بررسی تجربی فرآیند اکسیداسیون واکنشگر فنتون/ فراصوت بر ثابت نرخ تخریب p-نیتروفنول

نوع مقاله : مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه سمنان/ دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز

2 دانشگاه سمنان، دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز/ عضو هیات علمی

چکیده

هدف اصلی این پژوهش بررسی اثربخشی ترکیب روش فنتون و سونوشیمی با فرکانس بالا برای تصفیه پساب شامل p- نیتروفنول (PNP) به عنوان ماده آلاینده است. این روش‌ها برای تخریب PNP در سیستم ناپیوسته تحت شرایط عملیاتی مختلف بر اساس فرآیند افراصوت، فنتون، فراصوت/ پروکسید هیدروژن و فرآیند فراصوت / فنتون مورد استفاده قرار گرفته اند. این راکتور شامل شش ترنسدیوسر فراصوت با فرکانس 7/1 مگاهرتز بود. سه ترنسدیوسر در کف و سه ترنسدیوسر دیگر در دیواره رآکتور قرار داشتند. نتایج نشان داد که تجزیه PNP از واکنش شبه درجه اول تبعیت می کند. ثابت نرخ تخریب برای پارامترهای عملیاتی مختلف شامل pH، توان الکتریکی ورودی به ترنسدیوسرها و غلظت و حجم های مختلف H2O2 و FeSO4 تعیین شد. در شرایط بهینه، بیشترین میزان تخریب PNP برای ترکیب فراصوت و واکنش فنتون (min-1 166/0) با ضریب هم افزایی 165/1 بدست آمد. اولویت های بعدی مربوط به فنتون، فراصوت/ پراکسید هیدروژن و فراصوت با ثابت نرخ تخریب min-1 137/0، 0107/0 و 0055/0 بود. بنابراین فرآیند فراصوت / فنتون دارای بالاترین توانایی برای تخریب PNP بود، زیرا فراصوت می تواند واکنش فنتون را برای تولید رادیکال های هیدروکسیل تشدید کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Experimental investigation of ultrasound/ Fenton’s reagent oxidation process on the degradation rate constant of p- nitrophenol

نویسندگان [English]

  • Mohammad Kazemi 1
  • Mahdieh Abolhasani 2
1 Faculty of Chemical, Petroleum and Gas Engineering, Semnan University, Semnan, Iran
2 Faculty of Chemical, Petroleum and Gas Engineering, Semnan University, Semnan, Iran
چکیده [English]

The main objective of the present work is the investigation of the efficacy of a combination of Fenton chemistry and high-frequency sonochemistry for wastewater treatment, including p-nitrophenol (PNP) as a model pollutant. These methods have been used to degrade PNP in a batch system under different operating conditions based on ultrasound process, Fenton reaction, ultrasound/hydrogen peroxide, and ultrasound/Fenton process. The reactor consisted of six ultrasonic transducers with a frequency of 1.7 MHz. Three transducers were located in the bottom, and the other three were embedded in the wall of the reactor. The results showed that the PNP decomposition follows a pseudo-first-order reaction. The degradation rate constant was determined for various operating parameters including pH, input electric power to transducers, and concentrations and volumes of H2O2 and FeSO4. In optimum conditions, the highest PNP degradation rate constant was obtained for the combination of 1.7 MHz ultrasound and Fenton reaction (0.166 min-1 ) with a synergistic coefficient of 1.165. Next priorities were related to Fenton, ultrasound/hydrogen peroxide and ultrasound with degradation rate constant of 0.137, 0.0107, and 0.005 min-1, respectively. Therefore, the ultrasound/Fenton process had the highest ability to degrade PNP, because ultrasound could intensify Fenton reaction to produce more hydroxyl radicals.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Ultrasound waves
  • Fenton reaction
  • P- nitrophenol degradation
  • Synergetic effect
  • Hydrogen peroxide

مراجع

[1] D. Zhao，C. Ding，C. Wu, X. Xu, Enrgy. Proced. 16 (2012) 146.
[2] M. Sivakumar, P. A. Tatake, A. B. Pandit, Chem. Eng. J. 85 (2002) 327.
[3] M. Khavarpour, G. Najafpour Darzi, S. F. Seyedtabar, S. M. Vahdat, J. Applied Chem. 9 (2015) 11.
[4] M. W. Chang, T.- S. Chen, J.- M. Chern, Ind. Eng. Chem. Res. 47 (22) (2008) 8533.
[5] T. Lesko, A. J. Colussi, M. R. Hoffmann, Environ. Sci. Technol. 40 (21) (2006) 6818.
[6] M. A. Oturan, J. Peiroten, P. Chartrin, A. J. Acher, Environ. Sci. Technol. 34 (16) (2000) 3474.
[7] M. Rahimi, M. Dehbani, M. Abolhasani, Int. Commun. Heat Mass. 39 (2012) 720.
[8] M. Legay, N. Gondrexon, S. Le Person, P. Boldo, A. Bontemps, Int. J. Chem. Eng. (2011), Article ID 670108.
[9] M. Abolhasani, A. Karami, M. Rahimi, Numer. Heat Tr. A-Appl. 67 (2015) 1282.
[10] M. Abolhasani, M. Rahimi, M. Dehbani, A.A. Alsairafi, Numer. Heat Tr. A-Appl. 62 (2012) 822.
[11] A. A. Pradhan, P. R. Gogate, J. Hazard. Mater. 173 (2010) 517.
[12] Z. Guo, Z. Zheng, S. Zheng, W. Hu, R. Feng, Ultrason. Sonochem. 12 (2005) 461.
[13] S. H. Lin, C. C. Lo, Water Res. 31 (1997) 2050.
[14] Y. W. Kang, K. Y. Hwang, Water Res. 34 (2000) 2786.
[15] E. Neyens, J. Baeyens, J. Hazard. Mater. 98 (2003) 33.
[16] E. Chamarro, A. Marco, S. Esplugas, Water Res. 35 (2001) 1047.
[17] E. M. Siedlecka, P. Stepnowski, Pol. J. Environ. Stud. 14 (6) (2005.) 823.
[18] M. S. Yalfani, S. Contreras, F. Medina, J. Sueiras, Appl. Catal. B: Environ. 89 (2009) 519.
[19] C. Jiang, S. Pang, F. Ouyang, J. Ma, J. Jiang, J. Hazard. Mater. 174 (2010) 813.
[20] C. S. D. Rodrigues, R. A. C. Borges, V. N. Lima, L. M. Madeira, J. Environ. Manage. 206 (2018) 774.
[21] K. Shang, W. Li, X. Wang, N. Lu, N. Jiang, J. Li, Y. Wu, Sep. Purifi. Technol. 218 (2019) 106.
[22] D. Ghime, P. Ghosh, J. Sci. Ind. Res. 77 (4) (2018) 208.
[23] Y.-S. Ma, S.-T. Huang, J.-G. Lin, Water. Sci. Technol. 42 (3-4) (2000) 155.
[24] O. Hamdaoui, E. Naffrechoux, L. Tifouti, C. Petrier, Ultrason. Sonochem. 10 (2003) 109.
[25] O. Hamdaoui, E. Naffrechoux, Ultrason. Sonochem. 16 (2009) 15.
[26] A. Tauber, H. P. Schuchmann, C. Von Sonntag, Ultrason. Sonochem. 7 (2000) 45.
[27] L. K. Weavers, N. Malmstadt, M. R. Hoffmann, Environ. Sci. Technol. 34 (2000) 1280.
[28] Y. Nagata, M. Nagakawa, H. Okuno, Y. Mizukoshi, B. Yim, Y. Maeda, Ultrason. Sonochem. 7 (2000) 115.
[29] F. Xie, Y. Xu, K. Xia, C. Jia, P. Zhang, Ultrason. Sonochem. 28 (2016) 199.
[30] K.-W. Jung, S. Y. Lee,.Y. J. Lee, J.-W. Choi, Ultrason. Sonochem. 57 (2019) 22.
[31] M.V. Bagal, P.R. Gogate, Ultrason. Sonochem. 21 (2014) 1.
[32] C.-J. Xu, H. Wang, D.-L. Lu, J.-H. Jiang, M. Zhou, J. Chem. Eng. Chinese U. 19 (2005) 567.
[33] P. J. D. Ranjit, K. Palanivelu, C.-S. Lee, Korean J. Chem. Eng. 25 (2008) 112.
[34] A. A. Pradhan, P. R. Gogate,Chem. Eng. J. 156 (2010) 77.
[35] L. Zhu, B. Chen, X. Shen, Environ. Sci. Technol. 34 (2000) 468.
[36] A. Kotronarou, G. Mills, M. R. Hoffmann, J. Phys. Chem. 95 (1991) 3630.
[37] Y. Jiang, C. Petrier, T. D. Waite, Ultrason. Sonochem. 9 (2002) 163.
[38] O. Moumeni, O. Hamdaoui, C. Petrier, Chem. Eng. Process. 62 (2012) 47.
[39] N. H. Ince, G. Tezcanli-Guyer, Ultrasonics. 42 (2004) 591.
[40] A. Mehrdad, S. Farkhondeh, F. Hasaspoor, J. Applied Chem. 12 (2018) 83.
[41] S. Rahman Setayesh, P. Nazari, N. Askari, J. Applied Chem. 14 (2019) 185, In Persian.
[42] S. Wang, Dyes Pigments. 76 (2008) 714.
[43] R. A. Torres, J. I. Nieto, E. Combet, C. Petrier, C. Pulgarin, Appl. Catal. B: Environ. 80 (2008) 168.
[44] C.-H. Wu, C.-H. Yu, J. Hazard. Mater. 169 (2009) 1179.
شیمى کاربردى روز
دوره 14، شماره 53
دی 1398
صفحه 31-42

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار