار پیش بینی شده توسط مدل آماری (8082/13 میلی گرم بر لیتر) داشت.