نانوکاتالیزور دی اکسید تیتانیم (tio2) به دلیل خواص ویژه (پایداری شیمیایی، قیمت ارزان، غیر سمی بودن) بطور گسترده در تصفیه ی فتوکاتالیزی آلاینده های محیط زیست مورد استفاده قرار می گیرد. فرآیندهای اکسایش فتوکاتالیزی جزء روشهای اکسایش پیشرفته هستند که طی آن، مواد آلاینده در اثر تابش نور uv و در حضور فتوکاتالیزورهایی مانند دی اکسید تیتانیم (فرآیند uv/tio2) تخریب می شوند. در سالهای اخیر استفاده از نانوکاتالیزورها در فرآیندهای فتوکاتالیزی، باعث افزایش چشمگیری در کارایی این فرآیندها در حذف آلاینده های محیط زیست گردیده است. در اکثر مطالعات قبلی، از سوسپانسیون tio2در فرآیندهای اکسایش فوتوکاتالیزی استفاده شده است. در این حالت مقدار کاتالیزور مصرف شده زیاد بوده و جداسازی فوتوکاتالیزور با ابعاد نانو از محلول پس از انجام عمل تصفیه جهت مصرف مجدد آن دشوار و پر هزینه است. همچنین در صورت استفاده از نانو کاتالیزور دی اکسید تیتانیم به شکل سوسپانسیون کدورت محلول بالا خواهد بود و نور به قسمت های پایین نفوذ نخواهد کرد. از طرف دیگر استفاده از سوسپانسیون نانوذرات tio2در راکتورهای جریان پیوسته بسیار دشوار است. وجود موارد فوق به علت صرف هزینه های بالا (مخصوصا جداسازی کاتالیزور از محلول سوسپانسیونی) کاربرد فرآیندهای اکسایش فوتوکاتالیزی را در مقیاس صنعتی محدود میکند. به منظور حل مشکلات مذکور در گسترش فرآیندهای اکسایش فوتوکاتالیزی در مقیاس صنعتی، نانوذرات دی اکسید تیتانیم بر روی بسترهای مناسب تثبیت می شوند. موادی که بعنوان بسترمورد استفاده قرار میگیرند باید از نظر شیمیایی غیر فعال باشند، از محیط آبی به سادگی قابل جداسازی باشند، قیمت آنها مناسب بوده و قابلیت استفاده ی صنعتی داشته باشند. در راستای تامین اهداف فوق، در این پروژه نانوذرات دی اکسید تیتانیم بر روی بسترهای pumice stoneو شیشه ای تثبیت خواهد شد. همچنین از بستر صنعتی آماده حاوی نانو ذرات tio2 تثبیت شده بر روی non-woven paper نیز استفاده خواهد شد. نانو ذرات دی اکسید تیتانیم مورد استفاده از نوع millenium pc-500 با اندازه یnm 5-10 و مساحت سطح ویژه ی m2/g 300 می باشد. به منظور تعیین مشخصات نانو ذرات دی اکسید تیتانیم مورد استفاده از تصاویر sem- tem و طیف ها ی xrd و ft-ir بهره گرفته خواهد شد. همچنین در حضور نانو ذرات دی اکسید تیتانیم تثبیت شده تحت تابش نور uv در یک فوتوراکتور سطح شیبدار با جریان برگشتی تصفیه ی فوتوکاتالیزی مواد رنگزا بررسی خواهد شد. کارایی فرآیند اکسایش فوتوکاتالیزی تابعی از شدت نورuv، غلظت اولیه ی آلاینده و مدت زمان فرآیند میباشد. مدلسازی سینتیکی فرآیند اکسایش فوتوکاتالیزی با در نظر گرفتن عوامل موثر مذکور و واکنشهای شیمیایی و فوتوشیمیایی انجام خواهد گردید. به منظور بهینه سازی فرآیند اکسایش فوتوکاتالیزی از طراحی آزمایش با استفاده از روش رویه پاسخ (rsm) بهره گرفته خواهد شد. همچنین کارآئی فرآیند مذکور در شرایط بهینه برای تصفیه پساب حقیقی بررسی خواهد گردید. در مرحله ی بعد با استفاده از آنالیز های مختلف نظیر gc-ms، ft-irبه شناسایی حد واسطها و محصولات جانبی تولید شده در طی فرآیند تصفیه فوتوکاتالیزی اقدام خواهد شد. بررسی میزان معدنی شدن با استفاده از اندازه گیری کل کربن آلی (toc) و طیف ft-ir طی فرآیند اکسایش فوتوکاتالیزی صورت خواهد گرفت.

جذب سطحی با کربن فعال یک روش موثر برای حذف آلاینده های آلی و معدنی از جریانهای آبی و گازی می باشد. استفاده از روش ستونی نیز روشی صنعتی و عملی در جهت حذف آلاینده های آلی از پسابهای صنعتی می باشد. در کار تحقیقاتی حاضر فرآیند ستونی برای حذف و رنگ زدایی پساب سنتزی نساجی و رنگرزی مورد مطالعه قرار گرفته است. برای مطالعه قدرت و توانایی روش ستونی در حذف رنگهای آلی با کربن فعال گرانوله، ماده رنگزایreactive navy blue sp-br به عنوان نماینده رنگهای نساجی انتخاب شده است. در این مطالعه اثر پارامترهای مختلف مانند غلظت اولیه آلاینده، عمق بستر، سرعت جریان و ph بر روی جذب آلاینده یاد شده و سینتیک واکنش جذبی توسط سیستم ستونی بررسی شد. مطالعات نشان داد که با افزایش غلظت آلاینده و افزایش سرعت جریان زمان رسیدن به نقطه شکست کاهش یافت. در مطالعه تاثیر ph نیز درph های پایین زمان رسیدن به نقطه شکست افزایش چشمگیری نشان داد به طوری که با کاهشph از 4/5 به 7/1 میزان زمان رسیدن به نقطه شکست از170 به 5/357 دقیقه و از 3/627 به 2/1485 میلی لیتر رسید. در بررسی عمق بستر نیز با افزایش عمق بستر از7 بهcm 18 زمان رسیدن به نقطه شکست از50 دقیقه و 5/184 میلی لیتر به 535 دقیقه و 2/1974 میلی لیتر افزایش یافت. بیشترین میزان زمان رسیدن به نقطه شکست نیز در مدت زمان 535 دقیقه در4/5ph= ، سرعت جریان ml/min 69/3، دمای oc28 و عمق بسترcm 18 برابر با 2/1974 میلی لیتر به دست آمد. از بین مدلهای سینتیکی مربوط به پیش بینی رفتار منحنی عبور، مدلهای آدامس- بوهارت ، توماس و یون- نیلسون مورد بررسی قرار گرفتند که مدل توماس و آدامس- بوهارت بیشترین تطابق را با داده های تجربی نشان دادند. از روی مدلbdst (bed depht service time) نیز ظرفیت جذبیgac برابر با ppm 33/277 به دست آمد. از بین مدلهای سینتیکی شبه درجه اول، شبه درجه دوم و نفوذ درون ذره ای که برای ارزیابی داده های سینتیکی مورد بررسی قرار گرفتند، داده های تجربی مربوط به جذب سطحی این آلاینده مطابقت بیشتری با مدل سینتیکی شبه درجه دوم دارند. همچنین در این کار ایزوترمهای جذبی در دماهای 26، 45 و oc 55 توسط مدلهای لانگمویر، فروندلیچ، تمکین، brunauer-emmett -teller (bet) و (d-r) dubinin-radushkevich مورد بررسی قرار گرفتند. مطالعات نشان داد ایزوترم فروندلیچ بیشترین مطابقت را در 45 و oc 55 نشان می دهد در حالی که مدل لانگمویر در محدوده دمایی oc 26 تطابق بیشتری نسبت به سایر مدلهای ایزوترم جذبی برای این جذب سطحی دارد. همچنین به منظور مشخص شدن قابلیت اجرایی و ماهیت فرایند جذب، پارامترهای ترمودینامیکی مطالعه شدند که تغییرات انرژی آزاد گیبس استاندارد (?go) درمحدوده دماییoc55-26 با مقادیر 04/22- تا kj/mol 87/23- ، تغییر آنتالپی (?ho) برابر با kj/mol 51/20- و تغییر آنتروپی (?so) برابر با j/mol k 76/11 بدست آمدند. همچنین به منظور تعیین خصوصیات شیمیایی و فیزیکی جاذب جهت درک بهتر فرایند جذب سطحی، طیف ft-ir و phzpc کربن فعال گرانوله مورد مطالعه قرار گرفتند. علاوه بر آزمایشات انجام شده بر روی رنگ reactive navy blue sp-br ، با استفاده از ستونی به عمق cm20، سرعت جریان ورودی ml/min 69/3 و دمای oc 28، پساب صنعتی رنگ reactive navy blue sp-br با cod ، ppm1980 و رنگ اولیه mg/ l pt 11250، از لحاظ cod و رنگ به ترتیب به میزان% 63 و % 73 حذف گردید.

نانو ذرات سولفید روی یکی از نیم رساناهای پراهمیت است که از جمله کاربرد های آن استفاده از آن به عنوان فتوکاتالیزور برای حذف آلاینده ها می باشد. در کار پژوهشی حاضر نانو ذرات سولفید روی به روش رسوبی در حضور edta در ساختار مکعبی سنتز شد که طبق طیف xrd حاصل و بر اساس رابطه دبای- شرر اندازه تقریبی نانوبلورها برابر با 6 نانومتر محاسبه گردید و تصاویر fesem نیز این امر را تائید نمود. همچنین نانوذرات سنتزی بدون افزودن edta نیز سنتز شدند که تصاویر fesem اندازه تقریبی 50 نانومتر را نشان داد. حذف رنگ های راکتیو زرد 84 و اسید آبی 9 بعنوان مدلی از رنگ های پرمصرف آزو و آنتراکینونی از محلول آبی در حضور نانوذرات سولفید روی سنتز شده با edta و تحت تابش نور uv، مطالعه گردید. آزمایش ها نشان دادند زمانیکه نانو ذرات سولفید روی و نور uv بطور جداگانه مورد استفاده قرار می گیرند، اثر جزئی در حذف آلاینده ها دارند. اثر برخی از عوامل عملیاتی از قبیل ph، غلظت اولیه آلاینده، شدت تابش نور uv و مقدار نانوفتوکاتالیزور بر روی کارآیی فرآیند حذف فتوکاتالیزوری آلاینده ها مطالعه گردید. حذف فتوکاتالیزوری آلاینده های رنگزای مورد مطالعه در نمونه تهیه شده با آب چاه نیز مورد مطالعه قرار گرفت. فعالیت فتوکاتالیزوری نانوذرات سولفید روی سنتز شده در حضور edta با نانوذرات سولفید روی سنتزی بدون حضور edta و نیز با نمونه های تجاری نانوذرات اکسید روی و دی اکسید تیتانیم مقایسه شد. اثر افزایش اکسید کننده های معدنیِ پرسولفات و پریدات نیز بر روی کارآئی فرآیند حذف فتوکاتالیزوری آلاینده ها نیز مطالعه گردید. سینتیک حذف رنگ راکتیو زرد 84 و اسید آبی9 با استفاده از مدل لانگمیور- هینشلوود توضیح داده شد.بمنظور پیش بینی میزان حذف آلاینده ها به ازای غلظت های اولیه مختلف از آنها طی فرآیند uv/zns، دو مدل ارائه گردید. در ادامه برای افزایش کارایی حذف فتوکاتالیزوری آلاینده ها، نانوکامپوزیت سولفید روی با نانوذرات اکسید روی سنتز شد. کارایی حذف فتو کاتالیزوری آلاینده ها توسط نانوکامپوزیت zns-zno حاصل از افزودن 30 درصد مولی نانوذرات اکسید روی در هر دو مورد از آلاینده ها بیشترین مقدار بود. نتایج نشان دادند که مصرف انرژی الکتریکیِ فرآیند فتوکاتالیزوری در حضور نانوذرات سولفید روی با افزوذن edta به مرحله سنتز و نیز با کامپوزیت کردن با نانوذرات اکسید روی افزایش می یابد. در نهایت مطالعات نشان داد که بازده کوانتائی فرآیند حذف فتوکاتالیزوری نانوذرات سولفید روی با افزودن edta و کامپوزیت کردن با نانوذرات اکسید روی افزایش می یابد.

در این پروژه مونت موریلونیت k10 (mmt- k10) با اسید سولفوریک فعالسازی و با ستیل تری متیل آمونیوم برماید (ctab) اصلاح شد و فرآیند فعالسازی mmt- k10 با استفاده از دو روش تاگوچی و رویه پاسخ بهینه سازی شد. شرایط بهینه با استفاده از روش تاگوچی برای بیشترین مقدار راندمان حذف رنگ، بصورت غلظت اسیدmol l-1 2، دمای واکنش فعالسازی oc50 و مدت زمان واکنش فعالسازی h 5/2 بدست آمد. با انجام آزمایش با شرایط بهینه ای که نرم افزار پیش بینی کرد، نتیجه ای بسیار قابل قبول بدست آمد بطوریکه راندمان حذف در این شرایط برابر % 21/93 بود. همچنین شرایط بهینه با استفاده از روش رویه پاسخ عبارتند از غلظت اسیدmol l-1 5/3، دما ?c50و مدت زمان واکنش h 5/2. بیشترین مقدار پیش بینی شده برای راندمان حذف رنگ با استفاده از مقادیر بهینه برای متغیرها معادل 31/92 بدست آمد. تاثیر پارامترهای فعالسازی (غلظت اسید، دما و مدت زمان) بر روی مساحت سطح ویژه ی نانورس مورد ارزیابی قرار گرفت که برای تعیین مساحت سطح ویژه ی (ssa) نانورس فعال اصلاح شده از تست استاندارد methylene blue استفاده شد. نتایج نشان دادند که بعد از فعالسازی نانورس در شرایط بهینه و اصلاح آن، مساحت سطح ویژه از 234 تا m2 g 69/508 افزایش یافت. mmt- k10 فعال اصلاح شده با استفاده از تکنیک های ftir، xrd، sem و tem مورد ارزیابی قرار گرفت. در این پروژه پارامترهای موثر بر فرایند جذب سطحی رنگ reactive navy blue sp-br بر روی mmt- k10 فعال اصلاح شده به روش ناپیوسته مورد بررسی قرار گرفتند. مطالعات نشان دادند که در فرایند جذب سطحی به روش ناپیوسته، با افزایش مقدار مصرفی جاذب راندمان حذف افزایش می یابد. آزمایشها نشان دادند که جذب سطحی رنگ در 2/2 ph= بهتر از سایر ph های مورد بررسی می باشد و با افزایش ph راندمان حذف رنگ کاهش می یابد. در مورد اثر غلظت اولیه رنگ نیز مشاهده شد که با افزایش غلظت، میزان راندمان حذف کاهش می یابد. از بین مدلهای سینتیکی شبه درجه اول، شبه درجه دوم و نفوذ درون ذره ای که برای ارزیابی داده های سینتیکی مورد بررسی قرار گرفتند، داده های تجربی مربوط به جذب سطحی این آلاینده مطابقت بیشتری با مدل سینتیکی شبه درجه دوم داشتند. همچنین در این کار ایزوترمهای جذبی در دماهای 28، 45 و oc 55 توسط مدلهای لانگمویر، فروندلیچ، تمکین، brunauer-emmett-teller (bet) و (d-r) dubinin-radushkevich مورد بررسی قرار گرفتند. مطالعات نشان داد ایزوترم لانگمویر بیشترین مطابقت را در هر سه دمای 28، 45 و oc 55 نشان می دهد. همچنین به منظور مشخص شدن قابلیت اجرایی و ماهیت فرایند جذب، پارامترهای ترمودینامیکی مطالعه شدند که تغییرات انرژی آزاد گیبس استاندارد (?go) درمحدوده دماییoc 55-28 با مقادیر 37/4246- تا kj mol-1 6/16255-، تغییر آنتالپی (?ho) برابر با kj mol-1 25/9 و تغییر آنتروپی (?so) برابر با j mol-1 k-1 34/74 بدست آمدند.

بازترکیبی بین الکترون ـ حفره های تولید شده توسط نور، عامل اصلی در کاهش بازده فرآیندهای فتوکاتالیستی است. در سال های اخیر تلاش های زیادی در جهت کاهش بازترکیبی بین الکترون و حفره انجام شده است. اعمال میدن الکتریکی به آندی که ذرات فتوکاتالیست روی آن تثبیت شده، می تواند به طور موثری بازترکیبی بین الکترون و حفره را کاهش داده و راندمان فرآیند فتوکاتالیستی را افزایش دهد. برای بررسی اثر میدان الکتریکی بر روی حذف فتوکاتالیستی، ماده نیمه رسانای اکسید روی به عنوان فتوکاتالیست انتخاب و روی الکترود استیل ضدزنگ تثبیت شد. روش مورد استفاده برای تثبیت نانوذرات اکسید روی، فرآیند الکتروفورز بود و تصاویر sem از سطح الکترود قبل و بعد از تثبیت نشان داد که ذرات اکسید روی به طور یکنواخت تمام سطح فلز را می پوشانند. ماده رنگزای reactive navy blue sp-br به عنوان ماده آلاینده در بررسی اثر میدان الکتریکی بر حذف فتوکاتالیستی توسط فیلم اکسیدروی تثبیت شده، انتخاب شد. در این مطالعه اثر پارامترهای مختلف مانند غلظت اولیه آلاینده، ولتاژ اعمالی و جنس الکترود کار بر روی فرآیند فتوکاتالیستی در حضور میدان الکتریکی بررسی شد. سینتیک حذف ماده ی رنگزای reactive navy blue sp-brبا استفاده از مدل لانگمیر ـ هنشلوود توضیح داده شده است. مقادیر ثابت تعادل جذب سطحی (kads) و ثابت سرعت سینتیکی واکنش سطحی (kc) برای حذف فتوکاتالیستی در حضور میدان برابر با mg-1 l157/0 و mg l-1 min-1 359/0 به دست آمد. نانوذرات تیتانیم دی اکسید نیز بر روی الکترود استیل ضدزنگ به روش الکتروفورز تثبیت و اثر میدان الکتریکی بر حذف فتوکاتالیزوری آنها نیز بررسی شد. اثر پارامترهایی مانند غلظت اولیه آلاینده، ولتاژ اعمالی و جنس الکترود کار برای حذف فتوکاتالیستی در حضور میدان الکتریکی برای فیلم تیتانیم دی اکسید نیز بررسی گردید

به کارگیری نانوذرات آهن با ظرفیت صفر، یک گزینه برای تصفیه آلاینده های سمی و خطرناک و پاک سازی محل های آلوده است که به سرعت مقبولیت بیشتری پیدا می کند. در این پروژه نانوذرات آهن صفر ابتدا به روش احیاء توسط بورهیدریدسدیم و نیز توسط روش جدید الکتروشیمیایی با استفاده از ولتامتری چرخه ای تهیه شدند. خصوصیات نانوذرات سنتز شده توسط آنالیزهای tem، sem و xrd مطالعه شدند. اندازه میانگین کریستالی نانوذرات سنتز شده به روش رسوبدهی شیمیایی و الکتروشیمیایی، با استفاده از رابطه دبای شرر به ترتیب در حدود 11 و nm 23 محاسبه گردید. برای مطالعه راندمان حذف آلاینده های آبی توسط نانوذرات آهن صفر، از ماده رنگزای reactive navy blue sp-br بعنوان یک آلاینده ی مدل استفاده شده است. مطالعات تجربی نشان دادند که با افزایش مقدار نانوذرات آهن مصرفی از 100 تا 1- mg l 300، کاهش غلظت اولیه ی ماده رنگزا از 50 تا 1- mg l 10 و با کاهش ph از 10 تا 2 راندمان رنگزدایی افزایش می یابد. همچنین سینتیک واکنش رنگزدایی توسط نانوذرات آهن از معادله شبه درجه دوم تبعیت می کند. برای مدلسازی و یافتن شرایط بهینه رنگزدایی از روش رویه پاسخ با طراحی ترکیب مرکزی استفاده شد. مدل دارای ضریب همبستگی خوبی بوده (9661/0r2 =) و شرایط بهینه برای فرایند رنگزدایی برای پارامترهای غلظت اولیه ی ماده رنگزا ، مقدار نانوذرات آهن، ph و زمان واکنش به ترتیب برابر با 1- mg l 10، 1- mg l 260، 6 و min 75 می باشد. نتایج و بررسی های موجود نشان می دهند که روش رویه پاسخ با طراحی ترکیب مرکزی، روشی مناسب برای طراحی آزمایشات و بهینه سازی واکنش رنگزدایی توسط نانوذرات آهن صفر می-باشد.

یکی از بزرگترین چالش های پیش روی بشر از گذشته تاکنون تصفیه ی آب و حذف آلاینده های مختلف از آن بوده است. از جمله ی این آلاینده های خطرناک می توان به نیترات و نیتریت اشاره کرد. تاکنون روش های مختلفی برای حذف این آنیون های سمی از آب استفاده شده است. امروزه نیز استفاده از نانوذرات آهن صفر ظرفیتی (nzvi) برای حذف آن ها، توجه زیادی را به خود جلب کرده است. در این کار پژوهشی، nzvi بر روی کربن فعال فیبری (acf) تثبیت شده، خصوصیات نانوکامپوزیت حاصل با استفاده از آنالیزهای xrd و sem مطالعه شد. جهت افزایش کارآیی نانوکامپوزیت تهیه شده، ابتدا نسبت مطلوب fe2+/acf تعیین گردید و در آزمایش های بعدی از این نسبت استفاده شد. درصدهای وزنی آهن مورد بررسی 25/25، 15، 5/10 و 6% بود که نانوکامپوزیت تهیه شده با محتوای 15% وزنی آهن، بالاترین کارآیی را در حذف نشان داد. همچنین تاثیر عوامل مختلفی نظیر غلظت اولیه ی محلول نیترات، ph آن و نیز مقدار نانوکامپوزیت بر روی راندمان حذف نیترات و نیتریت بررسی شد. نتایج نشان دادند که راندمان حذف در غلظت های اولیه ی کمتر، ph های اسیدی و مقادیر نانوکامپوزیت بیشتر بالاترین مقدار خود را دارد. به منظور ارزیابی کارآیی نانوکامپوزیت تهیه شده، درصد حذف نیترات و نیتریت با استفاده از این نانوکامپوزیت با راندمان حاصل از مقادیر متناظر از اجزای سازنده ی آن مقایسه شد. نتایج نشان دادند که در شرایط آزمایشی یکسان راندمان حذف توسط نانوکامپوزیت nzvi/acf (54/64%)، بیشتر از مجموع راندمان های حذف nzvi (43/30%) و acf (74/21%) می باشد. سینتیک دنیتریفیکاسیون نیز در این پروژه بررسی شد. با توجه به نتایج به دست آمده مشاهده شد که فرآیند حذف نیترات و نیتریت توسط نانوکامپوزیت nzvi/acf از سینتیک شبه درجه ی دوم پیروی می کند. kobs تجربی مطابقت بالایی (96/0=r2) با kobs تئوری نشان داد. بعلاوه، حذف نیترات و نیتریت توسط نانوکامپوزیت تهیه شده، با استفاده از روش رویه ی پاسخ مدلسازی و بهینه سازی شده و اثر پارامترهای غلظت اولیه، ph محلول نیترات، مقدار نانوکامپوزیت به کار رفته و زمان بر روی راندمان حذف مطالعه گردید. شرایط بهینه ی به دست آمده برای این پارامترها به ترتیب برابر با mg/l 30، 2، g 25/0 و min 60 بود.

در کار پژوهشی حاضر، به بررسی حذف ماده رنگزای راکتیو قرمز 43 (43rr) به عنوان آلاینده مدل و برخی مواد رنگزای آلی دیگر از پساب های مصنوعی و حقیقی توسط فرآیند انعقاد و لخته سازی الکتروشیمیایی (ecf) پرداخته شد. آزمایش ها در یک راکتور ناپیوسته که در آن از دو آند آهنی (فرآیند ecf-fe) و یا دو آند آلومینیومی (فرآیند ecf-al) به همراه دو کاتد استیل که در حالت تک قطبی و اتصال موازی قرار داشتند، انجام شدند. ابتدا تاثیر عوامل موثر شامل نوع و غلظت آنیون، دانسیته جریان الکتریکی، و ph اولیه پساب در کارایی هر دو فرآیند در حذف 43rr بررسی شد. نتایج حاصل از ارزیابی تاثیر نوع آنیون های کلراید، سولفات و نیترات نشان دادند که در فرآیند ecf-al در حضور آنیون سولفات به دلیل تشکیل لایه اکسیدی مقاوم از انحلال الکتروشیمیایی آند آلومینیومی جلوگیری می شد. در حضور نیترات و کلراید انحلال الکتروشیمیایی آلومینیوم با بازده جریان بزرگتر از %100 اتفاق افتاد. بالاترین میزان حذف در حضور آنیون کلراید حاصل شد. همچنین با افزایش غلظت آنیون و یا اضافه شدن آنیون سولفات و نیترات به پساب حاوی آنیون کلراید میزان حذف بطور چشمگیری کاهش یافت. در فرآیند ecf-fe، بیشترین میزان حذف در حضور یون های سولفات و کلراید بدست آمد. حضور یون نیترات موجب تشکیل لایه رویین در سطح آند آهنی و مانع انحلال الکتروشیمیایی آن شد. لایه رویین تشکیل شده با اضافه شدن کلراید از بین می رفت. بررسی تاثیر دانسیته جریان، مدت زمان الکترولیز و ph اولیه نشان دادند که در فرآیند ecf-al بیشترین میزان حذف ماده رنگزای آلی در محیط های نسبتا اسیدی (25/4=ph) و در 12 دقیقه ابتدایی فرآیند حاصل شد. در phهای خنثی، افزایش دانسیته جریان به مقادیر بالاتر از a/m2 25 تاثیر چندانی در راندمان حذف نداشت. در فرآیندecf-fe سه مرحله متمایز شامل مراحل تاخیر، حذف و پایا در طول حذف ماده رنگزا مشاهده شد. در دانسیته جریان های a/m2 15 و بالاتر بیشترین مقدار حذف حاصل شد و با افزایش دانسیته جریان سرعت حذف ماده رنگزای آلی افزایش یافت. در حذف مواد رنگزای آلی با بار و ساختار متفاوت در شرایط عملیاتی مشابه، کارایی فرآیند ecf-al با افزایش تعداد گروه های سولفونات و همچنین اندازه مولکول افزایش می یافت. میزان حذف مواد رنگزای کاتیونی توسط آند آلومینیومی قابل توجه نبود. در فرآیند ecf-fe بار و ساختار ماده رنگزای آلی تاثیر چندانی در بازده حذف نداشته و بازده حذف تمام مواد رنگزای بکار گرفته شده بالاتر از %90 بود. نتایج حاصل حاکی از حضور مکانیسم خنثی شدن بار در فرآیند ecf-al بوده و جذب سطحی آلاینده ها بر روی لخته های هیدروکسید فلزی ecf-fe (حذف روبشی) مکانیسم های اصلی حذف مواد رنگزای آلی می باشند. بهینه سازی و مدلسازی هر دو فرآیند توسط روش رویه پاسخ (rsm) انجام گرفت. نتایج حاصل از آنالیز واریانس نشان دادند که مدل های پیشنهادی برای هر دو فرآیند به طور مناسبی قادر به پیش بینی بازده حذف 43rr در شرایط مختلف بودند. شرایط بهینه پیشنهادی توسط rsm برای فرآیند ecf-fe متفاوت از ecf-al بود. در شرایط بهینه پیشنهادی، بیش از %99 رنگ توسط هر دو فرآیند حذف شد در حالیکه میزان حذف کل کربن آلی (toc) برابر با 03/91 و 22/98 درصد برای ecf-fe و ecf-al بود. آنالیزهای uv-vis، toc و gc-ms باقی ماندن مواد آلی را پس از تصفیه پساب مصنوعی حاوی 43rr توسط فرآیند ecf-fe را نشان دادند. بر اساس ترکیبات آلی شناسایی شده وجود واکنش های تخریب کننده به عنوان واکنش های جانبی در فرآیند ecf-fe تایید شد. شواهد تجربی مبنی بر وجود واکنش های تخریبی در فرآیند ecf-al حاصل نشد. علاوه بر این کارایی هر دو فرآیند توسط یک شبکه عصبی مصنوعی سه لایه که شامل 4، 12 و 1 نورون درلایه های ورودی، خروجی و مخفی بود، مدلسازی شد. کارایی فرآیند ecf-al در تصفیه پساب حقیقی با فرآیند ecf-fe مورد مقایسه قرار گرفت. بر اساس نتایج حاصل، آند آلومینیومی از کارایی چندانی در حذف رنگ در مقایسه با آند آهن برخوردار نبود. برای راکتور پیوسته طراحی شده میانگین زمان ماندگاری برابر با 27/18 دقیقه تعیین شد. رنگزدایی کامل از پساب سنتزی در راکتور پیوسته با اعمال نسبت j/q بزرگتر از 8/0 بدست آمد.

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=).

در پروژه حاضر کامپوزیت و هیبرید های کلینوپتیلولیت/ پلی آنیلین، ناترولیت/ پلی آنیلین و کلینوپتیلولیت/ tio2 / پلی آنیلین جهت حذف آلاینده های آب تهیه گردید. هیبرید کلینوپتیلولیت/ پلی آنیلین با استفاده از پلیمیزاسیون اکسیداسیونی کاتیون های آنیلینیوم درون کلینوپتیلولیت تهیه شد و برای حذف کاتیون های مس و ترکیب رنگزای آبی متیلن از محلول آبی مورد استفاده قرار گرفت. همچنین هیبرید سه جزئی کلینوپتیلولیت/ tio2 / پلی آنیلین تهیه و از آن جهت حذف ترکیب رنگزای اسید قرمز 14 از محلول آبی، استفاده گردید. جهت تائید سنتز های انجام گرفته و بررسی خواص ترکیب های حاصل از روش های ft-ir، xrd و sem استفاده شد. هیبرید کلینوپتیلولیت/ پلی آنیلین با درصد های مختلف پلی آنیلین جهت حذف کاتیون های مس از آب استفاده شد. اثر پارامتر های مختلف نظیر زمان تماس، ph، غلظت اولیه محلول مس و مقدار جاذب به کار رفته بر روی فرایند حذف مورد بررسی قرار گرفت و نتایج حاکی از آن بود که از بین درصد های تهیه شده، کامپوزیت با %wt. 10 پلی آنیلین مناسب ترین جاذب بوده و فرایند در مدت 1 ساعت به تعادل می رسد. همچنین با افزایش ph و مقدار جاذب و در غلظت های پایین مس میزان حذف افزایش می یابد. در مرحله دوم با استفاده از طراحی آزمایش رویه پاسخ، شرایط بهینه برای حذف کامل آبی متیلن از محلول آبی با استفاده از هیبرید کلینوپتیلولیت/ پلی آنیلین به دست آمد. روش رویه پاسخ، هیبرید کلینوپتیلولیت/ پلی آنیلین با درصد وزنی 9/10% پلی آنیلین، جرم جاذب 2/0 گرم، 6/8 ph= و غلظت ppm50 را برای شرایط بهینه پیش بینی کرد. با اعمال این شرایط 100% حذف حاصل شد. در قسمت آخر هیبرید سه جزئی کلینوپتیلولیت/ tio2 / پلی آنیلین تهیه و از آن جهت حذف ترکیب رنگزای اسید قرمز 14 استفاده شد. برای سنتز این ترکیب هیبرید کلینوپتیلولیت/ tio2 تهیه و پس از آماده سازی، پلی آنیلین به روش پلیمریزاسیون در جا بر روی سطح کامپوزیت سنتز گردید. از هیبرید حاصل جهت حذف ماده رنگزای آزو اسید قرمز 14 تحت نور هالوژن و خورشید استفاده گردید و پارامتر های موثر از قبیل درصد وزنی tio2، ph و غلظت محلول رنگی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که هیبرید تهیه شده با %wt. 15 tio2 نسبت به کامپوزیت اولیه، تحت نور خورشید، از بیشترین مقدار حذف (% 98) برخوردار است. در غلظت های پایین رنگ و در ph های اسیدی میزان حذف بالاترین حد را داراست.

کربن فعال، بعنوان جاذبی که در صنایع مختلف کاربرد دارد، پس از اشباعیت، به زباله تبدیل میشود که باید دفع شود. از لحاظ زیست محیطی و اقتصادی یکی از بهترین روشهای دفع، بازیابی کربن فعال اشباع است. مزایای بازیابی فوتوکاتالیستی باعث شده است که این روش ازبین روش های مختلف بازیابی، بیشتر مورد توجه قرار گیرد. در این پژوهش کربن فعال گرانوله به عنوان جاذب، نانو ذرات zno با ابعاد nm30-20 به عنوان فوتوکاتالیست برای بازیابی کربن فعال گرانوله و ماده ی رنگزای راکتیو قرمز43 به عنوان آلاینده مدل مورد استفاده قرار گرفته اند. در این کار پژوهشی نانو ذرات zno بر روی کربن فعال گرانوله تثبیت شد. به این منظور ابتدا کربن فعال گرانوله برای پیش تیمار، به مدت 3 ساعت داخل محلول naoh 2m در حمام التراسونیک قرارگرفت و پس از خشک کردن، با نانو ذرات zno که به صورت سوسپانسیون آبی به مدت 30 دقیقه تحت التراسونیک قرار گرفته بودند، مخلوط شد. پس از تنظیم ph، سوسپانسیون برای مدت مشخص در حمام التراسونیک قرار گرفت و در نهایت پس از فیلتراسیون و خشک کردن، در محیط نیتروژن در دمای مشخص به مدت یک ساعت کلسینه شد. اشباع سازی نانوکامپوزیت gac-zno حاصل با ماده رنگزا، با قرار دادن آن داخل محلول ماده ی رنگزای rr43 انجام شد. سپس نانوکامپوزیت اشباع، برای انجام فرآیند بازیابی، تحت تابشuv قرار گرفت. از تماس مجدد نانوکامپوزیت بازیابی شده با محلول ماده ی رنگزای rr43 برای اندازه گیری ظرفیت بازیابی شده بهره گرفته شد. آنالیز غلظت رنگ باقیمانده با استفاده از نمودار کالیبراسیون و طول موج ماکزیمم جذب ماده رنگزا و بوسیله اسپکتروفتومتر انجام شد. برای مدلسازی و بهینه سازی تهیه نانوکامپوزیت gac-zno از تکنیک طرح مکعب مرکزی روش رویه پاسخ استفاده شد و تأثیرات منفرد و متقابل متغیرهای مستقل فرآیند بر روی متغیر پاسخ که راندمان حذف ماده رنگزای rr43 است، بررسی گردید. شرایط بهینه بدست آمده توسط طرح مکعب مرکزی روش رویه پاسخ برای متغیرهای نسبت gac/zno، دمای کلسیناسیون، مدت زمان التراسونیک و ph در مرحله تهیه نانوکامپوزیت به ترتیب برابر با 300،5، 210و 4 تعیین گردید. در شرایط بهینه ظرفیت نانوکامپوزیت gac-zno بیش از 83% بازیابی شد. نتایج حاصل از آنالیز واریانس نشان دادند که مدلهای پیشنهادی به طور مناسب قادر به پیش بینی بازده حذف rr43 در شرایط مختلف است. به منظور بررسی خواص سطحی نانوکامپوزیت تهیه شده و نشان دادن نانو ذرات zno تثبیت شده بر روی کربن فعال گرانوله از تصاویر sem و طیف xrd و ft-ir بهره گرفته شد.

آلودگی آبهای سطحی توسط پسابهای صنعتی و آلودگی منابع آب زیرزمینی از طریق نفوذ آلودگی ها به داخل خاک، یکی از معضلات مهم زیست محیطی است. از این رو ابداع روشهای نوین برای تصفیه آب بسیار لازم به نظر می رسد. از جمله آلاینده های خطرناک می توان به نیترات و نیتریت اشاره کرد. با وجود اینکه روشهای متنوعی جهت حذف نیتریت و نیتریت مورد استفاده قرار گرفته اند امروزه حذف الکتروشیمیایی نیترات و نیتریت بسیار مورد توجه است. در این کار پژوهشی، حذف الکتروشیمیایی نیترات و نیتریت بر روی الکترود استیل ضد زنگ به عنوان کاتد و الکترود ti/ruo2 به عنوان آند انجام گرفت. تأثیر عوامل مختلفی نظیر شدت جریان الکتریکی ، مدت زمان الکترولیز، غلظت اولیه نیترات، ph محلول نیترات و تأثیر افزودنnacl بر روی راندمان حذف نیترات و نیتریت بررسی شد. بر طبق نتایج بدست آمده، راندمان حذف در غلظت های اولیه کمتر، ph های اسیدی تر و شدت جریان های الکتریکی بالاتر، بیشترین مقدار را نشان می دهد. سینتیک دنیتریفیکاسیون الکتروشیمیایی در این پروژه بررسی گردید و با توجه به نتایج بدست آمده مشاهده شد که فرآیند حذف الکتروشیمیایی نیترات و نیتریت از سینتیک شبه درجه اول پیروی می کند. حذف نیترات و نیتریت به روش الکتروشیمیایی با استفاده از روش رویه ی پاسخ نیز مدلسازی و بهینه سازی گردید و اثر پارامترهای غلظت اولیه، ph محلول نیترات، شدت جریان الکتریکی به کار رفته و زمان بر روی راندمان حذف مطالعه گردید و شرایط بهینه برای این پارامترها برابر با مقادیر زیر بدست آمد: t= 200min i=95/0a c=45 mg/l ph= 5/2

هدف این پژوهش رنگزدایی زیستی آب می باشد. سیستم گلوکز-گلوکزاکسیداز به عنوان عامل رنگزدایی انتخاب گردید. برای اینکه سیستم قابلیت استفاده مکرر و پیوسته را دارا باشد تثبیت آنزیم روی پایه های مختلف مگنتیت، کامپوزیت مگنتیت-کربن فعال و کربن فعال گرانوله بررسی شد. با توجه به مقدار آنزیم تثبیت شده روی پایه ها و همچنین خاصیت مغناطیسی شدید مگنتیت و جداسازی راحت آن بعد از فرایند رنگزدایی، مگنتیت به عنوان پایه جهت تثبیت آنزیم انتخاب شد. جهت یافتن شرایط مناسب برای تثبیت آنزیم بر روی نانو ذرات اکسید آهن، اثر پارامتر های ph(7 تا 4)، دما (5 تا 20 درجه سانتی گراد)، مقدار آنزیم (u/g900 تا u/g 3600) و زمان (2 تا 5/3 ساعت) مورد بررسی قرار گرفت. اندازه کریستال ها ی مگنتیت با استفاده از پراش اشعه x، nm26 و با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی اندازه متوسط ذرات nm 50-40 بدست آمد. رنگ زدایی در 100 میلی لیتر محلول حاوی mg/l30 ماده رنگزا (اسید زرد 12) در حضور3/0 گرم بیو کاتالیست (u/g450 آنزیم تثبیت شده بر روی fe3o4) در مدت120 دقیقه حدود 5/66 % انجام شد. جهت بررسی اثر مستقیم و همچنین تعیین محدوده ی تغییر پارا متر های غلظت گلوکز، ph، دما و غلظت ?fe?^(2+) در طراحی آزمایش ، پارامتر ها به صورت یکی در یک زمان در فرایند رنگزدایی به روش بیو فنتون مورد بررسی قرار گرفت. با استفاده از نرم افزار minitab 15 به روش رویه پاسخ و ترکیب مرکزی شرایط رنگزدایی بهینه سازی شد. ph، دما، غلظت اولیه گلوکز و غلظت fe+2 به عنوان عوامل موثر در پنج سطح مطالعه شدند و اثرات خطی، مربعی و بر همکنش بین عوامل بررسی شد. نقطه بهینه به صورت 5/4ph= ، دمای 29 درجه سانتی گراد، غلظت سوبسترای g/l5/1 و غلظت fe+2 g/l4/1 به دست آمد. به طوری که در این شرایط مقدار رنگزدایی 27/62% در مدت 120 دقیقه بود. در مورد بررسی سینتیک فرایند حذف رنگ اسید زرد 12 به روش بیو فنتون، جهت تعیین درجه واکنش می توان گفت که تنها در یک شرایط خاص از مدل سینتیکی درجه 2 پیروی شد و در سایر شرایط برای بدست آوردن درجه کلی واکنش از روش زمان نیمه عمر استفاده گردید.

یکی از بزرگترین مشکلات محیط زیستی وارد شدن پساب های صنعتی به منابع آب های سطحی و زیرزمینی می باشد. جذب سطحی با استفاده از کربن فعال پودری یکی از روش های موثر برای حذف آلاینده های آلی و معدنی از پساب های صنعتی است. ولی این فرایند دارای معایبی نیز می باشد از جمله اینکه بازیابی مجدد کربن فعال پودری از محیط آبی به راحتی انجام نمی شود. برای رفع این مشکل می توان از کربن فعال پودری مغناطیس شده با استفاده از نانو ذرات مگنتیت استفاده کرد که با به کار بردن آهن ربا به راحتی امکان جداسازی کربن فعال پودری از محلول آبی فراهم می شود. در این پروژه تحقیقاتی ابتدا نانو ذرات مگنتیت سنتز شده و سپس بر روی کربن فعال پودری تثبیت شد، خصوصیات نانوکامپوزیت حاصل با استفاده از آنالیزهای xrd، ftir و sem مطالعه شد. جهت افزایش کارائی نانوکامپوزیت تهیه شده، ابتدا نسبت مطلوب fe3o4:pac (powder activated carbon ) تعیین گردید و در آزمایش های بعدی از این نسبت استفاده شد. آزمایشات نشان داد که نانوکامپوزیت با نسبت2به1 ازpac و fe3o4 بهترین کارایی را داشت. به علاوه، تاثیر عوامل موثر در جذب سطحی مانند مقدار کامپوزیت مصرفی، دمای محلول، ph و زمان تماس کامپوزیت و غلظت آلاینده ماده رنگزای اسید آبی 193 از خانواده رنگهای آزومتال کمپلکس بررسی شد. نتایج نشان دادند که راندمان جذب سطحی رنگ با افزایش دما، phهای اسیدی و مقادیر نانوکامپوزیت بیشتر افزایش می یابد. به منظور ارزیابی کارایی نانوکامپوزیت تهیه شده، درصد جذب سطحی رنگ با استفاده از این نانوکامپوزیت با راندمان حاصل از مقادیر متناظر از اجزای سازنده آن مقایسه شد. نتایج نشان دادند که در شرایط آزمایشی یکسان راندمان جذب سطحی توسط نانوکامپوزیت fe3o4: pac (24/53%)، بیشتر از راندمان های حذف fe3o4 (38/36%) و کمتر از راندمان حذف pac (45/78%) می باشد. علاوه بر آن، سینتیک واکنش جذب سطحی در شرایط دمایی مختلف ( oc 26 و oc 40)، ph مختلف (3، 5، 7و9) و مقادیر جاذب مختلف (03/0، 05/0وg 1/0) بررسی شد. نتایج نشان می دهند که در همه موارد، مدل سینتیکی از نوع مدل سینتیکی درجه دوم پیروی می کند. همچنین، جذب سطحی ماده رنگزای اسید آبی 193توسط نانوکامپوزیت fe3o4 : pac، با استفاده از روش رویه ی پاسخ مدل سازی و بهینه سازی شده و اثر پارامتر های دما، ph محلول رنگ، مقدار نانوکامپوزیت به کار رفته و زمان تماس بر روی راندمان حذف مطالعه شد. شرایط بهینه بدست آمده برای این پارامتر ها به ترتیب برابر باoc40، 3 ph=، g05/0، min 75 بود. با بررسی ایزوترم جذب سطحی کامپوزیت وکربن فعال خالص نشان داده شدکه هر دو از مدل ایزوترمی لانگمویر پیروی می کنند و حضور نانو ذرات مگنتیت در سطح کربن فعال تاثیری در نوع ایزوترم جذب ندارد. همچنین تاثیرافزایشph در واجذب محلول رنگ از سطح کامپوزیت fe3o4 :pac با اضافه کردن ml 100 محلول 2/0 مولار از سدیم هیدروکسید بررسی شد. نتایج بدست آمده حاکی از این است که افزایش ph کارایی خوبی در واجذب رنگ از سطح کامپوزیت دارد.

در این کار پژوهشی نانوذرات لپیدوکروسیت (γ-feooh) با استفاده از سولفات آهن (ii) بعنوان پیش ماده سنتز شدند و اثر مقدار پیش ماده و زمان سنتز بر روی اندازه ذرات سنتز شده بررسی گردید. با کاهش زمان و مقدار پیش ماده اندازه ذرات سنتز شده کوچکتر شد. مشخصات ساختاری نانوذرات سنتز شده توسط پراش اشعه x (xrd)، میکروسکوپ الکترونی عبوری (tem)، مادون قرمز تبدیل فوریه (ftir)، جذب سطحی نیتروژن و ph نقطه بدون بار (phzpc) شناسایی شد. آنالیزهای tem، xrd و ftir تایید کننده سنتز نانوذرات لپیدوکروسیت بودند. مساحت سطح و phzpc ذرات سنتر شده به ترتیب برابر m2 g-1 68/1 و 4/8 بودند. امکان استفاده از لپیدوکروسیت سنتز شده در فرآیند جذب سطحی بررسی شد. ترکیب رنگزای متال کمپلکس لاناکرون قهوه ای اس- جی ال (lbs-gl) بعنوان آلاینده مدل انتخاب گردید. اثر مقدار لپیدوکروسیت، ph، دما و زمان تماس بین جاذب و جذب شونده بر روی فرآیند جذب سطحی با استفاده از روش رویه پاسخ (rsm) بررسی شد و فرآیند بهینه سازی و مدلسازی گردید. مقدار نانوذرات لپیدوکروسیت، ph، دما و زمان تماس به ترتیب g 0/015، 3/5، oc 38 و min 100 بعنوان سطوح بهینه شناسایی شدند. مدل های ایزوترمی و سینتیکی فرآیند جذب سطحی در شرایط بهینه تعین شدند. نتایج ایزوترمی جذب سطحی تطابق بیشتری با مدل لانگمویر داشت و بیشینه ظرفیت جذب سطحی بر اساس این مدل برابر mg g-528/211 بود. فرآیند جذب سطحی از مدل سینتیکی شبه درجه دوم تبعیت کرد. علاوه بر این اثر ph بر روی واجذب lbs-gl بررسی شد. راندمان واجذب lbs-gl در phهای بالا قابل توجه بود. این مطالعه حاکی از ظرفیت زیاد جذب و واجذب نانولپیدوکروسیت در حذف lbs-gl می باشد. همچنین افزایش ph یک روش خوب برای احیای لپیدوکروسیت مصرف شده است که مصرف صنعتی این ترکیب را تسهیل می نماید. قابلیت فتوکاتالیستی نانوذرات لپیدوکروسیت بررسی شد. برای این منظور حذف آلاینده آموکسی سیلین (amx) توسط فرآیند γ-feooh/h2o2/uv بعنوان فرآیند شبه فتو فنتون مورد بررسی قرار گرفت و با روش rsm بهینه سازی شد. شرایط بهینه عبارتند از غلظت اولیه amx برابر با mg l-1 10 و غلظت اولیهh2o2 برابر با mm 1/76 در ph 2 تحت تابش اشعه ماوراء بنفش به مدت min 120. یک مدل سینتیکی جدید بر اساس مکانیسم کلی فرآیند شبه فتون فنتون برای تخریب amx پیشنهاد گردید. بر اساس این مدل، ثابت سرعت واکنش بین amx و رادیکال هیدروکسیل برابر m-1s-1 4/55×105 می باشد. در نهایت نانولپیدوکروسیت فعالیت کاتالیزوری خوبی حتی پس از چهار چرخه تخریب پشت سر هم amx از خود نشان داد. در آخرین بخش از این کار، نانوذرات لپیدوکروسیت در سطح کربن فعال گرانولی تثبیت شده و استفاده از کامپوزیت کربن فعال-نانولپیدوکروسیت (γ-feooh-gac) در رنگزدایی فاضلاب نساجی حاوی راکتیو نارنجی 29 (ro29) در حضور h2o2 و تابش uv مورد بررسی قرار گرفت. این فرآیند در یک راکتور پیوسته همزن دار انجام شد. اثر نرخ جریان فاضلاب، غلظت h2o2 و ph در فرآیند رنگزدائی با استفاده از rsm مورد مطالعه قرار گرفت. شرایط بهینه دبی جریان ml min-1 1/98، غلظت h2o2 برابر با mm 3/25 و ph اولیه برابر 1/98 بود. مقایسه توانایی فرآیند γ-feooh-gac/h2o2/uv در شرایط مطلوب در رنگزدائی فاضلاب با فرآیندهای uv، γ-feooh-gac/uv، γ-feooh-gac/h2o2،γ-feooh-gac ، h2o2/uv نشان داد که فرآیند γ-feooh-gac/h2o2/uv بسیار موثرتر از دیگر فرآیند های مورد بررسی است.

صنعت نساجی به علت مصرف مواد شیمیایی بسیار، یکی از آلوده کننده ها¬ی اصلی محیط زیست بشمار می¬رود. در این صنعت مقدار قابل توجهی آب مصرف می¬شود و به این ترتیب حجم زیادی پساب رنگی تولید می¬گردد که حاوی ترکیبات آلی سمی و مقاوم به تجزیه هستند. با توجه به خطرات زیست محیطی این مواد رنگی حذف این ترکیبات از آب آلوده ضروری می¬باشد. از میان روش¬های متنوع حذف آلاینده¬های رنگی، روش جذب سطحی جزو بهترین فرایند¬ها برای حذف مواد آلی و معدنی می¬باشد. مونت موریلونیت به عنوان یک جاذب، یکی از گزینه¬های مطلوب برای استفاده در تصفیه آبها یا پسابهای آلوده به مواد شیمیایی می¬باشد. تهیه و استفاده از نانو ذرات مونت موریلونیت به دلیل زیادتر شدن مساحت سطح این ذرات با کوچکتر شدن ابعاد آنها، باعث افزایش توانایی جذب سطحی آن می¬گردد. استفاده از نانو ذرات با وجود داشتن مزیت فوق با مشکل جداسازی این مواد همراه است. یکی از کارهایی که برای برطرف کردن این مشکل می توان انجام داد، تثبیت نانوذرات مگنتیت بر روی آنها می باشد. با تهیه کامپوزیت نانو ذرات مگنتیت- مونت موریلونیت امکان جداسازی ساده جاذب مورد استفاده توسط میدان مغناطیسی خارجی امکان پذیر می¬شود. در تحقیق حاضر سطح مونت موریلونیت به منظور افزایش سطح ویژه و تخلخل ابتدا با اسید سولفوریک اصلاح شد و نانو ذرات مگنتیت به منظور جداسازی راحت و آسان جاذب مونت موریلونیت از محلول آبی بر روی آن تثبیت شدند، خصوصیات نانوکامپوزیت حاصل با استفاده از آنالیزهایftir، xrd و sem مطالعه شد. جهت تعیین کامپوزیت بهینه، نسبت های مختلفی از کامپوزیت m/mmt (1/1، 2/1، 3/1، 4/1) سنتزشد وکامپوزیت با نسبت 2/1 به عنوان کامپوزیت بهینه در تمامی مراحل آزمایش استفاده شد. در نهایت حذف آلاینده¬ رنگزای اسیدسیاه 168 از محلول آبی آن با نانوکامپوزیت فوق انجام شد و تاثیر عوامل موثر در این جذب سطحی مانند مقدار کامپوزیت مصرفی، دمای محلول، ph و زمان تماس کامپوزیت با ماده رنگزای اسید¬سیاه 168بررسی شد. نتایج نشان داد که راندمان جذب¬سطحی رنگ با افزایش دما، کاهش ph و در مقادیر نانوکامپوزیت بیشتر افزایش می¬یابد. همچنین، جذب¬سطحی ماده رنگزای اسید¬سیاه168توسط نانوکامپوزیت fe3o4 : mmt، با استفاده از روش رویه¬ی پاسخ مدل¬سازی و بهینه¬سازی شد، شرایط بهینه بدست آمده برای این پارامتر ها برابر با دمای oc40، 3 ph=، 1g/0m= و زمان تماس min 96 بود. سینتیک و ایزوترم واکنش جذب¬سطحی در شرایط بهینه دمایی، ph و مقدار جاذب بررسی شد. نتایج نشان داد که فرآیند جذب سطحی از مدل سینتیکی درجه ¬دوم و ایزوترم لانگمویر پیروی می¬کند.

چکیده: هدف از این کار پژوهشی رنگزدایی فوتوکاتالیزوری ماده رنگزای قرمز بازی46¬ توسط نانوکامپوزیت سزیم¬فسفومولیبدات/سدیم آلژینات می¬باشد. سزیم¬فسفومولیبدات نوعی ترکیب معدنی از دسته پلی-اکسومتالات¬ها می¬باشد که خاصیت فتوکاتالیستی دارد. سدیم¬آلژینات نیز نوعی بیوپلیمر زیست تخریب¬پذیر، از جنس پلی ساکارید خطی است که معمولاً از جلبک¬های دریایی قهوه¬ای استخراج می¬شود. در ابتدا نانو ذرات سزیم¬فسفومولیبدات سنتز شدند، سپس با روش تله¬اندازی در داخل بیوپلیمر سدیم آلژینات تثبیت گردیدند. جهت بررسی خصوصیات نانوذرات سنتزی و نانوکامپوزیت بدست آمده ازآنالیزهای xrd-ftir-fesem-edx-dls بهره گرفته شد و توسط معادله دبای- شرر اندازه ذرات سنتز شده در حدود 43 نانومتر تخمین زده شد که تصاویر fesem بدست آمده نیز این اندازه ذرات را تایید می¬کند. نتایج بدست آمده از آنالیز dls نشان می¬دهد که پتانسیل زتای نانوکامپوزیت مذکور در محیط آبی منفی می¬باشد به همین دلیل جهت رنگزدایی مواد¬ رنگزای کاتیونی مانند قرمز بازی 46 می¬توان از این نانوکامپوزیت بهره برد. در ادامه تاثیر پارامترهای عملیاتی موثر در رنگزدایی فوتوکاتالیستی مانند مقادیر نانوذرات سزیم فسفومولیبدات و سدیم آلژینات موجود در محلول بکار رفته برای تهیه نانوکامپوزیت ، ph اولیه محلول حاوی آلاینده رنگزا و غلظت آلاینده رنگزا توسط سری آزمایش¬های یکی در یک زمان مورد بررسی قرا گرفت، نتایج حاکی از آن بود که افزایش مقدار نانوذرات سزیم فسفومولیبدات موجود در محلول بکاررفته برای تهیه نانوکامپوزیت، کاهش مقدار سدیم¬آلژینات موجود در محلول بکار رفته برای تهیه نانوکامپوزیت ، افزایش ph محلول حاوی ماده رنگزا و کاهش غلظت ماده رنگزای قرمزبازی46، باعث افزایش راندمان رنگزدایی می¬شود. همچنین فرآیند رنگزدایی فوتوکاتالیستی ماده رنگزای قرمز بازی 46 توسط نانوکامپوزیت مذکور با استفاده از روش رویه پاسخ مدل¬سازی و بهینه¬سازی شده و اثر پارامترهای مذکور توسط این روش مورد بررسی قرار گرفت. شرایط بهینه به دست آمده برای این پارامترها شامل 3% وزنی سزیم فسفومولیبدات، 1% وزنی سدیم آلژینات و phمحلول برابر 10 بود که طی 90 دقیقه تابش درصد راندمان رنگزدایی به 95% رسید. آنالیز واریانس، ضریب همبستگی مناسبی را برای مدل پیشنهاد شده نشان داد (9101/0r2= و8830/0adjusted-r2=). کارایی و پایداری این نانوکامپوزیت، طی 8 بار شرکت متوالی در فرآیند رنگزدایی فوتوکاتالیستی مورد مطالعه قرار گرفت، بطوری که کارایی آن پس از 8 بار تکرار تغییر نکرد که این موضوع کارایی بالای این نانوکامپوزیت را در فرآیند رنگزدایی فوتوکاتالیستی و پایداری عالی آن را نشان می¬دهد. مطالعات سینتیکی رنگزدایی فوتوکاتالیستی ماده رنگزای قرمز بازی 46 در غلظت¬های مختلف ماده رنگزا، نشان داد که سرعت واکنش از مدل سینتیکی شبه مرتبه اول پیروی می کند. جهت بررسی میزان معدنی¬سازی ماده رنگزای قرمز46 توسط نانوکامپوزیت مذکور، از طیف¬سنجی ft-ir و بررسی تغییرات ماکزیمم طول موج جذب ماده رنگزا در حین فرآیند رنگزدایی بهره گرفته شد که نتایج بدست آمده، راندمان بالای فرآیند رنگزدایی فوتوکاتالیستی را تایید کرد. در انتهای این کار پژوهشی جهت بررسی مکانسیم رنگرزدایی توسط نانوکامپوزیت مذکور، از آنالیز gc-mass بهره گرفته شد. بدین صورت که ابتدا حدواسط¬ها و محصولات میانی طی فرآیند رنگزدایی، توسط این آنالیز شناسایی شد، سپس باتوجه آن¬ها یک مکانیسم رنگزدایی برای ماده رنگزای قرمزبازی 46 توسط نانوکامپوزیت فسفومولیبدات/سدیم آلژینات ارائه گردید.

کلاسترهای آنیونی فلز-اکسیژن، ترکیبات کئوردینانسی با بیش از دو اتم فلز بوده که از طریق تراکم نمکهای ساده بوجود می آیند. پلی اکسومتالاتها دسته ی بزرگی از این کلاسترها با اندازه های نانو می باشند که از طریق واکنشهای تراکمی-افزایشی ساده اکسوآنیونهای عناصر واسطه مانند w,mo,v تشکیل می شوند. یکی از مهمترین ویژگی های آنیون های پلی اکسومتالات توانایی آنها در پذیرش تعداد مختلف الکترون است. این ویژگی باعث شده است که این ترکیبات در اصلاح سطح الکترودها و تحقیقات الکتروکاتالیستی بسیار مورد توجه قرار گیرند. تاکنون در اغلب پژوهش های انجام شده از پلی اکسومتالات به عنوان فتوکاتالیزور استفاده شده است. یکی از معایب استفاده از کاتالیزورهای پودری مثل پلی اکسومتالات، مشکلات زیست محیطی ناشی از فیلتراسیون کاتالیزور می باشد. برای حل این مشکل، کاتالیزور را بر روی یک سطح تثبیت می کنند. پلی اکسومتالات تثبیت شده روی سطح، دارای سطح فعال کمتری خواهد بود که این امر باعث کاهش فعالیت فتوکاتالیزوری خواهد شد. بهترین راه جهت افزایش فعالیت فتوکاتالیزور، تثبیت آن بر روی سطح الکترود و اعمال پتانسیل الکتریکی به آن است. تا بحال روش فتوالکتروشیمیایی برای پلی اکسومتالات مورد استفاده قرار نگرفته است. هدف از انجام این پروژه اینست که ماده ی رنگزا به روش فتوالکتروشیمیایی و با استفاده از کاتالیزور پلی اکسومتالات تثبیت شده روی الکترود آند از محیط حذف گردد. در این پروژه سعی خواهد شد که الکترودهایی مانند آلومینیوم، کربن فعال و گرافیت مورد آزمایش قرار گیرند و مناسب ترین الکترود جهت تثبیت پلی اکسومتالات بر روی سطح آن و انجام مراحل بعدی پروژه انتخاب گردد. الکترود انتخاب شده که پلی اکسومتالات نیز بر روی سطح آن تثبیت شده است، به عنوان الکترود آند در سیستم الکتروشیمیایی بکار می رود و الکترودی از همان جنس به عنوان الکترود کاتد مورد استفاده قرار خواهد گرفت. اصلی ترین پارامتری که در این پروژه مورد بررسی قرار خواهد گرفت غلظت ماده ی رنگزا است که این کار بوسیله ی دستگاه اسپکتروفتومتر uv-vis انجام خواهد شد. انجام عمل تثبیت فتوکاتالیزور بر روی سطح الکترود نیز بوسیله ی آنالیز sem مورد بررسی قرار خواهد گرفت.

هدف از این کار پژوهشی حذف فتوالکتروکاتالیستی ماده رنگزای زرد راکتیو 39 ¬توسط الکترود اصلاح شده توسط فسفومولیبدیک¬اسید می¬باشد. ¬فسفومولیبدیک اسید نوعی ترکیب معدنی از دسته پلی-اکسومتالات¬ها می¬باشد که خاصیت فتوکاتالیستی و الکتروکاتالیستی دارد. فسفومولیبدیک اسید دارای خاصیت انتقال چندگانه الکترون می¬باشد که به منظور فعالیت الکتروشیمیایی کاربرد گسترده دارد. در این پایاننامه الکترود گرافیت توسط فسفومولیبدیک¬اسید با استفاده از روش خود افزایی لایه به لایه اصلاح شد. جهت بررسی خصوصیات الکترود اصلاح شده ازآنالیز های fesemو ولتامتری چرخه¬ای بهره گرفته شد. تصاویر fesem بدست آمده نشان داد ذرات فسفومولیبدیک ¬اسید به خوبی بر روی سطح الکترود تثبیت شده¬اند و همچنین اندازه ذرات تثبیت شده بر روی سطح گرافیت در مقیاس نانو(اغلب10نانومتر) بوده است. نتایج نمودار¬های ولتامتری چرخه¬ای نشان داد نانو ذرات تثبیت شده بر روی سطح الکترود دارای فعالیت الکتروشیمیایی خوبی می¬باشند و همچنین پایداری نانو ذرات بر روی بستر گرافیتی قابل قبول است. در ادامه تاثیر پارامترهای عملیاتی موثر در حذف فوتوالکتروکاتالیستی مانند مقادیر نانوذرات فسفومولیبدیک¬اسید مورد استفاده در هنگام تهیه الکترود، اختلاف پتانسیل اعمال شده به سیستم و ph محلول مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاکی از آن بود که افزایش مقدار اختلاف پتانسیل اعمالی و کاهش ph محلول باعث افزایش راندمان حذف می¬شودو همچنین مقدار مشخصی از کاتالیست (5/1گرم)، دارای بیشترین راندمان حذف بود. همچنین فرآیند حذف فوتوالکتروکاتالیستی ماده رنگزای راکتیو زرد 39 با استفاده از الکترود گرافیت اصلاح شده توسط فسفومولیبدیک اسید به روش رویه پاسخ مدل¬سازی و بهینه سازی شده و اثر پارامترهای مذکور توسط این روش نیز مورد بررسی قرار گرفت. شرایط بهینه به دست آمده برای این پارامترها شامل اختلاف پتانسیل 1 ولت، 5/1 گرم فتوکاتالیست مورد استفاده برای تهیه الکترود، و ph محلول برابر3 بود که طی 90 دقیقه درصد راندمان حذف به 95% رسید و آنالیز واریانس ضریب همبستگی مناسبی را برای مدل پیشنهاد شده نشان داد (7/93 r2= و 9/84 adjusted-r2=). مطالعات سینتیکی حذف فوتوالکتروکاتالیستی ماده رنگزای راکتیو زرد 39 در غلظت¬های مختلف ماده رنگزا، نشان می¬دهد که سرعت واکنش از مدل سینتیکی مرتبه اول پیروی می کند. در انتهای این کار پژوهشی جهت بررسی مکانسیم رنگزدایی توسط الکترود مذکور، از آنالیز gc-mass بهره گرفته شد و حدواسط¬ها و محصولات میانی طی فرآیند رنگزدایی، توسط این آنالیز شناسایی شد.

در بخش اول پروژه حاضر، فرآیند فتوالکتروشیمیایی با استفاده از کاتد نانولوله¬های کربنی-پلی تترافلوئورواتیلن (ptfe) و آند تیتانیم روتنیم اکسید (tiruo2) برای تخریب ماده رنگزای آبی مستقیم 129 مورد بررسی قرار گرفته است. در تهیه کاتد مذکور، نانولوله¬های کربنی با قطر داخلی nm 5-3، قطر خارجی nm 15-8 و دارای مساحت سطح ویژه m2/g 233، با استفاده از پلی تترافلوئورواتیلن بر روی ورق کربنی تثبیت و این امر با استفاده از آنالیز میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) و میکروسکوپ نیروی اتمی (afm) بررسی و تأیید گردید و برای محاسبه اندازه نانولوله¬های کربنی از میکروسکوپ الکترونی عبوری (tem) استفاده شد. برای افزایش کارائی تصفیه یا رنگ¬زدایی محلول¬های آبی، تلفیقی از فرآیند اکسایش فتوشیمیایی (uv/h2o2) و فرآیند اکسایش آندی با استفاده از الکترود تیتانیم روتنیم اکسید و الکترود حاوی نانولوله¬های کربنی در یک سیستم با جریان چرخشی استفاده شد. برای مقایسه کارائی فرآیندهای فوتولیز مستقیم، اکسایش الکتروشیمیایی و اکسایش فتوالکتروشیمیایی، راندمان تخریب آبی مستقیم 129 در شرایط عملیاتی یکسان توسط فرآیندهای مذکور بررسی گردید و نتایج نشان داد که بعد از گذشت مدت زمان 90 دقیقه از فرآیند 29/29% برای فرآیند فتولیز مستقیم، 19/37% برای فرآیند اکسایش الکتروشیمیایی و 03/92% برای فرآیند اکسایش فتوالکتروشیمیایی حذف ماده رنگزا صورت گرفته است. در نتیجه فرآیند اکسایش فتوالکتروشیمیایی بیشترین راندمان را دارد و از این فرآیند در تخریب آبی مستقیم 129 استفاده می¬شود. علاوه بر این، هم¬افزایی بالا 69/0 برای فرآیند فتوالکتروشیمیایی محاسبه شد که اثر تلفیقی بالای فرآیند¬ اکسایش فتوشیمیایی (uv/h2o2) و فرآیند اکسایش الکتروشیمیایی را نشان می¬دهد. انرژی الکتریکی مصرف شده در هر دوره به طور قابل توجهی از 60/121 برای فرآیند الکتروشیمیایی به kwh m-3 order-1 26/39 برای فرآیند فتوالکتروشیمیایی کاهش می¬یابد که 1/3 برابر کمتر می¬شود. این نتایج نیز نشان داد کاهش قابل توجهی در برق مورد نیاز توسط سیستم فتوالکتروشیمیایی تلفیقی صورت می¬گیرد. در ادامه، تأثیر پارامترهای عملیاتی مانند شدت جریان الکتریکی، ph اولیه محلول، غلظت اولیه ماده رنگزا، حضور و یا عدم حضور نور uv، شدت جریان حجمی پساب (flow)، در فرآیند تصفیه بررسی گردید. همچنین مقدار h2o2 تولید شده در سیستم الکتروشیمیایی مورد بررسی قرار گرفت و نتایج نشان داد که میزان تولید h2o2در سیستم الکتروشیمیایی در معرض نور uv کمتر از شرایط بدون uv است. ضریب همبستگی (r2) بالاتر از 99/0 در همه نمودارها نشان می¬دهد که فرآیند فتوالکتروشیمیایی از سینیتیک شبه مرتبه اول تبعیت می¬کند. سپس، تخریب و معدنی¬سازی ماده رنگزای آبی مستقیم 129 توسط فرآیند تلفیقی مذکور به وسیله اندازه¬گیری کل کربن آلی (toc) در شرایط بهینه، مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که 36/93% از toc پس از 360 دقیقه از فرآیند تصفیه حذف شد. حدواسط¬های تولید شده در جریان تخریب ماده¬ی رنگزای آبی مستقیم 129 با استفاده از روش کروماتوگرافی گازی- اسپکتروسکوپی جرمی (gc-ms) شناسایی شد. در قسمت بعدی این کار پژوهشی، برای بررسی تأثیر ساختار شیمیایی مواد رنگزا روی راندمان فرآیند اکسایش فتوالکتروشیمیایی، حذف هفده نوع ماده رنگزا با گروه¬های عاملی مختلف بررسی گردید. نتایج گزارش شده برای راندمان رنگزدایی هفده ماده رنگزا در شرایط بهینه (غلظت اولیه مواد رنگزا mg/l30، شدت جریان a2/0، دبی جریان l/h 10 و زمان انجام فرآیند min40) نشان می¬دهد که راندمان رنگزدایی آبی اسیدی 5 از گروه تری آریل متان بیشتر از مواد رنگزای دیگر و دارای بالاترین ثابت سرعت شبه مرتبه اول می¬باشد و آبی راکتیو 21 که از گروه فتالوسیانین است دارای کمترین ثابت سرعت و کمترین راندمان رنگزدایی است. همچنین نتایج به دست آمده نشان داد که در فرآیند اکسایش فتوالکتروشیمیایی حضور گروه¬های الکترون دهنده در ساختار ماده رنگزا سرعت واکنش را افزایش داده و در مقابل وجود گروه¬های الکترون کشنده سرعت واکنش را کاهش می¬دهد. بنابراین ساختار شیمیایی مواد رنگزای آلی تأثیر قابل ملاحظه¬ای بر راندمان رنگزدایی دارد.

از جمله روشهای تصفیه آب روش فوتوکاتالیزوری است که در این راستا، ترکیبات پلی اکسومتالات قابلیت فتوکاتالیزوری مناسبی در تصفیه آب از خود نشان می دهند. در این پروژه پلی اکسومتالات حاوی فلز تنگستن مورد استفاده قرار گرفت. ترکیبات پلی اکسومتالات حلالیت بالایی در محلولهای آبی دارند. به منظور امکان بازیابی و استفاده مجدد از این نانو ذرات برای اولین بار در این پروژه فیلم اپوکسی بر روی شیشه سندبلاست شده قرار داده شد سپس نانوذرات هتروپلی اکسومتالات برای اولین بار بر روی فیلم اپوکسی تثبیت شد. سپس کارایی سیستم فیلم اپوکسی/ pom برای تخریب ماده ی رنگزای yellow 4gl در راکتور ناپیوسته همزن دار بررسی گردید. اثر پارامترهای زمان، ph و غلظت اولیه ماده رنگزا در فرایند فتوکاتالیزوری مورد بررسی قرار گرفت و مدلسازی و بهینه سازی توسط تکنیک پاسخ سطح با در نظر گرفتن سه متغیر در پنج سطح انجام شد. حالت بهینه به صورت غلظت رنگ mg.l-1 10، زمان واکنش 300 دقیقه وph برابر 2 به دست آمد. پاسخ پیش بینی شده برای راندمان رنگزدایی در شرایط بهینه برابر با80/72% بدست آمد که تطابق خوبی با مقدار تجربی (50/71%) داشت. آنالیز واریانس و ضریب همبستگی مناسب بودن مدل پیشنهاد شده را نشان داد (939/0r2= و883/0adjusted-r2=). pom تثبیت شده برای تخریب ماده¬ی رنگزای yellow 4gl در شرایط بهینه 19 مرتبه مورد استفاده قرار گرفت و کاهش درصد راندمان حذف آلاینده 44/8% بود. یکی از مزایای قابل توجه این پروژه عدم شویش فتوکاتالیزور تثبیت بر روی فیلم اپوکسی طی استقاده¬های مکرر بود. کاهش اندک در راندمان رنگزدایی در استفاده¬های مکرر، پایداری pom در سطح فیلم اپوکسی را تایید می¬کند بنابراین نانوفتوکاتالیزور تثبیت شده می¬تواند به طور مکرر برای رنگزدایی استفاده شود. سینتیک فرایند رنگزدایی توسط فوتوکاتالیزور فوق در غلظتهای مختلف آلاینده بررسی شد و مدلهای سینتیکی شبه درجه صفر، اول و دوم مورد بررسی قرار گرفت نتایج تطبیق خوبی با سینتیک شبه درجه اول را نشان داد.

