مطالعه اسپکتروفوتومتری سینتیک تخریب فوتوالکتروکاتالیستی 4-نیتروفنول بر مبنای الکترود TiO2-MWCNT/Ti با استفاده از روش تفکیک منحنی چند متغییره- حداقل مربعات متناوب

نوع مقاله : مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده شیمی، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران

2 گروه ایمنی و کنترل کیفیت مواد غذایی، موسسه پژوهشی علوم و صنایع غذایی، مشهد، ایران

چکیده

در این تحقیق، نانوکامپوزیت TiO2-MWCNT بر روی الکترود تیتانیوم با بکارگیری روش لایه نشانی الکتروفورتیک ( (EPD پوشش‌دهی شده است. با استفاده از تکنیک SEM تایید شد که نانوذرات بصورت یکنواخت بر روی تمام سطح تیتانیوم پوشش‌دهی شده‌اند. الکترود اصلاح شده بعنوان آند در تخریب آلاینده‌ 4-نیتروفنول با استفاده از فرآیند فوتوالکتروکاتالیست بکار گرفته شد. سینتیک فرآیند تخریب آنالیت توسط روش اسپکتروفوتومتری ارزیابی گردید. فرآیند تخریب 4-نیتروفنول با روش‌های فوتوکاتالیست (PC)، الکتروشیمیایی(EC) و فوتوالکتروکاتالیست(PEC) بررسی شد. نتایج نشان داد که فرایند EC بسیار کند بود و در داده های جمع آوری شده برای دوفرایند دیگر به دلیل همپوشانی طیفی اجزاء درگیر در سینتیک امکان استخراج پروفایل سینتیک تخریب 4- نیتروفنول وجود داشت که برای غلبه بر این مشکل، روش تفکیک منحنی چند متغییره- حداقل مربعات متناوب (MCR-ALS) برای غلبه بر این مشکل استفاده شد. در پایان پروفایل سینتیک و طیف های خالص اجزاء به دست آمدند و کارآیی روش‌های استفاده شده در تخریب آلاینده بدین ترتیب بود PEC>PC>EC .

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Spectrophotometric Study of Photo-electro-catalytic Degradation of 4- Nitrophenol on TiO2-MWCNT/Ti Electrode Using Multivariate Cure Resolution-Alternating Least Squares Method

نویسندگان [English]

  • Fatemeh Chitgaran 1
  • S. Maryam Sajjadi 1
  • Farideh Nabizadeh Chianeh 1
  • Javad Feizy 2
1 Faculty of Chemistry, Semnan University, Semnan, Iran
2 Department of Food Safety and Quality Control, Research Institute of Food Science and Technology, Mashhad, Iran
چکیده [English]

In this study, TiO2-MWCNT nanoparticles were deposited on Ti electrode by electrophoretic deposition (EPD) method. Scanning electron microscopy method verified that TiO2-MWCNT were deposited on Ti homogeneously. The Modified electrode was employed as an anode for the degradation of 4-nitorohenol pollutant that monitored spectroscopically. The degradation process of this contaminant was investigated by photo-catalytic (PC), electro-chemical (EC) and photo-electro-catalytic (PEC) methods. The results revealed that PC process was highly slow and there was signal overlapping for the components involved in two other processes, a fact which prevents extracting the kinetic profile of 4-nitrophenol. To overcome this problem, it was proposed to use multivariate cure resolution-alternating least squares (MCR-ALS) method for data analysis. Finally, the pure kinetic and spectral profiles of components were obtained using MCR-ALS method and the efficiencies of the applied degradation methods are ranked as follows: PEC>EC>PC.

کلیدواژه‌ها [English]

  • TiO2-MWCNT/Ti electrode
  • electrophoretic deposition (EPD)
  • photo-electro-catalyst
  • Chemometrics
  • MCR-ALS

This is an open access article under the CC-BY-SA 4.0 license.( https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/)

