بهینه سازی حذف رنگزای راکتیو با استفاده از اکسایش الکتروشیمیایی با آند Ti/nanoZnO (مطالعه تجربی)

نوع مقاله : مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان

دانشکده شیمی، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران

چکیده

در مطالعه حاضر، الکترود Ti/nanoZnO با استفاده از روش لایه نشانی الکتروفورتیک (EPD) تهیه شد. ساختار بلوری، مورفولوژی، تجزیه و تحلیل عنصری و خصوصیات الکتروشیمیایی الکترود تهیه شده از طریق آنالیز های میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FESEM) با یک طیف‌سنج پراش انرژی اشعه ایکس متصل شده، پراش اشعه ایکس (XRD)، و پتانسیل روبشی خطی (LSV)، ولتامتری چرخه‌ای (CV)، طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی(EIS)، تکنیک‌های کرونوآمپرومتری (CA) و کرونوپتانسیومتری (CP) مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج به دست آمده نشان داد که الکترود تهیه شده Ti/nanoZnO، دارای یک پوشش یکنواخت با مورفولوژی متخلخل‌تر، مقاومت انتقال بار کمتر و پایداری الکتروشیمیایی بهبود یافته می باشد. عملکرد الکتروکاتالیستی با مطالعه حذف الکتروشیمیایی رنگزا راکتیو نارنجی 7(RO7)، به عنوان یک آلاینده هدف بر روی الکترود Ti/nanoZnO بررسی شد. پارامترهای عملیاتی مستقل یعنی pH، دانسیته جریان، غلظت الکترولیت و زمان واکنش برای مدل سازی و بهینه سازی فرایند حذف با استفاده از طراحی مرکب مرکزی (CCD) انتخاب شدند. راندمان رنگبری برای RO7 پس از 60 دقیقه مقدار 73/20 % در شرایط مطلوب، بدست آمد. در نهایت، از یافته های این مطالعه می توان نتیجه گرفت که اصلاح بستر تیتانیوم (Ti) با استفاده از نانوذرات ZnO می تواند به طور قابل توجهی خصوصیات الکتروشیمیایی الکترود Ti را بهبود بخشد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Optimization of reactive dye removal by electrochemical oxidation with Ti/nanoZnO (Experimental study)

نویسندگان [English]

  • Nastaran Akbari
  • Farideh Nabizadeh Chianeh
Department of Chemistry, Semnan University, Semnan, Iran
چکیده [English]

In the current study, Ti/nanoZnO electrode was prepared by the electrophoretic deposition (EPD) method. The crystal structure, morphology, elemental analysis, and electrochemical properties of the prepared electrode were studied through X-ray diffraction (XRD), field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) with an X-ray spectrometer attached, cyclic voltammetry (CV), linear sweep voltammetry (LSV), electrochemical impedance spectroscopy (EIS), chrono-amperometry (CA), and chrono-potentiometry (CP). Obtained results showed that the prepared Ti/nanoZnO electrode possessed a uniform coating with more porous morphology, reduced charge transfer resistance, and improved electrochemical stability. Electrocatalytic performance was evaluated by studying the electrochemical removal of Reactive orange 7 (RO7) dye as a target pollutant on the Ti/nanoZnO electrode. Independent operating parameters namely pH, current density, electrolyte concentration, and reaction time were selected to model and optimize the removal process by central composite design (CCD). The color removal efficiency of 20.73% was obtained for RO7 after 60 min under optimum conditions. Eventually, from the findings of this study, it can be concluded that modifying the titanium (Ti) substrate using ZnO nanoparticles could significantly improve the electrochemical properties of the bare Ti electrode.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Electrochemical oxidation
  • Reactive Orange 7
  • Ti/nanoZnO electrode
  • Response Surface Methodology

مراجع

[1] L. Chen, C. Lei, Z. Li, B. Yang, X. Zhang and L. Lei, Chemosphere, 210 (2018) 516.
[2] N. Setarehshenas, S. H. Hosseini, M. Nasr Esfahany, M. Mansouri, G. Ahmadi, 13 (2018) 53.
[3] P. Nidheesh, M. Zhou and M. A. Oturan, Chemosphere, 197 (2018) 210.
[4] F. Nabizadeh Chianeh, B. Mohammadi, A. Asghari, Appl. Chem., 12 (2017) 209.
[5] M. El Kateb, C. Trellu, A. Darwich, M. Rivallin, M. Bechelany, S. Nagarajan, S. Lacour, N. Bellakhal, G. Lesage and M. Héran, Water. Resea, 162 (2019) 446.
[6] F. Mahmoudian, F. Nabizadeh Chianeh, S. M. Sajjadi, Appl. Chem., 1399 (2020) 27.
[7] H. Feng, Z. Chen, X. Wang, S. Chen and J. Crittenden, J. Chem. Eng, 413 (2021) 127492.
[8] M. Esmaelian, F. N. Chianeh and A.R. Asghari, J. Ind. Eng. Chem, 78 (2019) 97.
[9] M. R. D. Khaki, M.S. Shafeeyan, A.A.A. Raman, W.M.A.W. Daud, J. Environ. manag, 198 (2017) 78.
[10] S. Das and V.C. Srivastava, Material. Scien. Semic. Proce, 57 (2017) 173.
[11] W. Wu, Z. H. Huang and T. T. Lim, Applied. Catal.  A: General, 480 (2014) 58.
[12] F. Mahmoudian, F.N. Chianeh and S.M. Sajjadi, J.  Electroanal. Chem, 884 (2021) 115066.
[13] H. Yue, L. Xue and F. Chen, Applied. Catal. B: Environmental, 206 (2017) 683.
[14] C. Zhang, J. Tang, C. Peng, M. Jin, J. Mol. Liq., 23 (2019) 100276.
[15] L. Renuka, K. Anantharaju, Y. Vidya, H. Nagaswarupa, S. Prashantha and H. Nagabhushana, Material. Today. Proce, 4 (2017) 11782.
[16] A. Taufik, A. Albert and R. Saleh, P.A. J. Photochem. Photobiology A. Chem, 344 (2017) 149.
[17] A. Dhara, B. Show, A. Baral, S. Chabri, A. Sinha, N.R. Bandyopadhyay and N. Mukherjee, Solar. Energ, 136 (2016) 327.
[18] L. Li, Z. Huang, X. Fan, Z. Zhang, R. Dou, S. Wen, Y. Chen, Y. Chen and Y. Hu, Electrochim. Acta, 231 (2017) 354.
[19] X. Wang, Y. Zhou, Y. Tuo, Y. Lin, Y. Yan, C. Chen, Y. Li and J. Zhang, Electrochim. Acta, 320 (2019) 134589.
[20] Y. Yang, L. Cui, M. Li and Y. Yao, J. Taiwan. Insti. Chemic. Eng, 102 (2019) 170.
[21] Ü. Alver, A. Tanrıverdi, Ö. Akgül, Synthetic. Metal, 211 (2016) 30.
[22] M. Amiri-Aref, J. B. Raoof and R. Ojani, Colloids.  Surfa. B: Biointerfaces, 109 (2013) 287.
[23] X. Li, H. Xu and W. Yan, Applied.  Surfa. Science, 389 (2016) 278.
[24] F. N. Chianeh and J. B. Parsa, Design,  Chemical. Eng. Resea. Design, 92 (2014) 2740.
[25] Z. Amani-Beni and A. Nezamzadeh-Ejhieh, J. collo. Interfa. scien, 504 (2017) 186.
[26] M. Shoorangiz, M.R. Nikoo, M. Salari, G.R. Rakhshandehroo and M. Sadegh, Process. Safet. Environ. Protection, 132 (2019) 340.
[27] S. Bahrani, Z. Razmi, M. Ghaedi, A. Asfaram and H. Javadian, Ultrasonic. sonochem, 42 (2018) 776.
[28] L. d. M. da Silva, F. Gozzi, I. Sirés, E. Brillas, S. C. De Oliveira and A. M. Junior, Science. Total. Environ, 631 (2018) 1079.
[29] A. Baddouh, G. G. Bessegato, M. M. Rguiti, B. El Ibrahimi, L. Bazzi, M. Hilali and M. V. B. Zanoni, J. Environ. Chem. Eng, 6 (2018) 2041.
[30] R. Kaur, J. P. Kushwaha and N. Singh, Electrochim. Acta, 296 (2019) 856.
[31] G. Bonyadinejad, M. Sarafraz, M. Khosravi, A. Ebrahimi, S.M. Taghavi-Shahri, R. Nateghi and S. Rastaghi, Korean. J. Chemical. Eng, 33(1) (2016) 189.
شیمى کاربردى روز
دوره 17، شماره 63
تیر 1401
صفحه 67-86

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار