تجزیه فتوکاتالیستی رنگ آزوی قرمز بازیک 46 با استفاده از فرایند ZrO2/UV غنی شده با کربن فعال

نوع مقاله: مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی شهید نیکبخت، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران

2 گروه مهندسی شیمی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه ایلام، ایران

3 گروه مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی اصفهان، ایران

4 استادیار، گروه مهندسی شیمی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه ایلام، ایلام، ایران

5 گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی مکانیک و هوانوردی، دانشگاه کلارکسون، نیویورک، آمریکا

چکیده

رنگزاهای صنعتی کاربردهای زیادی در صنایع مختلف مانند نساجی، کاغذسازی و آرایشی داشته و عامل اصلی آلودگی محیط زیست نیز محسوب می‌شوند. استفاده از روش‌های مناسب زیست سازگار به منظور حذف این آلاینده ها ضروری است. اخیراً فرایندهای اکسیداسیون پیشرفته، بر پایه اجزای بسیار فعال و واکنش‌پذیر مانند رادیکال هیدروکسیل برای حذف پساب‌های رنگزا مورد توجه قرار گرفته است. در این مطالعه، کارایی فرایند فتوکاتالیستی نانو ذرات اکسید زیرکونیای غنی شده با کربن فعال در حذف آلاینده کاتیونی BR46 مورد بررسی قرار می‌گیرد. تجزیه فتوکاتالیستی رنگ آزو BR46 بصورت تابعی از pH (11-3)، غلظت‌های اولیه رنگ (mg/L 25 - 5)، میزان کاتالیست بارگذاری شده (g/L 18/0 - 03/0) و توان‌های مصرفی لامپ UV(W 18-9) در راکتور استوانه ای شیشه‌ای از جنس پیریکس به ارتفاع 460 میلی متر و حجم 1 لیتر مورد مطالعه قرار می‌گیرد. بیشترین راندمان حذف پساب توسط فرایند UV/ZrO2-C در زمان ماند 2 ساعت ودر شرایط: 11pH =، (g/L) 15 = غلظت اولیه رنگ، (mg/L)15/0 = میزان کاتالیزور، و توان مصرفی لامپ 18 وات به میزان 17/98 % بدست می‌آید. رنگزدایی BR46 از معادله سینتیکی شبه درجه اول مطابق با مدل لانگمیر-هینشلوود (mg/ Lmin 135/1kr= و (L/mg) 0124/0ke=) پیروی می‌کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Photocatalytic Degradation of Basic Red 46 Azo Dye using Activated Carbon-doped ZrO2/UV Process

نویسندگان [English]

  • Naimeh Setarehshenas 1
  • Seyyed Hossein Hosseini 2
  • Mohsen Nasr Esfahany 3
  • Mohsen Mansouri 4
  • Goodarz Ahmadi 5
1 Department of Chemical Engineering, Faculty of Engineering, University of Sistan and Baluchestan, Zahedan, Iarn
2 Department of Chemical Engineering, Faculty of Engineering, Ilam University, Ilam, Iarn
3 Department of Chemical Engineering, Faculty of Chemical Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iarn
4 Assistant professor of Chemical Engineering, Department of Chemical Engineering, Faculty of Engineering, Ilam University, Ilam, Iran
5 Department of Mechanical and Aeronautical Engineering, School of Engineering, Clarkson University, NY, USA
چکیده [English]

Dyes are complex organic compounds, which are widely used in textile, paper, and cosmetics industries. Dyes are also known environmental pollutants that must be removed to maintain environmentally friendly processes. For this purpose the use of advanced oxidation processes with use of highly active compounds such as hydroxyl radicals was proposed. In this study the photocatalytic degradation of BR46 cationic dye with the use of activated carbon-doped ZrO2 nanoparticle was investigated. Parametric study was performed for a range of pH (3–11), initial dye concentration (5-25 mg/ L), catalyst loading (0.03–0.18 g/ L), and UV lamp power (9-18 W). All testing were done in the 1 L cylindrical pyrex reactor with the height of 460 mm. The maximum removal efficiency of dye of 98.17% was observed for pH=11, initial concentration of dye = 15 (mg/L), catalyst loading= 0.15 (g/L) and UV lamp power = 18 W for a retention time of 120 min. The decolorization of BR46 followed the pseudo-first-order kinetic according to the Langmuir–Hinshelwood model (with kr = 1.135 mg/ L min, ke = 0.0124 L/ mg).

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nanoparticles
  • Activated carbon-doped ZrO2
  • Photocatalytic process
  • Basic red 46
[1] H. Sudrajat, S. Babel, H. Sakai, S. Takizawa, J. Environ. Manage. 165 (2016) 224.

[2] J. W. Lee, S. P. Choi, R. Thiruvenkatachari, W.G. Shim, H. Moon, Dyes Pigm. 69 (2006) 196.

[3] B.Gözmen, M.Turabik, A.Hesenov, J. Hazard. Mater. 164 (2009) 1487,.

[4] M. G. Alalm, S.Ookawara, D.Fukushi, A.Sato, A.Tawfik, J. Hazard. Mater. 302 (2016) 225.

[5] J. A. Navio, M. C. Hidalgo, G. Colon, S. G. Botta, M. I. Litter, Langmuir. 17 (2001) 202.

[6] S. G. Botta, J. A. Navio, M. C. Hidalgo, G. M. Restrepo,; M. I. Litter, J. Photochem. Photobiol. A Chem. 129 (1999) 89.

[7] T. Sreethawong, S. Ngamsinlapasathian, S. Yoshikawa, Chem. Eng. J. 228 (2013) 256.

[8] A. B. Nawale, N. S. Kanhe, S. V. Bhoraskar, V. L. Mathe, A. K. Das, Mater. Res. Bulletin. 47 (2012) 3432.

[9] J. Zhao, X. Wang, L. Zhang, X. Hou, Y. Li, C. Tang, J. Hazard. Mater. 188 (2011) 231.

[10] W. Jiang, J. He, J. Zhong, J. Lu, S. Yuan, B. Liang, Appl. Surf. Sci. 307 (2014) 407.

[11] Z. Shu, X. Jiao, D. Chen, Cryst. Eng. Comm. 15 (2013) 4288.

[12] S. Chakrabarti and  B. K. Dutta, J. Hazard. Mater. 112 (2004) 269.

[13] N. M. Mahmoodi, M. Arami, N. Y. Limaee, N. S. Tabrizi, J. Colloid Interface Sci. 295 (2006) 159.

[14] F. Shahrezaei, Y. Mansouri, A. A. Lorestani Zinatizadeh, A. Akhbari, Powder Technol. 221 (2012) 203.

[15] A. R. Khataee, Environ. Technol. 30 (2009) 1155.

[16] N. Daneshvar, D. Salari, A. R. Khataee, J. Photochem. Photobiol. A Chem. 157 (2003) 111.

[17] فیروزی، مهزاد; نوری، آزیتا; نوزاد‌گلی‌کند، احمد، مجله شیمی کاربردی، شماره 42 (1396) ص 23.

[18] امانی‌قدیم، علیرضا; سیددراجی، میر سعید; لطفی‌حیاتی، خلیل، مجله شیمی کاربردی، شماره 44 (1396) ص55.

[19] A. R. Khataee and H. R. Khataee, J. Environ. Sci. Health B. 43 (2008) 562.

[20] M. H. Habibi and H. Vosooghian, J. Photochem. Photobiol. A Chem. 174 (2005) 45.

[21] M. Khaksar, M. Amini, D. M. Boghaei, K. H. Chae, S. Gautam, Catal. Commun. 72 (2015) 1.