مراجع

[1] Wang, N., Lv, G., He, L., & Sun, X. (2021). New insight into photodegradation mechanisms, kinetics and health effects of p-nitrophenol by ozonation in polluted water. Journal of Hazardous Materials, 403, 123805.
[2] Madadi, S., Biriaei, R., Sohrabi, M., & Royaee, S. J. (2016). Photodegradation of 4-nitrophenol using an impinging streams photoreactor coupled with a membrane. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, 99, 1-9.
[3] Nezamzadeh-Ejhieh, A., & Khorsandi, S. (2014). Photocatalytic degradation of 4-nitrophenol with ZnO supported nano-clinoptilolite zeolite. Journal of industrial and engineering chemistry, 20(3), 937-946.
[4] Muersha, W., & Soylu, G. S. P. (2018). Effects of metal oxide semiconductors on the photocatalytic degradation of 4-nitrophenol. Journal of Molecular Structure, 1174, 96-102.
[5] Martínez-Huitle, C. A., & Brillas, E. (2009). Decontamination of wastewaters containing synthetic organic dyes by electrochemical methods: a general review. Applied Catalysis B: Environmental, 87(3-4), 105-145.
[6] Brillas, E., Sirés, I., & Oturan, M. A. (2009). Electro-Fenton process and related electrochemical technologies based on Fenton’s reaction chemistry. Chemical reviews, 109(12), 6570-6631.
[7] Sirés, I., Brillas, E., Oturan, M. A., Rodrigo, M. A., & Panizza, M. (2014). Electrochemical advanced oxidation processes: today and tomorrow. A review. Environmental Science and Pollution Research, 21, 8336-8367.
[8] Oturan, M. A., & Aaron, J. J. (2014). Advanced oxidation processes in water/wastewater treatment: principles and applications. A review. Critical Reviews in Environmental Science and Technology, 44(23), 2577-2641.
[9] Garcia-Segura, S., & Brillas, E. (2017). Applied photoelectrocatalysis on the degradation of organic pollutants in wastewaters. Journal of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Reviews, 31, 1-35.
[10] Brillas, E., & Martínez-Huitle, C. A. (2015). Decontamination of wastewaters containing synthetic organic dyes by electrochemical methods. An updated review. Applied Catalysis B: Environmental, 166, 603-643.
[11] Dapeng, L. I., & Jiuhui, Q. U. (2009). The progress of catalytic technologies in water purification: A review. Journal of Environmental Sciences, 21(6), 713-719.
[12] Di Paola, A., Bellardita, M., & Palmisano, L. (2013). Brookite, the least known TiO2 photocatalyst. Catalysts, 3(1), 36-73.
[13] Luttrell, T., Halpegamage, S., Tao, J., Kramer, A., Sutter, E., & Batzill, M. (2014). Why is anatase a better photocatalyst than rutile?-Model studies on epitaxial TiO2 films. Scientific reports, 4(1), 4043.
[14] Kaplan, R., Erjavec, B., Dražić, G., Grdadolnik, J., & Pintar, A. (2016). Simple synthesis of anatase/rutile/brookite TiO2 nanocomposite with superior mineralization potential for photocatalytic degradation of water pollutants. Applied Catalysis B: Environmental, 181, 465-474.
[15] Mahmoudian, F., Chianeh, F. N., & Sajjadi, S. M. (2021). Simultaneous electrochemical decolorization of Acid Red 33, Reactive Orange 7, Acid Yellow 3 and Malachite Green dyes by electrophoretically prepared Ti/nanoZnO-MWCNTs anode: experimental design. Journal of Electroanalytical Chemistry, 884, 115066.
[16] Jiang, L. C., & Zhang, W. D. (2010). Charge transfer properties and photoelectrocatalytic activity of TiO2/MWCNT hybrid. Electrochimica Acta, 56(1), 406-411.
[17] Binner, J. G. P. 1990. Advanced Ceramic Processing and Technology, Vol. 1.
[18] Sato, N., Kawachi, M., Noto, K., Yoshimoto, N., & Yoshizawa, M. (2001). Effect of particle size reduction on crack formation in electrophoretically deposited YBCO films. Physica C: Superconductivity, 357, 1019-1022.
[19] SM Sajjadi, Z Asadollah-pour, SH Sajjadi, SN Nabavi, (2021) Investigating photocatalytic degradation of o-nitrophenol and p-nitrophenol over efficient CoO-Fe2O3@ SiO2@ TiO2 nanocomposite: rank annihilation factor analysis approach, Chemical Papers, 76(10), 427-438.
[20] Sajjadi, S. M., Asadollah-pour, Z., Sajjadi, S. H., Nabavi, S. N., Abed, Z., Farzin, F., ... & Abdous, B. (2021). A thorough investigation of photo-catalytic degradation of ortho and para-nitro phenols in binary mixtures: new insights into evaluating degradation progress using chemometrics approaches. New Journal of Chemistry, 45(29), 12974-12985.
[21] Tauler, R., Kowalski, B., & Fleming, S. (1993). Multivariate curve resolution applied to spectral data from multiple runs of an industrial process. Analytical chemistry, 65(15), 2040-2047.
[22] Deerwester, S., Dumais, S. T., Furnas, G. W., Landauer, T. K., & Harshman, R. (1990). Indexing by latent semantic analysis. Journal of the American society for information science, 41(6), 391-407.
[23] M. Maeder and A.D. Zuberbuehler, Review The feasibility of latent variables applied to GC-MS data, Analytica chimica acta, 181 (1986) 278.
[24] Nardecchia, A., & Duponchel, L. (2020). Randomised SIMPLISMA: Using a dictionary of initial estimates for spectral unmixing in the framework of chemical imaging. Talanta, 217, 121024
شیمى کاربردى روز
دوره 18، شماره 68
مهر 1402
صفحه 235-250

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار