کاربرد روش سطح پاسخ برای تخریب فتوکاتالیستی رنگ با استفاده از نانولوله های اکسید روی بر روی بستر کربن فعال

نوع مقاله: مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان

شیمی، سمنان،سمنان،ایران

10.22075/chem.2020.14483.1413

چکیده

در این کار اکسید روی با مورفولوژی لوله بر روی کربن فعال (ZnO NRs-AC) با استفاده از روش هم رسوبی برای تخریب نوری رنگ مالاشیت گرین (MG) تحت نور UV سنتز شد. فتو کاتالیست با استفاده از تکنیک های مختلف از جمله XRD و FE-SEM مشخص شد. طراحی Box-Behnken (BBD) همراه با روش سطح پاسخ (RSM) برای بهینه سازی پارامترهای تأثیرگذار مورد استفاده قرار گرفت. مقادیر بهینه برای پارامترهای مربوطه به شرح زیر است: مقدار کاتالیست، 16 میلی-گرم؛ غلظت MG، 30 میلی‌گرم بر لیتر؛ و زمان تخریب ، 46 دقیقه بدست آمد. بررسی اثر یون های خارجی بر عملکرد فرآیند فتو کاتالیزوری، نشان دهنده پایداری ZnO NRs-AC در تخریب فتو کاتالیزوری MG است. همچنین، با توجه به مدل جنبشی Langmuir-Hinshelwood (L-H)، تخریب جنبشی MG به دنبال یک مدل سینتیکی مرتبه شبه اول می‌باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Application of response surface methodology for the photo degradation of dye using ZnO nanorods loaded on the activated carbon

نویسندگان [English]

  • hosein kazemi
  • Maryam Rajabi
  • bahareh fahimirad
chemistry,semnan,samnan,iran
چکیده [English]

In this work, ZnO with a nanorod morphology loaded on activated carbon (ZnO NRs-AC) was synthesized using the co-precipitation method for the photo-degradation of malachite green (MG) under the UV light. The photo-catalyst was characterized using various analytical techniques including XRD and FE-SEM. The Box-Behnken design (BBD) combined with the response surface methodology (RSM) was applied for the optimization of the influential parameters. The optimum values for the parameters involved were as follow: photo-catalyst dosage,16 mg; MG concentration, 30 mg L-1; and reaction time was 46 min. Studying the effect of foreign ions on the performance of the photo-catalytic process indicated the stability of ZnO NRs-AC in the photo-catalytic degradation of MG. According to the Langmuir–Hinshelwood (L–H) kinetic model, the kinetic degradation of MG followed a pseudo-first order kinetic model.

کلیدواژه‌ها [English]

  • ZnO nanorods
  • Activated carbon
  • Malachite green
  • UV light
  • Box-Behnken design
  • Kinetic model
[1] G. Crini, Bioresource Technology, 97 (2006) 1061.
[2] A.R. Fischer, P. Werner, K.U. Goss, Chemosphere, 82 (2011) 210.
[3] M.S. Rahbar, E. Alipour, R.E. Sedighi, International Journal of Environmental Science & Technology, 3 (2006) 79.
[4] D. Méndez-Paz, F. Omil, J.M. Lema, Anaerobic, Enzyme and Microbial Technology, 36 (2005) 264.
[5] M. Mousavi-Kamazani, R. Rahmatolahzadeh, S. A.Shobeiri, Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 28 (2017) 17961.
 [6] N. Azbar, T. Yonar, K. Kestioglu, Chemosphere, 55 (2004) 35.
[7] S. A. Shobeiri, M. Mousavi-Kamazani, F.Beshkar, Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 28 (2017) 8108.
 [8] M. Mousavi-Kamazani, Z. Zarghami, R. Rahmatolahzadeh, M. Ramezani, Advanced Powder Technology, 28 ( 2017) 2078.
[9] A. M. Latifi, M. Mirzaei, M. Mousavi-Kamazani, Z. Zarghami, Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 29 (2018) 10234.
 [10] C. Galindo, P. Jacques, A. Kalt, Chemosphere, 45 (2001) 997.
[11] M. Goudarzi, M. Mosavi-Kamazani, M.Salavati-Niasari ,Journal of Materials Science: Materials in Electronics 28 (2017), 8423.
[12] S.K. Kansal, N. Kaur, S. Singh, Nanoscale Research Letters, 4 (2009) 709.
[13] Z. Li, Y. Fang, S. Xu, Materials Letters, 93 (2013) 345.
[14] R. Khan, M.S. Hassan, H.-S. Cho, A.Y. Polyakov, M.-S. Khil, I.-H. Lee, Materials Letters, 133 (2014) 224.
[15] D. Li, K. Dai, J. Lv, L. Lu, C. Liang, G. Zhu, Materials Letters, 150 (2015) 48.
[16] H. Hu, C. Deng, J. Xu, Q. Zheng, G. Chen, X. Ge, Materials Letters, 161 (2015) 17.
[17] J. Lin, S. Pang, Q. Wang, Materials Letters, 98 (2013) 12.
[18] J. Chaisorn, K. Wetchakun, S. Phanichphant, N. Wetchakun, Materials Letters, 160 (2015) 75.
[19] W.G. Xu, S.F. Liu, S.X. Lu, S.Y. Kang, Y. Zhou, H.F. Zhang, Journal of Colloid and Interface Science, 351 (2010) 210.
[20] M. Ghaedi, M.N. Biyareh, S.N. Kokhdan, S. Shamsaldini, R. Sahraei, A. Daneshfar, S. Shahriyar, Materials Science and Engineering: C, 32 (2012) 725.
[21] R. Darvishi Cheshmeh Soltani, A. Rezaee, A.R. Khataee, H. Godini, The Canadian Journal of Chemical Engineering, 92 (2014) 13.
[22] A.R. Khataee, M. Zarei, S.K. Asl, Journal of Electroanalytical Chemistry, 648 (2010) 143.
[23] P. Raizada, P. Singh, A. Kumar, G. Sharma, B. Pare, S.B. Jonnalagadda, P. Thakur, Applied Catalysis A: General, 486 (2014) 159.
[24] L. Saikia, D. Bhuyan, M. Saikia, B. Malakar, D.K. Dutta, P. Sengupta, Applied Catalysis A: General, 490 (2015) 42.
[25] M. Arab Chamjangali, G. Bagherian, B. Bahramian, B. Fahimi Rad, International Journal of Environmental Science and Technology, 12 (2015) 151.
[26] C.-C. Mao, H.-S. Weng, Chemical Engineering Journal, 155 (2009) 744.
 [27] F. Zhang, Z. Wei, W. Zhang, H. Cui, Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 182 (2017) 116.
[28] F. Lu, C. Huang, L. You, J. Wang, Q. Zhang, RSC Advance, 7 (2017) 23255-23264.
 [29] C.G. da Silva, J.L.s. Faria, Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 155 (2003) 133.
[30] K.V. Kumar, K. Porkodi, F. Rocha, Catalysis Communications, 9 (2008) 82.
[31] V. Mirkhani, S. Tangestaninejad, M. Moghadam, M.H. Habibi, A.R. Vartooni, Journal of the Iranian Chemical Society, 6 (2009) 800.
[32] S. Ameen, M.S. Akhtar, H.S. Shin, Materials Letters, 183 (2016) 329.
[33] T. Cun, C. Dong, Q. Huang, Applied Surface Science, 384 (2016) 73.
[34] A.N. El-Shazly, M.M. Rashad, E.A. Abdel-Aal, I.A. Ibrahim, M.F. El-Shahat, A.E. Shalan, Journal of Environmental Chemical Engineering, 4 (2016) 3177.
[35] A. Phuruangrat, S. Thongtem, T. Thongtem, Materials & Design, 107 (2016) 250.
[36] C. Gomez-Solís, J.C. Ballesteros, L.M. Torres-Martínez, I. Juárez-Ramírez, L.A. Díaz Torres, M. Elvira Zarazua-Morin, S.W. Lee, Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 298 (2015) 49.