مطالعه فرآیند فنتون هتروژن با استفاده از نانوساختار پیریت تهیه شده با پلاسما در تصفیه آب های آلوده به مواد رنگزا

چکیده: در کار پژوهشی حاضر از فرآیندهای فنتون هتروژن و سونوکاتالیستی هتروژن جهت حذف مواد رنگزای موجود در محلول های آبی استفاده شده است. در قسمت اول پروژه، میکروذرات پیریت طبیعی تهیه شده از معدن مروارید ایران (زنجان-ایران) از طریق فرآوری با پلاسما به روش تخلیه تابان با گاز نیتروژن یا آرگون به نانوساختارهای پیریت تبدیل گردیدند. مشخصات پیریت طبیعی و نمونه های اصلاح شده با پلاسمای نیتروژن و آرگون با استفاده از تصاویر sem و آنالیزهای edx، xrd، ft-ir، xps و bet و همچنین ph نقطه بدون بار (phpzc) بررسی شدند. تصاویر sem نشان دادند که میکروذرات پیریت بعد از اصلاح پلاسمای نیتروژن و آرگون به طور موثری به نانوساختارهای پیریت تبدیل شده اند. نتایج بدست آمده از آنالیز edx نشان داد که عناصر اصلی موجود در ترکیب نمونه طبیعی پیریت از قبیل آهن و گوگرد در نمونه های فرآوری شده با پلاسما نیز موجود می باشند. همچنین الگوهای xrd نشان دادند که تحت فرآوری پلاسما هیچگونه تغییری در ساختار کریستالی پیریت ایجاد نشده است. با توجه به داده های به دست آمده از آنالیز جذب/واجذبی نیتروژن، مساحت سطح ویژه از m2/g 48/6 برای پیریت طبیعی به ترتیب به 65/9 و m2/g09/9 برای نانوساختارهای پیریت تهیه شده با پلاسمای نیتروژن و آرگون افزایش یافته است. بر اساس نتایج آنالیز xps نسبت گونه ی آهن (ii) به آهن (iii) (fe2+ / fe3+) بعد از اصلاح سطح پیریت با پلاسمای نیتروژن افزایش یافته است. در قسمت دوم این پروژه از نانوساختارهای پیریت به دست آمده از پلاسمای نیتروژن به عنوان کاتالیست در فرآیند فنتون هتروژن استفاده گردید. تأثیر عوامل موثر مانند ph اولیه محلول، غلظت هیدروژن پراکسید، مقدار کاتالیست و غلظت اولیه ماده رنگزا بر راندمان رنگزدائی راکتیو نارنجی 29 بررسی گردید و مقادیر مناسب برای این متغیرها به ترتیب 5، mm 3، g/l 2، mg/l 10 به دست آمد. همچنین تأثیر حضور نمک های معدنی مختلف بر راندمان رنگزدائی بررسی شد. حد واسط های حاصل از تخریب آلاینده رنگزا با استفاده از آنالیز gc-ms تعیین شدند و مسیر احتمالی تخریب راکتیو نارنجی 29 پیشنهاد گردید. راندمان رنگزدائی راکتیو نارنجی 29 طی فرآیند فنتون هتروژن پس از min 90 در حضور کاتالیست طبیعی و اصلاح شده با پلاسمای نیتروژن به ترتیب برابر با 4/38 و %6/97 بدست آمد. در قسمت سوم پروژه حاضر عملکرد نانوساختارهای پیریت تهیه شده با پلاسمای آرگون در فرآیند سونوکاتالیستی هتروژن جهت رنگزدائی از محلول راکتیو قرمز 84 بررسی شد. مقدار مناسب ph اولیه محلول، مقدار کاتالیست و غلظت اولیه ماده رنگزا به ترتیب 5، g/l 4 و mg/l 10 تعیین شد. با افزایش شدت توان التراسونیک کارایی فرآیند افزایش یافت. حضور نمک های معدنی مختلف موجب کاهش راندمان رنگزدائی شد و در حضور اکسید کننده های مختلف راندمان رنگزدائی افزایش یافت. برای شناسایی حدواسط های تولید شده در طی فرآیند تخریب سونوکاتالیستی از آنالیز gc-ms استفاده شد. راندمان رنگزدائی در فرآیند سونوکاتالیستی هتروژن پس از min 120 برای پیریت طبیعی %5/71 و برای پیریت اصلاح شده با پلاسمای آرگون %7/93 بدست آمد.