استفاده از نقره دوپ شده با نانو ذرات آناتاز TiO2 بر روی سطح زئولیت Fe-ZSM-5 برای حذف رنگ آلی تحت نور UV

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، گروه محیط زیست، دانشکده منابع طبیعی و علوم دریایی، دانشگاه تربیت مدرس، نور، ایران

2 استادیار گروه شیلات، دانشکده علوم و فنون دریایی، دانشگاه هرمزگان، بندرعباس، ایران *(مسوول مکاتبات)

3 استاد گروه محیط زیست، دانشکده منابع طبیعی و علوم دریایی، دانشگاه تربیت مدرس، نور، ایران

4 استادیار گروه محیط زیست، دانشکده منابع طبیعی و علوم دریایی، دانشگاه تریت مدرس، نور، ایران

10.22034/jest.2018.21879.3099

چکیده

زمینه و هدف: تخلیه فاضلاب­های رنگی حاصل از عملکرد صنایع رنگ­رزی به آب­های پذیرنده، به دلیل پایداری در محیط زیست، سمی بوده و موجب آسیب به محیط زیست می­شود. حذف رنگ از فاضلاب­های رنگی با روش­های متداول تصفیه فاضلاب مشکل می­باشد. بنابراین، فرایند اکسیداسیون پیشرفته روشی موثر برای حذف این دسته از آلاینده­های آلی می­باشد.
روش بررسی: در این مطالعه از نقره دوپ شده با تیتانیوم دی اکسید بر پایه زئولیت Fe-ZSM-5 برای تجزیه فوتوکاتالیکی رنگ راکتیو 195 از محلول آبی با استفاده از نور UV (فرابنفش) استفاده شد که در این راستا اثر نسبت­های مختلف تیتانیوم دی اکسید به Fe-ZSM-5، غلظت رنگ، غلظت فوتوکاتالیست و pH در دمای محیط مورد بررسی قرار گرفت.
یافته­ها: آنالیز EDXبا تجزیه و تحلیل عنصری نیمه کمی از سطح نشان داد که Ti  و نقره با موفقیت روی سطح زئولیت  Fe-ZSM-5قرار گرفتند. در تصاویر SEM اندازه، جهت و مورفولوژی فوتوکاتالیست سنتزی  مورد بررسی قرار گرفت. که ذرات TiO2 و نقره سنتز شده دارای شکل و اندازه یکنواخت بوده ودارای ابعاد کم­تر از 50 نانومتر می­باشند. آنالیز EDX درصد وزنی عناصر تشکیل دهنده فوتوکاتالیست سنتزی را 98/19، 48/5، 95/56 و 65/15به ترتیب برای سیلیس، آهن، تیتانیوم و نقره تعیین نمود و آنالیزXRD  نیز حضور فاز Fe-ZSM-5، آناتاز TiO2 و نانوذرات نقره را در فوتوکاتالیست سنتز شده تایید نمود.
بحث و نتیجه گیری: نتایج نشان داد که کارایی حذف فوتوکاتالیتیکی فوتوکاتالیست نقره دوپ شده با دی اکسید تیتانیوم بر پایه زئولیت Fe-ZSM-5 به طور معنی داری تحت تاثیر pH می­باشد. کارایی حذف با افزایش pH کاهش یافت. بهترین کارایی فوتوکاتالیستFe-ZSM-5@TiO2_Ag در حذف رنگ راکتیو 195 (100%) در pH برابر 3، غلظت فوتوکاتالیست 300 میلی گرم بر لیتر، غلظت رنگ برابر 50 میلی گرم بر لیتر در مدت زمان 75 دقیقه و نسبت Ag-TiO2برابر یک به­دست آمد.  همچنین حداقل کارایی حذف رنگ برابر 32% در pH برابر 9 تحت شرایط بهینه بود. قابلیت استفاده مجدد از فوتوکاتالیست بعد از هفت دور استفاده مکرر از آن معنی­دار بود.
 

کلیدواژه‌ها

موضوعات


 

 

 

 

 

علوم و تکنولوژی محیط زیست، دورهبیست و یکم، شماره شش، شهریورماه 98

                                        

 

استفاده از نقره دوپ شده با نانو ذرات آناتاز TiO2 بر روی سطح زئولیت Fe-ZSM-5 برای حذف رنگ آلی تحت نور UV

 

 

نسرین آقاجری[1]

زهرا قاسمی[2] *

z.ghasemi@hormozgan.ac.ir

حبیب الله یونسی[3]

نادر بهرامی­فر[4]

تاریخ دریافت:9/8/95

 

تاریخ پذیرش:26/2/96

 

چکیده

زمینه و هدف: تخلیه فاضلاب­های رنگی حاصل از عملکرد صنایع رنگ­رزی به آب­های پذیرنده، به دلیل پایداری در محیط زیست، سمی بوده و موجب آسیب به محیط زیست می­شود. حذف رنگ از فاضلاب­های رنگی با روش­های متداول تصفیه فاضلاب مشکل می­باشد. بنابراین، فرایند اکسیداسیون پیشرفته روشی موثر برای حذف این دسته از آلاینده­های آلی می­باشد.

روش بررسی: در این مطالعه از نقره دوپ شده با تیتانیوم دی اکسید بر پایه زئولیت Fe-ZSM-5 برای تجزیه فوتوکاتالیکی رنگ راکتیو 195 از محلول آبی با استفاده از نور UV (فرابنفش) استفاده شد که در این راستا اثر نسبت­های مختلف تیتانیوم دی اکسید به Fe-ZSM-5، غلظت رنگ، غلظت فوتوکاتالیست و pH در دمای محیط مورد بررسی قرار گرفت.

یافته­ها: آنالیز EDXبا تجزیه و تحلیل عنصری نیمه کمی از سطح نشان داد که Ti  و نقره با موفقیت روی سطح زئولیت  Fe-ZSM-5قرار گرفتند. در تصاویر SEM اندازه، جهت و مورفولوژی فوتوکاتالیست سنتزی  مورد بررسی قرار گرفت. که ذرات TiO2 و نقره سنتز شده دارای شکل و اندازه یکنواخت بوده ودارای ابعاد کم­تر از 50 نانومتر می­باشند. آنالیز EDX درصد وزنی عناصر تشکیل دهنده فوتوکاتالیست سنتزی را 98/19، 48/5، 95/56 و 65/15به ترتیب برای سیلیس، آهن، تیتانیوم و نقره تعیین نمود و آنالیزXRD  نیز حضور فاز Fe-ZSM-5، آناتاز TiO2 و نانوذرات نقره را در فوتوکاتالیست سنتز شده تایید نمود.

بحث و نتیجه گیری: نتایج نشان داد که کارایی حذف فوتوکاتالیتیکی فوتوکاتالیست نقره دوپ شده با دی اکسید تیتانیوم بر پایه زئولیت Fe-ZSM-5 به طور معنی داری تحت تاثیر pH می­باشد. کارایی حذف با افزایش pH کاهش یافت. بهترین کارایی فوتوکاتالیستFe-ZSM-5@TiO2_Ag در حذف رنگ راکتیو 195 (100%) در pH برابر 3، غلظت فوتوکاتالیست 300 میلی گرم بر لیتر، غلظت رنگ برابر 50 میلی گرم بر لیتر در مدت زمان 75 دقیقه و نسبت Ag-TiO2برابر یک به­دست آمد.  همچنین حداقل کارایی حذف رنگ برابر 32% در pH برابر 9 تحت شرایط بهینه بود. قابلیت استفاده مجدد از فوتوکاتالیست بعد از هفت دور استفاده مکرر از آن معنی­دار بود.

 

واژه­های کلیدی: زئولیت Fe-ZSM-5، TiO2، رنگ راکتیو 195، فوتوکاتالیست نقره دوپ شده.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

J. Env. Sci. Tech., Vol 21, No.6,August, 2019

 

 

 

 

 


The Application of As-Synthesized Silver-Doped Anatase TiO2 Nanoparticle onto the Surface of Fe-ZSM-5 Zeolite for the Degradation of Organic Dye with UV Light

 

Nasrin Aghajari [5]*

z.ghasemi@hormozgan.ac.ir

Zahra ghasemi [6]  

Habibollah younesi [7]

Nader bahramifar [8]

 

Admission Date:May 16, 2017

 

Date Received: October 30, 2016

 

Abstract

Background and Objective: The discharge of dying wastewater effluent from the textile industry into the water body can be toxic due to their long time presence in the environment and is the leading major cause of the environmental damage. It is difficult to remove color from dye effluents with conventional wastewater treatment methods. Then advanced oxidation processes (AOPs) are potentially powerful method to remove these organic contaminations.

Method: In the present study the photocatalytic performance of the silver-doped titanium dioxide (TiO2) nanoparticles over the surface of Fe-ZSM-5 zeolite was investigated trough the degradation of reactive red 195 dyes in water under light UV.  The Effects of different titanium dioxide to Fe-ZSM-5 ratio, dye concentration, photocatalyst concentration and pH of the water solution was studied at room temperature.

Findings: The EDX analysis, a semiquantitative elemental analysis of the surface which indicates that Ti and silver (Ag) was successfully loaded on the surface of Fe-ZSM-5 zeolite. The result of EDX shows that the mean weight percentage of Si, Fe, Ti and Ag was 19.98, 5.48, 56.95 and 15.65%, respectively. The SEM images showed that unloaded Fe-ZSM-5 zeolite has a well-defined cubic shape and tends to change a spherical regular morphology and a uniform nanoparticle of TiO2 and Ag with spherical shape distributed onto Ag-TiO2/Fe-ZSM-5 photocatalyst. The XRD analysis approved the formation of the Fe-ZSM-5 and anatase TiO2 nanoparticles and Ag-doped onto surface of the Fe-ZSM-5 photocatalyst.

Discussion and Conclusion: The results revealed that photocatalytic removal efficiency of Fe-ZSM-5 with Ag-doped TiO2 was significantly influenced by the solution pH. It decreased as the solution pH increased. The best performance of Ag-TiO2/Fe-ZSM-5 photocatalyst in removal of Reactive 195 (100%) was achieved at pH 3, 300 mg/L photocatalyst dose, 50 mg/L dye concentration, 75 min contact time and Ag-TiO2 with the ratio of 1. However, a minimum of dye removal efficiency of 32% was obtaimed at pH 9 under aforementioned condition. The reusability of the photocatalyst was still significant after seven times repeated cycles.

 

Key words: Zeolite Fe-ZSM5, TiO2, reactive red 195 dye, Ag-doped photocatalytic.

 

 

مقدمه


رنگ‌ها اساساً ترکیبات شیمیایی هستند که می‌توانند خود را به سطوح مختلف مثل پارچه متصل کنند. بیش­تر رنگ‌ها ترکیبات آلی پیچیده‌ای هستند که عمدتاً در برابر عوامل مختلف مثل شوینده‌ها از پایداری بالایی برخوردارند. رنگ‌های مصنوعی در بسیاری از صنایع پیشرفته مورد استفاده قرار می‌گیرند. برای مثال این رنگ‌ها در صنایع مختلفی از قبیل نساجی، کاغذ، چرم، مواد غذایی، صنایع آرایشی، پلاستیک‌سازی، لاستیک‌سازی و چاپ مورد استفاده قرار می‌گیرند­(1). تخلیه فاضلاب­های رنگی حاصل از عملکرد صنایع نساجی به آب­های پذیرنده، منجر به کاهش نفوذ نور خورشید، بروز پدیده یوتریفیکاسیون­و تداخل در اکولوژی آب­های پذیرنده شده، که ضمن اثر بر شدت فتوسنتز گیاهان آبزی و جلبک­ها در محیط آبی، باعث آسیب به محیط زیست می­شود (2،3).

رنگ راکتیو قرمز 195 یک ترکیب آروماتیک حلقوی با فرمول شیمیایی C31H19ClN7Na5O19S6­و­ وزن مولکولی 32/1136 میلی­گرم بر مول می­باشد که ساختار شیمیایی آن در شکل 1 نمایش داده شده است. این رنگ در صنایع نساجی آمل استفاده می­شود که به دلیل اثرات مخرب و فاضلاب آلوده آن نیاز به تصفیه دارد.

 

 

شکل 1- ساختار رنگ راکتیو قرمز 195

Figure 1. Structure of Reactive Red 195

 


برای رنگ­زدایی صنایع نساجی روش­های متفاوتی وجود دارد که می­توان به روش­های فنتون[9]، فوتوفنتون[10]، انعقاد[11] و لخته­سازی[12]، اکسیداسیون شیمیایی، تصفیه بیولوژیکی، تکنیک الکتروشیمیایی، تعویض یونی، فرایندهای جذب سطحی و همچنین فرایندهای ترکیبی شامل ازن­زنی تحت نور UV اشاره کرد (4). فرایندهای تصفیه متداول فاضلاب مانند جذب سطحی، انعقاد و لخته سازی، صرفا آلاینده‌ها را از فازی به فاز دیگر منقل می­کنند و آلاینده به طور کامل حذف یا نابود نمی­شود همچنین این روش­ها معمولا تولید مقادیر قابل توجهی لجن می­نمایند که مشکلات محیط­زیستی دیگری را به دنبال خواهد داشت (5). در دهه اخیر فرایند اکسیداسیون پیشرفته[13]، پیشرفت قابل ملاحظه­ای داشته و اهمیت زیادی در زمینه پساب­های صنعتی، به ویژه پساب­های حاوی مواد آلی مقاوم که روش­های متداول تصفیه قادر به حذف این ترکیبات نیستند به دست آورده است به طور کلی فرایندهای اکسایش پیشرفته در برگیرنده کلیه فرایندهایی هستند که در آن­ها با روش­های مختلف، رادیکال­های فعال هیدروکسیل (OH◦) تولید می­گردد. اغلب فرایندهای اکسایش پیشرفته بر ­پایه تولید این رادیکال فعال استوار هستند. مزایای این فناوری­ عبارتند از: اکثر ترکیبات آلی را به مواد معدنی مانند آب، دی اکسید کربن و اسیدهای معدنی تجزیه می­کند، مشکل ضایعات دور­ریختنی (پسماند) ندارند و در درجه حرارت محیط و فشار اتمسفر انجام می­شوند (6). استفاده از اشعه فرابنفش (UV)، O3، TiO2 و یک ماده اکسنده مناسب مانند H2O2 یکی از موثرترین روش­های اکسیداسیون پیشرفته می­باشند. این روش­ها در حذف آلاینده­های آلی مقاوم در برابر تجزیه بیولوژیکی مانند رنگ­ها بسیار موثر هستند (7). در میان کاتالیزورهای نیمه هادی، TiO2 دارای بیش­ترین کاربرد است. TiO2 بیش­ترین فعالیت خود را تحت تابش فوتون نوری با طول موج بین 300 تا 390 نانومتر داشته و پس از انجام چرخه کاتالیزوری در محیط باقی می‌ماند، در حالی که Cds و Gap پس از تخریب مواد آلی خود به مواد سمی تبدیل می­شوند (8). TiO2دارای سه شکل کریستالی آناتاز، روتایل و بروکیت می­باشد که شکاف باندی آناتاز 2/3 الکترون ولت، روتایل 3 الکترون ولت و بروکیت 2/3 الکترون ولت می­باشد (12). در مقایسه بین این سه حالت شبکه­ای، آناتاز بیش­ترین سهم فعالیت فوتوکاتالیستی را دارد. یکی از دلایل اصلی آن داشتن پتانسیل احیای بالاتر برای تولید الکترون­ها از ابتدای تشکیل تا انتهای نوار هدایت است (باند گپ آناتاز 1/0الکترون ولت منفی­تر از روتیل می­باشد) بنابراین توانایی بیش­تری برای از بین بردن آلودگی­ها خواهد داشت (13).

فعال­سازی TiO2 به­وسیله تابش نور UV در معادلات ذیل ارایه داده شده است:

معادله 1

TiO2 + hV → e + h+

معادله 2

e + O2 → •O2

در این واکنش­ها h+و e- به ترتیب عامل­های اکسید کننده و کاهش دهنده قوی می­باشند. مراحل واکنش­های اکسایش و کاهش به­صورت ذیل نشان داده می­شوند:

واکنش اکسیداسیون:

معادله 3

h+ + Organic → CO2

معادله 4

h+ + H2O → •OH + H+

واکنش کاهش:

معادله 5

•OH + Organic → CO2

مکانیسم تخریب فوتوکاتالیستی ترکیبات آلی مانند رنگ­زاها در معادله 6 و 7 بیان شده است. هنگامی که فوتوکاتالیست در معرض تابش UV قرار می­گیرد، الکترون­ها از لایه ظرفیت به باند هدایت برانگیخته شده و در نتیجه یک جفت الکترون-حفره ایجاد می­شود (رابطه 2-1). این جفت الکترون-حفره با گونه­های دیگر موجود در سطح کاتالیست واکنش می­دهند. در بیش­تر موارد، حفره باند ظرفیت به آسانی با باند سطحیH2O واکنش داده و تولید رادیکال هیدروکسیل می­کند(معادله 7) و الکترون باند هدایت با اکسیژن واکنش داده و تولید آنیون رادیکال سوپر اکسید اکسیژن می­کند (معادله 8) (9).

معادله 6

 

معادله 7

 

معادله 8

 

واکنش­های6 و 7 مانع از باز ترکیب الکترون و حفره تشکیل شده در مرحله اول می­شود. چنان­که در معادلات 9 تا 11 نشان داده شده است، OH وO2-  تولید شده  می­تواند با رنگ­زاها واکنش داده و باعث بی­رنگ شدن رنگ­زا شود.

معادله 9

 

معادله 10

 

معادله 11

 

معادله 12

 

حضور اکسیژن حل شده در محلول به عنوان یک پذیرنده الکترون در واکنش­های فوتوکاتالیستی، برای اطمینان از حضور از اسکاونجرهای[14] الکترونی جهت به دام انداختن الکترون­های برانگیخته شده باند هدایت و جلوگیری از بازترکیب الکترون و حفره لازم است.  حضور اکسیژن به عنوان شکافنده­ی[15] حلقه­های آروماتیک آلاینده­های آلی موجود در آب شناخته شده است (10). باید توجه شود که تمام واکنش­های فوتوکاتالیستی به علت حضور اکسیژن محلول و مولکول آب امکان­پذیر است. بدون حضور مولکول آب رادیکال بسیار فعال هیدروکسیل تشکیل نشده و تخریب فوتوکاتالیستی مولکول­های آلی اتفاق نمی­افتد (11).

از میان پایه­های مختلفی که برای تثبیت TiO2 بررسی شده­اند، زئولیت­ها به دلیل ساختارمتخلخل، اندازه حفرات و کانال­های منظم و یکنواخت، پایداری حرارتی بالا، ظرفیت جذب بالا، طبیعت سازگار با محیط زیست و پایداری فوتوشیمیایی، به عنوان بهترین پایه شناخته شده­اند (14، 15). بسیاری از مولکول­های قابل تخریب و یون­ها به راحتی در کانال­ها و قفس­های موجود در ساختمانشان منتشر شده و موجب افزایش کارایی حذف فوتوکاتالیکی می­گردند (16، 17). زئولیت ZSM-5 با نانو حفره­های بسیار منظم، سطح ویژه زیاد و ظرفیت تعویض یونی بالا، یکی از پرکاربردترین مواد معدنی به عنوان پایه کاتالیست و جاذب می­باشد. از این رو فضای مولکولی مناسب برای واکنش­های شیمیایی و فوتوشیمیایی فراهم می­نماید (18).  از آن جایی که یکی از مشکلات اصلی فوتوکاتالیست TiO2، شکاف باند نسبتاً بالای انرژی نیمه هادی است، موجب محدود شدن جذب نور می­شود، از طرفی عملکرد کوانتومی آن 4 درصد است، به این معنی که از هر 25 جفت الکترون-حفره تولید شده بر جذب اشعه، تنها یک مورد با موفقیت منجر به واکنش مورد نظر می­شود، در حالی که باقی­مانده ترکیب باعث آزاد شدن حرارت خواهد شد. بنابراین برای تغییر TiO2 و افزایش کارایی فوتوکاتالیستی آن از نانو ذراتی مثل نقره، طلا و نیکل استفاده می­شود. نانوذرات نقره باعث افزایش جدایی الکترون-حفره، انتقال بار سطحی و افزایش تحریک نور قابل مشاهده می­شود (19، 20). هدف اصلی از دوپ کردن، کاهش شکاف باند TiO2 خالص به باند جذبی از اشعه ماورای بنفش به منطقه مرئی می­باشد. در تحقیق حاضر تجزیه فوتوکاتالیستی رنگ راکتیو 195 با استفاده از فوتوکاتالیست دوپ شده TiO2 با نقره بر پایه­ی زئولیت Fe-ZSM-5 انجام خواهد شد.

 

روش بررسی

سنتز زئولیت Fe-ZSM-5: در این تحقیق برای سنتز زئولیت Fe-ZSM-5 از روش  Brucknerو همکاران (22) با اعمال تغییراتی استفاده خواهد شد. مواد اولیه برای سنتز زئولیت شامل سیلیکات سدیم به عنوان منبع سیلیکا، نیترات آهن به عنوان منبع آهن و تترا-پروپیل آمونیوم برماید به عنوان ماده طاق­ساز می­باشد که مقدار آن­ها طبق ترکیب مولی زیر محاسبه می­گردد.

100Sio2:­0.493Fe2O3:10Tpabr:30Na2O:5000 H2O

مخلوط سنتز به­دست آمده، برای کریستاله شدن در دمای 170 درجه سانتی­گراد به مدت 72 ساعت قرار خواهد گرفت. محصول با آب مقطر شستشو داده شده و در دمای 110 درجه سانتی­گراد خشک خواهد شد. سپس زئولیت به­ دست­ آمده به مدت 4 ساعت در دمای 550 درجه سانتی­گراد کلسینه خواهد گردید.

 

سنتز ذراتFe-ZSM-5@TiO2-Ag : برای دوپ کردن از روش Cui و همکاران (19) با اعمال تغییراتی استفاده شد. ابتدا 12/0 گرم Fe-ZSM-5 را در 25 میلی لیتر 2- پروپانول و 78/0 میلی لیتر تترا بوتیل ارتو-تیتانات حل گردید، سپس 10میلی لیتر آب مقطر به آن اضافه شد. پس از هم خوردن، 48/0 میلی لیتر نقره نیترات 1/0 مولار را به محلول اضافه شده و در انتها 1 میلی لیتر هیدرازین مونوهیدرات 1/0 مولار را به صورت قطره به قطره به ترکیب بالا اضافه گردید. محلول نهایی به مدت 6 ساعت در اوتوکلاو در دمای 160 درجه قرار گرفت. بعد از گذشت زمان معین، ذرات به دست آمده چندین مرتبه با آب مقطر و 2- پروپانول شسته شد و در آون تحت دمای70 درجه خشک گردید سپس در دمای 500 درجه سانتی­گراد به مدت 3 ساعت کلسینه شد.

انجام آزمایش­ها

آزمایشات در سیستم ناپیوسته و در مقیاس آزمایشگاهی انجام شد. در ابتدا فوتوکاتالیست سنتز شده در pH اسیدی و با غلظت رنگ برابر50 میلی گرم بر لیتر و مقدار فوتوکاتالیست برابر 300 میلی گرم بر لیتر تحت دمای محیط قرار گرفت. پس از حذف موفقیت آمیز توسط نور UV، عامل تیتان دار کننده با ثابت نگه­ داشتن سایر متغیرها مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور برای این روش یک بشر 400 میلی­لیتری به عنوان راکتور انتخاب گردید، جهت انجام فرآیند فوتوکاتالیستی از لامپUV-C ساخت شرکت OSTRAM و Fe-ZSM-5@TiO2_Ag  که در مرحله قبل سنتز شده استفاده می­شود. در هر مرحله از انجام تحقیق 100 میلی لیتر از رنگ مورد نظر،  به راکتور اضافه شد و پس از تنظیم pH و بعد از اضافه کردن فوتوکاتالیست، لامپ UV را درون یک محفظه کوارتز قرار داده و به داخل بشر منقل می­کنیم به صورتی که سطح محلول درون بشر کاملا بالا آمده و در تماس حداکثری با نور قرار گیرد. در این طرح از یک پمپ هوا برای اکسیژن رسانی به بشر حاوی رنگ و فوتوکاتالیست استفاده شد پیک پرتو افکنی لامپ UV فیلیپس مدل 400-340، 8 وات، 365 نانومتر، طول لامپ5/302 میلی متر و قطر آن 16 میلی متر می­باشد. که در شکل3 نشان داده شده است.

 

شکل 2- فتوراکتور طراحی شده برای حذف رنگ

Figure 2. Designed photoreactor for dye removal

 

 محتویات راکتور توسط همزن مغناطیسی مخلوط گردیده و در زمان­های 15، 30، 45، 60، 75 ،90 و 105 دقیقه توسط پیپت از سطح راکتور نمونه­گیری شده و به بشر 10 میلی لیتری انتقال داده شد سپس برای رسوب دادن فوتوکاتالیست نمونه به مدت 5 دقیقه در دور rpm 5000 سانتریفیوژ شد. که میزان جذب به راحتی توسط دستگاه هک خوانده شود. در انتها نمونه­ها به میزان مورد نیاز(میزانی که در محدوده منحنی کالیبراسیون قرار بگیرد) رقیق سازی شد و مورد سنجش دستگاه هک قرار گرفت. لازم به ذکر است که تمامی نمونه­ها ابتدا به مدت نیم ساعت در تاریک قرار گرفته و میزان جذب آن را ثبت کرده که در تمامی مراحل جذب قابل چشم پوشی بود.

بعد از اندازه­گیری غلظت اولیه و نهایی رنگ (پس از حذف) بر طبق روش ذکر شده، میزان درصد حذف رنگ از معادله 13 محاسبه شد.

معادله 13

 

در این­جا، C0و Ce به ترتیب غلظت اولیه و غلظت تعادلی رنگ در محلول مورد بررسی هستند.

 

یافته­ها

شناسایی فوتوکاتالیست سنتز شده:

به منظور حصول اطمینان از تشکیل فاز زئولیت Fe-ZSM-5، TiO2 وAg   محصولات سنتزشده با آنالیز پراش اشعه ایکس[16]  دستگاه فیلیپس مدل PW1800 محصول کشور هند[17] مورد بررسی قرارگرفتند. بررسی مورفولوژی محصولات و تخمین اندازه ذرات نیز با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی[18] فیلیپس مدل XLC30 محصول کشور هند[19]  با ولتاژ 30 کیلو ولت انجام شد طیف سنج مادون قرمز تبدیل فوریه مدل شیمازدو[20]برای بررسی ساختار، ترکیبات و حصول اطمینان از نوع زئولیت و فوتوکاتالیست سنتز شده به کار رفت.

 

آنالیز پراش اشعه ایکس

تکنیک XRD یک روش غیر تخریبی است که برای شناسایی ساختمان و خواص فیزیکی مواد بلوری از قبیل مواد معدنی، صخره ها، رسوب ها، و سرامیک ها استفاده می­شود. در سال 1912 براگ[21] پراش پرتو ایکس را مورد بررسی قرار داد.

شکل 3- الف موقعیت پیک­های مشخصه زئولیت Fe-ZSM-5 را نشان می­دهد که در مقادیر 90/8 و 01/94،8/7 θ =2 قراردارند (30).


 


 

شکل 3 - الگوی XRD (الف) زئولیت Fe-ZSM-5 ، (ب) فوتوکاتالیست Fe-ZSM-5@TiO2_Ag

Fig. 3. XRD patern of (a) Fe-ZSM-5 zeolite, (b) Fe-ZSM-5@TiO2_Ag photocatalyst

 

 

بعد از حصول اطمینان از سنتز زئولیت Fe-ZSM-5، این زئولیت به عنوان پایه برای تثبیت TiO2 و تهیه فوتوکاتالیست نوین Fe-ZSM-5@TiO2 استفاده شد. موقعیت پیک مشخصه فاز آناتاز TiO2 در °37/25 θ =2 قرار دارد (24،25). شکل ب موقعیت پیک­های مشخصه نانو ­ذرات نقره را نشان می­دهد که به ترتیب در 64و 65/44، 47/38 θ =2 قرار دارد که با (111)، (200) و (220) سطح تبلور مطابقت دارد که این نیز به نوبه­ی خود با بازتاب­های پراگ مرسوم از مکعب­های مرکزی نقره هم سو است که شناسایی و خلوص آن را می­توان در گزارش فایل jcpps مشاهده کرد.

 

تصویر SEM و EDX زئولیت Fe-ZSM-5 و فوتوکاتالیست سنتزی

تصویر SEM به دست آمده از زئولیت Fe-ZSM-5 و فوتوکاتالیست Fe-ZSM-5@TiO2_Ag سنتزی در بزرگ­نمایی‌های مختلف در شکل 4 ارایه شده است. از نظر ریخت شناسی و مورفولوژی، نمونه زئولیت از تعداد زیادی واحدهای مکعب مستطیل تشکیل شده است و دارای اندازه‌های نسبتا یکسان و در حدود mµ 1 هستند. که ذرات TiO2 و Ag به خوبی بر روی سطح آن قرار گرفته ­اند. آنالیز EDX در شکل 5 نشان می­دهد که Ti و Ag به خوبی بر روی سطح زئولیت قرار گرفته­اند.

 

 

شکل 4-تصاویر SEM الف) زئولیت Fe-ZSM-5، ب) فوتوکاتالیست Fe-ZSM-5@TiO2_Ag

Figure 4. SEM images of (a) Fe-ZSM-5 zeolite, (b) Fe-ZSM-5@TiO2_Ag photocatalyst

   

شکل 5- نتایج EDX الف)Fe-ZSM-5  زئولیت، ب) فوتوکاتالیست Fe-ZSM-5@TiO2_Ag

Figure 5. SEM results for (a) Fe-ZSM-5 zeolite, (b) Fe-ZSM-5@TiO2_Ag photocatalyst

 

 

اثر نسبت­های تیتانیوم دیاکسید به فوتوکالیست Fe-ZSM-5@TiO2_Ag

از آنجایی که TiO2 نقش بسیاری مهمی در فرایند فوتوکاتالیستی دارد در این پژوهش سعی بر آن شده است که مقدار بهینه­ی این ماده را تعیین کنیم در این مرحله از 5 نسبت TBOT شامل2/0 میلی­لیتر، 3/0 میلی­لیتر ، 4/0 میلی­لیتر ، 5/0 میلی­لیتر و 75/0 میلی­لیتر به ازای 2/0گرم زئولیت Fe-ZSM-5 و مقدار نقره ثابت برابر 5/0 میلی­لیتر استفاده شد که طبق نمودار زیر با افزایش تیتان کارایی حذف افزایش می­یابد.

 

 

 

 

شکل 6- اثر نسبت­های تیتانیوم دی­اکسید به فوتوکاتالیست سنتزی

Figure 6. The effect of titanium dioxide to synthetic photocatalyst ratio

 

 

اثر میزان غلظت فوتوکاتالیست


اثر غلظت فوتوکاتالیست بر حذف رنگ راکتیو موجود در شکل 4 نشان داده شده است. در این مطالعه مقدار غلظت فوتوکاتالیست بین 100 تا 500 میلی گرم در 100 میلی لیتر رنگ 50 میلی گرم بر لیتر متغیر بود مطابق با نمودار، کارایی حذف با افزایش غلظت فوتوکاتالیست افزایش یافت و می­توان به این صورت نشان داد که تعداد سایت­های فعال در محلول با افزایش غلظت فوتوکاتالیست افزایش می­یابد (26).

 

 

 

نمودار 7- اثر غلظت فوتوکاتالیست تحت نورUV

Figure 7. The effect of Photocatalysts concentration under UV light

 

 

بررسی اثر pH

 

در این تحقیق تاثیر pH بر کارایی فرآیند حذف فتوکاتالیستی رنگ با تغییر در pH اولیه محلول تحت شرایط ثابت غلظت اولیه رنگ و فوتوکاتالیست در زمان­های مختلف بررسی شد.که در این مطالعه مقدار pH بین 2 تا 9 متغیر بود با توجه به نمودار با افزایش pH میزان حذف کاهش یافته به طوری که طبق نمودار 3 بیش­ترین درصد حذف رنگ در pH برابر 3 به دست آمد.


 

 

 

 

 

نمودار 8- اثر pH در حذف رنگ تحت نور UV

Figure 8. The effect of pH on dye removal under UV light

 

 

پایداری و قابلیت استفاده مجدد فوتوکاتالیست


قابلیت استفاده مجدد بهره وری از فوتوکاتالیست Fe-ZSM-5@TiO2_Ag برای تخریب رنگ راکتیو 195 تحت شرایط بهینه مورد آزمایش قرار گرفت. همان طور که در نمودار نشان داده شده است بعد از 5 بار استفاده از فوتوکاتالیست تغییر چشم­گیری در کاهش کارایی حذف به وجود نیامد. مطابق با نمودار تا 5 بار استفاده مجدد از این فوتوکاتالیست کارایی حذف همچنان بالا می­باشد و اندکی کاهش در چرخه چهار و پنج، احتمالا به دلیل تجمع واسطه­های آلی در حفره­ها و روی سطح فوتوکالیست می­باشد که بر روی جذب آلاینده­های آلی اثر می­گذارد و باعث کاهش فعالیت فوتوکاتالیستی می­شود بعد از 5 بار استفاده از فوتوکاتالیست آن را جدا کرده و در آون 70 درجه خشک کرده و به مدت 3 ساعت در 500 درجه کلسینه شده و مجددا مورد استفاده قرار گرفت و بعد از دو بار استفاده مجدد، فوتوکاتالیست به بالاترین کارایی خود رسید پس می­توان نتیجه گرفت که فوتوکاتالیست پایدار و قابلیت استفاده مجدد برای چند دوره را دارد بدون آن­که کارایی فوتوکاتالیستی آن کاهش یابد که با نتایج مطالعات Mahesh و همکاران (2015)، Chong و همکاران(2010)، مطابقت دارد (27،28).

 

 

 

نمودار 9- مطالعات بازیافت فتوکاتالیست

Figure 9. Photocatalyst recycling studies

 

بحث و نتیجه گیری


در این مطالعه ابتدا زئولیت Fe-ZSM-5 به روش هیدروترمال سنتز شد، در مرحله­ی بعد، نقره با تیتانیوم دی اکسید دوپ شده و بر روی سطح زئولیت قرار گرفت. فوتوکاتالیست سنتز شده پس از تعیین ویژگی­های فیزیکی و شیمیایی و تایید آن­ها با روش­های ،EDX وXRD ، به منظور حذف رنگ راکتیو استفاده شد. بررسی ساختاری XRD از زئولیت و مقایسه آن با الگوی نمونه استاندارد، بیان­گر آن است که فاز زئولیتی Fe-ZSM-5 با خلوص بالا و بدون تداخل فازی سنتز شده ­است. با مقایسه نمونه سنتز شده در این تحقیق و نمونه مشابه سنتز شده با مطالعات Phu و همکاران (2001) و Xue و همکاران (2012) ، به خوبی مشخص است که نتایج بررسی XRD با نتایج مطالعات صورت گرفته در این زمینه مطابقت دارد (30، 29). و وجود پیک مشخصه تیتانیوم دی اکسید نشان می­دهد که ذرات تیتان به خوبی بر روی سطح زئولیت قرار گرفته­اند همچنین پیک­های مشخصه نانوذرات نقره نشان دهنده­ی سنتز موفقیت آمیز فوتوکاتالیست Fe-ZSM-5@TiO2-Ag می­باشد که با نتایج تحقیق Ghasemi و همکاران (2016) مطابقت دارد (31).

در بررسی نتایج SEM بعد از نشاندن TiO2 در ساختار زئولیت، اگرچه شکل چهاروجهی زئولیت تغییر نکرد، اما اندازه ذرات زئولیت اندکی افزایش یافته و سطح صاف آن ناهموار گردید که با نتایج مطالعات Ahmed و همکارن (2010) مطابقت دارد (32). آنالیزEDX  نشان می­دهد که آهن به خوبی در ساختار زئولیت ZSM-5 قرار گرفته و همچنین این آنالیز  درصد وزنی عناصر  تشکیل دهنده فوتوکاتالیست سنتزی را برای سیلیس، آهن، تیتانیوم و نقره به ترتیب 98/19، 48/5، 95/56 و 65/15 نشان داد. نتایج حاصل با نسبت Ag به Ti به کار رفته برای سنتز Fe-ZSM-5@TiO2-Ag مطابقت دارد.

در این مطالعه مقادیر بالاتر از 5/0 میلی­لیتر TBOT تفاوت معنی داری بر حذف رنگ در زمان مورد نظر نداشته و  حذف 100 درصد رنگ بعد از گذشت 75 دقیقه به­دست آمد. بنابراین، مقدار بهینه عامل تیتان دار کننده فوتوکاتالیست، TBOT ، برابر 5/0 میلی­لیتر در نظر گرفته شد و به دلیل صرفه اقتصادی از مقدار 75/0 میلی­لیتر چشم پوشی شد.

با افزایش غلظت فوتوکاتالیست، نفوذ نور به دلیل غلظت بیش از اندازه ذرات کاهش می­یابد همچنین تمایل به تجمع و کلوخه شدن با افزایش غلظت فوتوکاتالیست افزایش می­یابد و موجب کاهش مساحت سطح در دسترس برای جذب نور و کاهش نرخ تخریب فوتوکاتالیکی می­شود. همچنین افزایش مقدار غلظت فوتوکاتالیست بیش­تر از مقدار بهینه موجب افزایش کدورت محلول و عدم توزیع یکنواخت شدت نور شده و بنابراین نرخ واکنش حذف با افزایش غلظت فوتوکاتالیست کاهش می­یابد. البته در شرایطی که مقدار غلظت فوتوکاتالیست کم­تر از مقدار بهینه باشد، سطح فوتوکاتالیست و جذب نور محدود کننده می­شود. وجود این دو پدیده متضاد، موجب تعیین مقدار بهینه غلظت فوتوکاتالیست برای واکنش­های فوتوکاتالیکی می­شود (33).  با توجه به این­که در این مطالعه افزایش کارآیی حذف در غلظت­های بالاتر از 300 میلی گرم بر لیتر از فوتوکاتالیست جزئی بود، غلظت­ بهینه فوتوکاتالیست 300 میلی گرم بر لیتر تعیین گردید.

در فرآیندهای فوتوکاتالیستی pH محلول به دلیل تاثیر بر روی بار سطح ذرات فوتوکاتالیست یکی از مهم­ترین پارامترها محسوب می­شود. در این مطالعه اثرطیف گسترده­ی pH اسیدی، خنثی و قلیایی (از pH 2 تا 9 ) بررسی شد. نتایج نشان داد که در pH  برابر 3 میزان کارایی حذف رنگ نسبت به خنثی و بازی بیش­تر بوده است. دلیل کارایی بالاتر فرایند در شرایط pH اسیدی را می­توان به این صورت بیان نمود که در یک محیط اسیدی یون­های H+  بر روی سطح TiO2 جذب می­شوند در این صورت الکترون­های تولید شده می­توانند به وسیله یون­های H+ جذب شده و با تشکیل رادیکال هیدروکسیل رنگ موجود را حذف نمایند. در صورتی که با افزایش pH تعداد سایت­های با بار منفی افزایش می­یابد و از انجا که تعداد سایت­های با بار منفی بر روی سطح فوتوکاتالیست نمی­توانند در حذف رنگ موثر باشند لذا افزایش pH با کاهش کارایی حذف فوتوکاتالیست همراه بود (34). براساس نتایج آزمایشات پایداری و قابلیت استفاده مجدد، کارایی فوتوکاتالیست  Fe-ZSM-5@TiO2-Ag حتی در پنجمین استفاده از فتوکاتالیست بیش از 96 درصد بوده است. این امر پایداری و اقتصادی بودن استفاده از فوتوکاتالیست سنتز شده برای حذف رنگ راکتیو قرمز 195 در این تحقیق را نشان می­دهد.

Reference

  1. Yagub, M. T., Sen, T. K., Afroze, S., Ang, H. M., 2014. Dye and its Removal from aqueous solution by adsorption: a review. Advances Adsorption in colloid and interface science, Vol. 209, pp. 172-184
  2. Arslan, I., Balcioǧlu, I. A., Bahnemann, D. W., 2000. Advanced chemical oxidation of reactive dyes in simulated dyehouse effluents by ferrioxalate-Fenton/UV-A and TiO 2/UV-A processes. Dyes and pigments, Vol. 47, pp. 207-218
  3. Sauer, T., Neto, G. C., Jose, H. J., Moreira, R. F. P. M., 2002. Kinetics of photocatalytic degradation of reactive dyes in a TiO2 slurry reactor. Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, Vol. 149, pp. 147-154
  4. Maleki, A., Mahvi, A. H., Shahmoradi, B., 2011. Hydroxyl radical-based processes for decolourization of direct blue 71: A comparative study. Asian Journal of Chemistry, Vol. 23, pp. 4411-4415
  5. Padmanabhan, P. V. A., Sreekumar, K. P., Thiyagarajan, T. K., Satpute, R. U., Bhanumurthy, K., Sengupta, P., Warrier, K. G. K., 2006. Nano-crystalline titanium dioxide formed by reactive plasma synthesis. Vacuum, Vol. 80, pp. 1252-1255
  6. Alaton, I. A., Balcioglu, I. A.,  Bahnemann, D. W. 2002. Advanced oxidation of a reactive dyebath effluent: comparison of O3, H2O2/UV-C and TiO2/UV-A processes. Water Research, Vol. 36, pp. 1143-1154
  7. Corma, A., Garcia, H., 2004. Zeolite-based photocatalysts. Chemical communications, Vol. 13, pp. 1443-1459
  8. Malato, S., Fernández-Ibáñez, P., Maldonado, M. I., Blanco, J., Gernjak, W., 2009. Decontamination and disinfection of water by solar photocatalysis: recent overview and trends. Catalysis Today, Vol. 147, pp.1-59
  9. Mahmoodi, N. M., Arami, M., Limaee, N. Y., Tabrizi, N. S., 2006. Kinetics of heterogeneous photocatalytic degradation of reactive dyes in an immobilized TiO 2 photocatalytic reactor. Journal of colloid and interface Science, Vol. 295, pp. 159-164
  10. Pirkarami, A., Olya, M. E., Farshid, S. R., 2014. UV/Ni–TiO2 nanocatalyst for electrochemical removal of dyes considering operating costs. Water Resources and Industry, Vol. 5, pp. 9-20
  11. Konstantinou, I. K., Albanis, T. A., 2004. TiO2-assisted photocatalytic degradation of azo dyes in aqueous solution: kinetic and mechanistic investigations: a review. Applied Catalysis B: Environmental, Vol. 49, pp. 1-14
  12. Pelaez, M., Nolan, N. T., Pillai, S. C., Seery, M. K., Falaras, P., Kontos, A. G., Entezari, M. H., 2012. A review on the visible light active titanium dioxide photocatalysts for environmental applications. Applied Catalysis B: Environmental, Vol. 125, pp. 331-349
  13. Stamate, M.,Lazar, G., 2007. Application of titanium dioxide photocatalysis to create self-cleaning materials. Modeling and Optimization in the Machines Building Field (MOCM), Vol. 13, pp. 280-285
  14. Noorjahan, M., Kumari, V. D., Subrahmanyam, M., Boule, P., 2004. A novel and efficient photocatalyst: TiO2-HZSM-5 combinate thin film. Applied Catalysis B: Environmental, Vol. 47, pp. 209-213
  15. Bouvy, C., Marine, W., Sporken, R., Su, B. L., 2006. Photoluminescence properties and quantum size effect of ZnO nanoparticles confined inside a faujasite X zeolite matrix. Chemical physics letters, Vol. 428, pp. 312-316
  16. Durgakumari, V., Subrahmanyam, M., Rao, K. S., Ratnamala, A., Noorjahan, M., Tanaka, K., 2002. An easy and efficient use of TiO2 supported HZSM-5 and TiO2+ HZSM-5 zeolite combinate in the photodegradation of aqueous phenol and p-chlorophenol. Applied Catalysis A: General, Vol. 234, pp. 155-165
  17. Vempati, R. K., Borade, R., Hegde, R. S., Komarneni, S., 2006. Template free ZSM-5 from siliceous rice hull ash with varying C contents. Microporous and Mesoporous Materials, Vol. 93, pp. 134-140
  18. Divakar, D., Romero-Sáez, M., Pereda-Ayo, B., Aranzabal, A., González-Marcos, J. A., González-Velasco, J. R., 2011. Catalytic oxidation of trichloroethylene over Fe-zeolites. Catalysis today, Vol. 176, pp. 357-360
  19. Chi, Y., Yuan, Q., Li, Y., Zhao, L., Li, N., Li, X., Yan, W., 2013. Magnetically separable Fe3O4@ SiO2@ TiO2-Ag microspheres with well-designed nanostructure and enhanced photocatalytic activity. Journal of hazardous materials, Vol. 262, pp. 404-411
  20. van Grieken, R., Marugán, J., Sordo, C., Martínez, P., Pablos, C., 2009. Photocatalytic inactivation of bacteria in water using suspended and immobilized silver-TiO2. Applied Catalysis B: Environmental, Vol. 93, pp. 112-118
  21. Huang, X., Wang, G., Yang, M., Guo, W., Gao, H., 2011. Synthesis of polyaniline-modified Fe3O4/SiO2/TiO2 composite microspheres and their photocatalytic application. Materials Letters, Vol. 65, pp. 2887-2890
  22. Brückner, A., Lück, R., Wieker, W., Fahlke, B., Mehner, H., 1992. Epr study on the incorporation of Fe (III) ions in ZSM-5 zelites in dependence on the preparation conditions. Zeolites, Vol. 12, pp. 380-385
  23. Huang, M., Xu, C., Wu, Z., Huang, Y., Lin, J., Wu, J., 2008. Photocatalytic discolorization of methyl orange solution by Pt modified TiO 2 loaded on natural zeolite. Dyes and Pigments, Vol. 77, pp. 327-334
  24. Wang, C., Shi, H., Li, Y., 2011. Synthesis and characteristics of natural zeolite supported Fe3+-TiO2 photocatalysts. Applied Surface Science, Vol. 257, pp. 6873-6877
  25. Fujishima, A., Zhang, X., Tryk, D. A., 2008. TiO2 photocatalysis and related surface phenomena. Surface Science Reports, Vol. 63, pp. 515-582
  26. Ghasemi, Z., Younesi, H., Zinatizadeh, A. A., 2016. Preparation, characterization and photocatalytic application of TiO2/Fe-ZSM-5 nanocomposite for the treatment of petroleum. Chemosphere, Vol. 159, pp. 552-564
  27. Mahesh, K. P. O., Kuo, D. H., Huang, B. R., 2015. Facile synthesis of heterostructured Ag-deposited SiO2@TiO2 composite spheres with enhanced catalytic activity towards the photodegradation of AB 1 dye. Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, Vol. 396, pp. 290-296
  28. Chong, M. N., Jin, B., Chow, C. W., Saint, C., 2010. Recent developments in photocatalytic water treatment technology: a review. Water research, Vol. 44, pp. 2997-3027
  29. Phu, N. H., Hoa, T. T. K., Van Tan, N., Thang, H. V., Le Ha, P., 2001. Characterization and activity of Fe-ZSM-5 catalysts for the total oxidation of phenol in aqueous solutions. Applied Catalysis B: Environmental, Vol. 34, pp. 267-275
  30. Xue, C. H., Chen, J., Yin, W., Jia, S. T., Ma, J. Z., 2012. Superhydrophobic conductive textiles with antibacterial property by coating fibers with silver nanoparticles. Applied Surface Science, Vol. 258, pp. 2468-2472
  31. Ghasemi, Z., Younesi, H., Zinatizadeh, A. A., 2016. Kinetics and thermodynamics of photocatalytic degradation of organic pollutants in petroleum refinery wastewater over nano-TiO2 supported on Fe-ZSM-5. Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers. Vol. 65, pp. 357-366
  32. Ahmed, S., Rasul, M. G., Martens, W. N., Brown, R., Hashib, M. A., 2010. Heterogeneous photocatalytic degradation of phenols in wastewater: a review on current status and developments. Desalination, Vol. 261, pp. 3-18
  33. Rengaraj, S., Li, X. Z., 2007. Enhanced photocatalytic reduction reaction over Bi3+–TiO2 nanoparticles in presence of formic acid as a hole scavenger. Chemosphere, Vol. 66, pp. 930-938
  34. Ranjit KT, Viswanathan B., 1997. Photocatalytic reduction of nitrite and nitrate ions to ammonia on M/TiO2 catalysts. Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, Vol. 108, pp. 73-78

 

 

 

 



1-  کارشناسی ارشد، گروه محیط زیست، دانشکده منابع طبیعی و علوم دریایی، دانشگاه تربیت مدرس، نور، ایران

2- استادیار گروه شیلات، دانشکده علوم و فنون دریایی، دانشگاه هرمزگان، بندرعباس، ایران *(مسوول مکاتبات)

3- استاد گروه محیط زیست، دانشکده منابع طبیعی و علوم دریایی، دانشگاه تربیت مدرس، نور، ایران

4- استادیار گروه محیط زیست، دانشکده منابع طبیعی و علوم دریایی، دانشگاه تریت مدرس، نور، ایران

1- M.Sc.  Department of Environmental Science, Faculty of Natural Resources, Tarbiat Modares University, Noor.

2- Assistant Professor, Department of Fisheries, Faculty of Marine Science and Technology, University of Hormozgan, Bandar Abbas * (Corresponding Author)

3- Professor, Department of Environmental Science, Faculty of Natural Resources, Tarbiat Modares University, Noor

4- Assistant of Professor, Department of Environmental Science, Faculty of Natural Resources, Tarbiat Modares University, Noor

1- Fenton

2- Photo-Fenton

3- Coagulation

4- Flocculation

5- Advanced oxidation processes (AOPs)

1- Scavenger

1- Cleavage

1- X-ray Diffraction (XRD)

2- Philips, PW1800, Netherland)

3- Scaning Electron Microscope (SEM)

4- Philips, XL30, Netherland

5- Shimadzo, FTIR1650 Spectrophotometer, Japan

1- Brag

  1. Yagub, M. T., Sen, T. K., Afroze, S., Ang, H. M., 2014. Dye and its Removal from aqueous solution by adsorption: a review. Advances Adsorption in colloid and interface science, Vol. 209, pp. 172-184
  2. Arslan, I., Balcioǧlu, I. A., Bahnemann, D. W., 2000. Advanced chemical oxidation of reactive dyes in simulated dyehouse effluents by ferrioxalate-Fenton/UV-A and TiO 2/UV-A processes. Dyes and pigments, Vol. 47, pp. 207-218
  3. Sauer, T., Neto, G. C., Jose, H. J., Moreira, R. F. P. M., 2002. Kinetics of photocatalytic degradation of reactive dyes in a TiO2 slurry reactor. Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, Vol. 149, pp. 147-154
  4. Maleki, A., Mahvi, A. H., Shahmoradi, B., 2011. Hydroxyl radical-based processes for decolourization of direct blue 71: A comparative study. Asian Journal of Chemistry, Vol. 23, pp. 4411-4415
  5. Padmanabhan, P. V. A., Sreekumar, K. P., Thiyagarajan, T. K., Satpute, R. U., Bhanumurthy, K., Sengupta, P., Warrier, K. G. K., 2006. Nano-crystalline titanium dioxide formed by reactive plasma synthesis. Vacuum, Vol. 80, pp. 1252-1255
  6. Alaton, I. A., Balcioglu, I. A.,  Bahnemann, D. W. 2002. Advanced oxidation of a reactive dyebath effluent: comparison of O3, H2O2/UV-C and TiO2/UV-A processes. Water Research, Vol. 36, pp. 1143-1154
  7. Corma, A., Garcia, H., 2004. Zeolite-based photocatalysts. Chemical communications, Vol. 13, pp. 1443-1459
  8. Malato, S., Fernández-Ibáñez, P., Maldonado, M. I., Blanco, J., Gernjak, W., 2009. Decontamination and disinfection of water by solar photocatalysis: recent overview and trends. Catalysis Today, Vol. 147, pp.1-59
  9. Mahmoodi, N. M., Arami, M., Limaee, N. Y., Tabrizi, N. S., 2006. Kinetics of heterogeneous photocatalytic degradation of reactive dyes in an immobilized TiO 2 photocatalytic reactor. Journal of colloid and interface Science, Vol. 295, pp. 159-164
  10. Pirkarami, A., Olya, M. E., Farshid, S. R., 2014. UV/Ni–TiO2 nanocatalyst for electrochemical removal of dyes considering operating costs. Water Resources and Industry, Vol. 5, pp. 9-20
  11. Konstantinou, I. K., Albanis, T. A., 2004. TiO2-assisted photocatalytic degradation of azo dyes in aqueous solution: kinetic and mechanistic investigations: a review. Applied Catalysis B: Environmental, Vol. 49, pp. 1-14
  12. Pelaez, M., Nolan, N. T., Pillai, S. C., Seery, M. K., Falaras, P., Kontos, A. G., Entezari, M. H., 2012. A review on the visible light active titanium dioxide photocatalysts for environmental applications. Applied Catalysis B: Environmental, Vol. 125, pp. 331-349
  13. Stamate, M.,Lazar, G., 2007. Application of titanium dioxide photocatalysis to create self-cleaning materials. Modeling and Optimization in the Machines Building Field (MOCM), Vol. 13, pp. 280-285
  14. Noorjahan, M., Kumari, V. D., Subrahmanyam, M., Boule, P., 2004. A novel and efficient photocatalyst: TiO2-HZSM-5 combinate thin film. Applied Catalysis B: Environmental, Vol. 47, pp. 209-213
  15. Bouvy, C., Marine, W., Sporken, R., Su, B. L., 2006. Photoluminescence properties and quantum size effect of ZnO nanoparticles confined inside a faujasite X zeolite matrix. Chemical physics letters, Vol. 428, pp. 312-316
  16. Durgakumari, V., Subrahmanyam, M., Rao, K. S., Ratnamala, A., Noorjahan, M., Tanaka, K., 2002. An easy and efficient use of TiO2 supported HZSM-5 and TiO2+ HZSM-5 zeolite combinate in the photodegradation of aqueous phenol and p-chlorophenol. Applied Catalysis A: General, Vol. 234, pp. 155-165
  17. Vempati, R. K., Borade, R., Hegde, R. S., Komarneni, S., 2006. Template free ZSM-5 from siliceous rice hull ash with varying C contents. Microporous and Mesoporous Materials, Vol. 93, pp. 134-140
  18. Divakar, D., Romero-Sáez, M., Pereda-Ayo, B., Aranzabal, A., González-Marcos, J. A., González-Velasco, J. R., 2011. Catalytic oxidation of trichloroethylene over Fe-zeolites. Catalysis today, Vol. 176, pp. 357-360
  19. Chi, Y., Yuan, Q., Li, Y., Zhao, L., Li, N., Li, X., Yan, W., 2013. Magnetically separable Fe3O4@ SiO2@ TiO2-Ag microspheres with well-designed nanostructure and enhanced photocatalytic activity. Journal of hazardous materials, Vol. 262, pp. 404-411
  20. van Grieken, R., Marugán, J., Sordo, C., Martínez, P., Pablos, C., 2009. Photocatalytic inactivation of bacteria in water using suspended and immobilized silver-TiO2. Applied Catalysis B: Environmental, Vol. 93, pp. 112-118
  21. Huang, X., Wang, G., Yang, M., Guo, W., Gao, H., 2011. Synthesis of polyaniline-modified Fe3O4/SiO2/TiO2 composite microspheres and their photocatalytic application. Materials Letters, Vol. 65, pp. 2887-2890
  22. Brückner, A., Lück, R., Wieker, W., Fahlke, B., Mehner, H., 1992. Epr study on the incorporation of Fe (III) ions in ZSM-5 zelites in dependence on the preparation conditions. Zeolites, Vol. 12, pp. 380-385
  23. Huang, M., Xu, C., Wu, Z., Huang, Y., Lin, J., Wu, J., 2008. Photocatalytic discolorization of methyl orange solution by Pt modified TiO 2 loaded on natural zeolite. Dyes and Pigments, Vol. 77, pp. 327-334
  24. Wang, C., Shi, H., Li, Y., 2011. Synthesis and characteristics of natural zeolite supported Fe3+-TiO2 photocatalysts. Applied Surface Science, Vol. 257, pp. 6873-6877
  25. Fujishima, A., Zhang, X., Tryk, D. A., 2008. TiO2 photocatalysis and related surface phenomena. Surface Science Reports, Vol. 63, pp. 515-582
  26. Ghasemi, Z., Younesi, H., Zinatizadeh, A. A., 2016. Preparation, characterization and photocatalytic application of TiO2/Fe-ZSM-5 nanocomposite for the treatment of petroleum. Chemosphere, Vol. 159, pp. 552-564
  27. Mahesh, K. P. O., Kuo, D. H., Huang, B. R., 2015. Facile synthesis of heterostructured Ag-deposited SiO2@TiO2 composite spheres with enhanced catalytic activity towards the photodegradation of AB 1 dye. Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, Vol. 396, pp. 290-296
  28. Chong, M. N., Jin, B., Chow, C. W., Saint, C., 2010. Recent developments in photocatalytic water treatment technology: a review. Water research, Vol. 44, pp. 2997-3027
  29. Phu, N. H., Hoa, T. T. K., Van Tan, N., Thang, H. V., Le Ha, P., 2001. Characterization and activity of Fe-ZSM-5 catalysts for the total oxidation of phenol in aqueous solutions. Applied Catalysis B: Environmental, Vol. 34, pp. 267-275
  30. Xue, C. H., Chen, J., Yin, W., Jia, S. T., Ma, J. Z., 2012. Superhydrophobic conductive textiles with antibacterial property by coating fibers with silver nanoparticles. Applied Surface Science, Vol. 258, pp. 2468-2472
  31. Ghasemi, Z., Younesi, H., Zinatizadeh, A. A., 2016. Kinetics and thermodynamics of photocatalytic degradation of organic pollutants in petroleum refinery wastewater over nano-TiO2 supported on Fe-ZSM-5. Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers. Vol. 65, pp. 357-366
  32. Ahmed, S., Rasul, M. G., Martens, W. N., Brown, R., Hashib, M. A., 2010. Heterogeneous photocatalytic degradation of phenols in wastewater: a review on current status and developments. Desalination, Vol. 261, pp. 3-18
  33. Rengaraj, S., Li, X. Z., 2007. Enhanced photocatalytic reduction reaction over Bi3+–TiO2 nanoparticles in presence of formic acid as a hole scavenger. Chemosphere, Vol. 66, pp. 930-938
  34. Ranjit KT, Viswanathan B., 1997. Photocatalytic reduction of nitrite and nitrate ions to ammonia on M/TiO2 catalysts. Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, Vol. 108, pp. 73-78