تهیه نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم دوپه شده حساس به نور مرئی و کاربرد آن در فرآیند تلفیقی فوتوکاتالیز- فوتوالکتروفنتون جهت حذف مواد رنگزای آلی تحت تابش نور مرئی

در بخش اول پروژه حاضر، فرآیند فوتوالکتروفنتون با استفاده از کاتد نانولوله های کربنی-پلی تترافلوئورواتیلن(ptfe) و آند پلاتینی در حضور اکسیژن مورد بررسی قرار گرفته است. برای تهیه کاتد مذکور، نانولوله های کربنی با قطر خارجی nm 15-8 و قطر داخلی nm 5-3، با استفاده از پلی تترافلوئورواتیلن بر روی ورق کربنی تثبیت و این امر با استفاده از آنالیزهای sem، afm بررسی و تأیید گردید. فرآیند فوتوالکتروفنتون در حضور نور مرئی و کاتالیزور سیترات انجام شد و نتایج حاصل نشان داد که در حضور کاتالیزور سیترات کارائی فرآیند فوتوالکتروفنتون در حذف ماده رنگزای قرمز مستقیم 23، حدود 30% افزایش یافته است. در ادامه، تأثیر پارامترهای عملیاتی از قبیل شدت جریان، ph اولیه محلول، غلظت ماده رنگزا و نسبت سیترات به آهن بررسی گردید. همچنین برای مدلسازی فرآیند فوتوالکتروفنتون/سیترات در حضور نور مرئی از شبکه عصبی(ann) با ساختار سه لایه ای feed forward back propagation (5:12:1) استفاده شد. متغیرهای ورودی به شبکه عصبی به ترتیب شامل: زمان فرآیند رنگزدائی، غلظت اولیه ماده رنگزا، شدت جریان اعمال شده، ph اولیه محلول رنگی و نسبت آهن به سیترات بود. کارائی رنگزدائی نیز به عنوان متغیر خروجی یا پاسخ تجربی انتخاب گردید. مقایسه بین داده های تجربی و متغیرهای خروجی که با شبکه عصبی مدلسازی شدند، ضریب همبستگی 988/0 را نشان داد که قابلیت اطمینان این مدل را بیان می کند. از آنجایی که تلفیق فرآیندهای اکسایش پیشرفته موجب افزایش کارائی رنگزدائی این فرآیندها می شود لذا در قسمت دوم کار پژوهشی، امکان تلفیق فرآیند فوتوکاتالیزوری با فرآیند فوتوالکتروفنتون/ سیترات در حضور نور مرئی جهت حذف ماده رنگزای قرمز مستقیم 23 مورد بررسی قرار گرفت. برای این امر ابتدا نانوذرات دی اکسید تیتانیوم تجاری millennium pc500 (99% آناتاز) با متوسط اندازه بلوری nm 8 و مساحت سطح m2/g 306، با استفاده از اوره به عنوان منبع تأمین کننده نیتروژن به روش کلسیناسیون در c?400 دوپه گردید. سپس نانوذرات دی اکسید تیتانیوم دوپه شده با نیتروژن (n-doped tio2)توسط اتصال دهند? متیل- تری متوکسی سیلان بر روی صفحات سرامیکی تثبیت گردید. از آنالیز اسپکتروسکوپی انعکاسی نشری (drs) جهت بررسی شدت جذب نانوذرات دی اکسید تیتانیوم دوپه شده با نیتروژن در ناحیه فرابنفش و مرئی استفاده گردید. همچنین به منظور بررسی خواص نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم دوپه شده با نیتروژن از آنالیزهای xrd و temبهره گرفته شد. در قسمت بعدی این کار پژوهشی کارائی رنگزدائی فرآیند تلفیقی فوتوکاتالیز- فوتوالکتروفنتون در حضور نور مرئی و کاتالیزور سیترات بررسی شد. نتایج بدست آمده نشان داد که کارائی فرآیند فوتوکاتالیزوری، فوتوالکتروفنتون/سیترات و فرآیند تلفیقی فوتوکاتالیز- فوتوالکتروفنتون/سیترات در مدت زمان 90 دقیقه به ترتیب برابر 1%، 93% و 98% است و این نتایج نشانگر بالا بودن کارائی فرآیند تلفیقی از دیگر روشها است. برای بهینه سازی و مدلسازی فرآیند فوتوکاتالیز-فوتوالکتروفنتون از روش روی? پاسخ استفاده شد و شرایط بهینه برای متغیرهای غلظت اولیه ماده رنگزا، شدت جریان اعمال شده، نسبت آهن به سیترات و زمان انجام فرآیند به ترتیب برابر 10 میلی گرم بر لیتر ، 100میلی آمپر، 2 و 58 دقیقه بدست آمد. در این شرایط بهینه کارائی حذف ماده رنگزا توسط فرآیند فوتوکاتالیز- فوتوالکتروفنتون برابر 95% بود. آنالیز واریانس ضریب همبستگی بالایی را برای مدل پیشنهاد شده نشان داد (976/0r2= و 962/0adjusted-r2=).