روش های شیمیایی سنتز نانوساختارهای مگنتیت به دلیل هزینه ی بالای مواد اولیه، موجب محدودیت استفاده گسترده از آنها می شود. بنابراین، در کار پژوهشی حاضر میکروذرات مگنتیت طبیعی توسط فرآوری پلاسما به روش تخلیه تابان با گاز نیتروژن به نانوساختارهای مگنتیت تبدیل گردید تا به عنوان کاتالیست در فرآیند فنتون هتروژن استفاده گردد. برای تعیین مشخصات مگنتیت طبیعی و نانوساختار از آنالیزهایxrd ،bet ،ft-ir و تصاویر sem استفاده گردید. نتایج آنالیزهای انجام شده نشان دادند که ساختار کریستالی مگنتیت در برابر پلاسما پایدار بوده است، اما مساحت ویژه و مورفولوژی نانوساختارهای مگنتیت تحت فرآوری پلاسما در مقایسه با مگنتیت طبیعی تغییر کرده است. نتایج xrd نشان داد که اندازه ی ذرات مگنتیت طبیعی پس از فرآوری پلاسما کاهش یافته است. همچنین داده های به دست آمده از آنالیز bet نشان داد که سطح ویژه از m2/g 65/7 در مگنتیت طبیعی به m2/g82/9 در نانوساختارهای مگنتیت افزایش یافته است. نتایج حاصل از آنالیز sem تایید کرد که ذرات مگنتیت طبیعی که دارای سطح صاف است به نانوساختارهای مربوطه با میانگین پهنای 70-40 نانومتر و طول 300-100 نانومتر تبدیل شده است. با توجه به اینکه پساب صنایع نساجی معمولاً شامل مخلوط چندین آلاینده ی رنگزا مختلف می باشد، لزوم حذف مخلوط آلاینده ها ضروری به نظر می رسد. لذا در پروژه حاضر حذف مخلوطی از آلاینده های مواد رنگزای آبی بازی 3، قرمز بازی 46 و سبز مالاشیت توسط فرآیند فنتون هتروژن با استفاده از نانوساختارهای مگنتیت فرآوری شده با پلاسما بررسی گردید. بدلیل همپوشانی طیف جذبی این مواد رنگزا و عدم امکان اندازه گیری همزمان آنها با روش کالیبراسیون تک متغیره، از روش تفکیک چند متغیره-حداقل مربعات متناوب (mcr-als) برای اندازه گیری همزمان غلظت هر کدام از مواد رنگزا در مخلوط های مربوطه استفاده گردید. پس از اجرای روش مذکور پروفایل-های غلظتی و طیفی گونه های موجود در محلول بدست آمد. در ادامه از روش rsm برای مدلسازی و بهینه سازی فرآیند فنتون هتروژن استفاده شد و تأثیرات منفرد و متقابل متغیرهای مستقل فرآیند بر روی متغیر پاسخ (راندمان حذف) بررسی گردید. مقادیر r2 بدست آمده (945/0،817/0 و 839/0 به ترتیب برای آبی بازی 3، قرمز بازی 46 و سبز مالاشیت) توانایی مدل حاصل را برای مدلسازی حذف همزمان مخلوط آلاینده های مذکور با استفاده از فرآیند فنتون هتروژن نشان داد. مقادیر بهینه حاصل شده برای غلظت اولیه هر سه ماده ی رنگزا، غلظت اولیه هیدروژن پراکسید و زمان انجام واکنش به ترتیب برابر mg/l 5/3، mmol/l 3 و 120 دقیقه می باشد.

در این کار پژوهشی به منظور بررسی و معرفی روشی موثر با قابلیت بالا برای تصفیه پسابهای حاوی آلاینده های شیمیایی، اهداف زیر دنبال می گردند: 1- تهیه کربن فعال در ابعاد نسبتاً بزرگ و به صورت یکپارچه با هدایت الکتریکی مناسب و قابلیت جذب سطحی بالا با استفاده از یک روش ساده از پیش ماده ارزان قیمت و در دسترس. 2- استفاده از کربن فعال صفحه ای تهیه شده به عنوان الکترود در فرآیند جذب سطحی الکتریکی به منظور رفع محدودیتهای مربوط به فرآیند جذب سطحی در تصفیه پساب رنگرزی. 3- تثبیت نانو ذرات tio2 به عنوان فتوکاتالیست بر روی الکترود کربن فعال صفحه ای و تهیه یک نانوکامپوزیت پایدار و بررسی امکان تقویت فرآیند جذب سطحی و تخریب فتوکاتالیستی به طور همزمان با اعمال پتانسیل ثابت بر روی کامپوزیت تهیه شده تحت تابش نور uv. 4- تثبیت همزمان نانو ذرات tio2 و ?-fe2o3 بر روی الکترود کربن فعال صفحه ای و تهیه یک نانوکامپوزیت پایدار و بررسی امکان تقویت فرآیند جذب سطحی و تخریب فتوکاتالیستی به طور همزمان با اعمال پتانسیل ثابت بر روی کامپوزیت تهیه شده تحت تابش نور مرئی. 5- تقویت فرآیند جذب سطحی و تخریب فتوکاتالیستی به طور همزمان با اعمال پتانسیل ثابت بر روی کامپوزیت تهیه شده از مرحله قبل با استفاده از اکسید کننده های معدنی موجود در محلول تحت تابش نور مرئی.

در پروژه ی حاضر از روش سونوشیمیایی جهت سنتز نانوذرات zno خالص و zno دوپه شده با لانتانیدهای نئودایمیم (nd)، اربیم (er)، هولمیم (ho) و ساماریم (sm) بهره گرفته شد. نانوذرات سنتز شده با آنالیز های میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem)، میکروسکوپ الکترونی عبوری (tem)، پراش اشعه ایکس (xrd) و اسپکتروسکوپی فوتوالکترون اشعه ایکس (xps) بررسی گردید. با توجه به تصاویر sem، نانوذرات zno دوپه شده در مقایسه با نانوذرات zno خالص سنتز شده مورفولوژی یکنواخت تری را نشان می دهد. میانگین اندازه نانوذرات zno دوپه شده با لانتانیدها 60-40 نانومتر به دست آمد. از مقایسه ی طیف xrd zno دوپه شده با لانتانیدها با طیف xrd zno خالص هیچ پیک جدیدی مربوط به اکسید لانتانیدها یا دیگر ناخالصی ها مشاهده نگردید. این نتایج جایگزینی موفقیت آمیز یون های لانتانید بجای zn2+ در ساختار کریستالی zno را نشان می دهد. آنالیز xps نیز نتایج حاصل از آنالیز xrd را تایید می کند. در ادامه کار از نانوذرات zno دوپه شده با لانتانیدها جهت رنگزدایی مواد رنگزای راکتیو اورانژ 29 و آبی اسیدی 92 بهره گرفته شد. تأثیر پارامترهای عملیاتی مانند غلظت اولیه ی ماده ی رنگزا، غلظت کاتالیزور، درصد بهینه دوپانت و توان حمام اولتراسونیک مورد بررسی قرار گرفت. برای مثال شرایط عملیاتی مناسب به دست آمده طی فرآیند رنگزدایی سونوکاتالیزوری راکتیو اورانژ 29 در حضور zno دوپه شده با er برای متغیرهای غلظت راکتیو اورانژ 29، غلظت کاتالیزور، درصد دوپانت و توان حمام اولتراسونیک به ترتیب mg/l 10، g/l 1، 4% و w 150 می باشد. راندمان رنگزدایی راکتیو اورانژ 29 در شرایط عملیاتی مناسب 09/88% به دست آمد. همچنین تأثیر بازدارنده های رادیکالی (شامل سدیم کلرید، سدیم سولفات، سدیم کربنات و ترشیوبوتانول) و اکسیدکننده های شیمیایی (شامل هیدروژن پراکسید و پتاسیم پراکسی دی سولفات) بر راندمان رنگزدایی سونوکاتالیزوری مواد رنگزا ارزیابی گردید. تکرارپذیری کاتالیزورها در شرایط عملیاتی مناسب ارزیابی گردید، نتایج حاصل از 4 مرتبه آزمایش تکرار پذیری نشان می دهد که کاتالیزورهای سنتز شده دارای قابلیت تکرارپذیری بالایی می باشند. از آنالیز gc-ms جهت شناسایی محصولات حدواسط در طی رنگزدایی سونوکاتالیزوری راکتیو اورانژ29 و آبی اسیدی 92 استفاده گردید. در نهایت، مدلسازی سینتیکی رنگزدایی سونوکاتالیزوری مواد رنگزا در حضور نانوذرات zno دوپه شده با لانتانیدها با استفاده از روش رگرسیون غیر خطی انجام گرفت. نتایج نشان می دهد که داده های تجربی با داده های حاصل از مدل قابل مقایسه بوده و ضریب همبستگی در تمامی موارد بزرگتر از 99/0 می باشد.

آلاینده های دارویی از جمله آلاینده های نوظهور می باشند که از بین روش های تصفیه ی متداول، ازوناسیون کاتالیستی ناهمگن بعنوان یک روش تصفیه موثر جهت حذف این آلاینده ها بکار می رود.. در بخش اول کار پژوهشی حاضر از میکروذرات زئولیت طبیعی (کلینوپتیلولیت) بعنوان کاتالیست فرآیند ازوناسیون کاتالیستی ناهمگن استفاده گردید. ویژگی های فیزیکی و شیمیایی نمونه بطور کامل با استفاده از آنالیزهای sem، edx، xrd و ft-ir بررسی گردید. تصاویر sem، ساختار زبر، غیر یکنواخت نمونه کلینوپتیلولیت طبیعی را در مقیاس میکرو تایید نمود. در ادامه تاثیر پارامترهای عملیاتی موثر (غلظت کاتالیست مصرفی، دبی گاز ازون ورودی، ph و غلظت آلاینده) بر راندمان تخریب آلاینده ی دارویی نالیدیکسیک اسید بوسیله فرآیند ازوناسیون کاتالیستی ناهمگن در حضور میکروذرات کلینوپتیلولیت طبیعی بررسی گردید. نتایج حاصل شده، کارایی بالای فرآیند ازوناسیون کاتالیستی ناهمگن را در تخریب موثر آلاینده نسبت به سایر فرآیندها تایید نمود. محصولات میانی تولیدی در طی فرآیند، با آنالیز gc-ms شناسایی شده و در نهایت سمیت آن ها با استفاده از نمونه ی گیاهی polyrrhiza spirodela مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است. در قسمت دوم کار پژوهشی حاضر به منظور افزایش کارایی کاتالیست مورد استفاده، از تکنیک پلاسمای تخلیه ی تابان جهت تولید نانومیله های مربوطه استفاده شد. با استفاده از این تکنیک، مورفولوژی کلینوپتیلولیت طبیعی به نانومیله های کلینوپتیلولیت تغییر یافت. مشخصات کاتالیست حاصل شده با آنالیزهای sem، edx، xrd، ft-ir و bet بررسی گردید. نتایج آنالیز sem نشان داد که مورفولوژی میکروذرات کلینوپتیلولیت طبیعی به نانومیله های کلینوپتیلولیت تغییر یافته است. آنالیز bet نیز افزایش بسیار چشمگیر سطح فعال کاتالیست را به اثبات رساند. تاثیر پارامترهای عملیاتی مذکور برای ازوناسیون کاتالیستی ناهمگن در حضور نانومیله های کلینوپتیلولیت مطالعه گردید. نتایج افزایش قابل توجه راندمان حذف آلاینده ی دارویی نالیدیکسیک اسید (در حدود 91%) را در این فرآیند نشان داده است. همچنین بمنظور شناسایی حدواسط های تولید شده در فرآیند تخریب از آنالیز gc-ms و بمنظور مطالعه ی سمیت محصولات میانی از نمونه ی گیاهیlemna. minor بهره گرفته شد. در بخش سوم و پایانی کار پژوهشی، سینتیک فرآیند با استفاده از سه روش مدلسازی سینتیکی، مدلسازی تجربی بر پایه ی آنالیز رگرسیون غیرخطی و مدلسازی با شبکه ی عصبی مصنوعی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج بدست آمده حاکی از موفقیت بالای هر سه مدل در مدلسازی فرآیند ازوناسیون کاتالیستی ناهمگن جهت تخریب آلاینده ی دارویی نالیدیکسیک اسید را دارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.