بهینه‌سازی پارامترهای عملیاتی مؤثر بر تخریب فنول در یک سیستم فتوکاتالیستی تحت تابش نور مرئی

نویسندگان

1 مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی امیر کبیر، تهران ایران

2 دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

3 گروه شیمی، دانشکده علوم، دانشگاه تهران، تهران، ایران

doi
10.22103/jsse.2024.4472
چکیده

هدف: فنول و مشتقات محلول آن در آب از مهم‌ترین آلاینده‌های سمی هستند. در سال‌های اخیر استفاده از MOFها به‌عنوان فتوکاتالیست برای تصفیه پساب توجه زیادی را به خود جلب کرده است. ترکیب یک MOF با یک نیم‌رسانا که بتواند بازترکیب الکترون-حفره را به حداقل برساند می‌تواند در واکنش‌های فتوکاتالیستی بسیار مؤثر باشد.مواد و روش: در این پژوهش کامپوزیت‌های TiO2/MIL88 با درصدهای مختلف از تیتانیوم دی‌اکسید با استفاده از روش هیدروترمال تک‌مرحله‌ای سنتز شده و برای حذف فنول در یک فتوراکتور شش‌ضلعی مورد بررسی قرار گرفت. طراحی شش‌ضلعی منحصربه‌فرد راکتور، سطح در دسترس برای تابش را افزایش می‌دهد و منجر به حذف مؤثرتر آلاینده‌ می‌شود. به‌منظور رسیدن به بالاترین راندمان تخریب متغیرهای: مقدار فتوکاتالیست، زمان واکنش، غلظت فنول، pH و غلظت هیدروژن پراکسید ml/L)) به‌عنوان پارامترهای مؤثر بر فرآیند تخریب فتوکاتالیستی انتخاب شدند. به‌منظور طراحی آزمایش‌ها از نرم‌افزار DesignExpert استفاده شد و از میان روش‌های RSM روش باکس بنکن انتخاب گردید. نتایج آنالیزهای مشخصه یابی کاتالیست نشان داد که کامپوزیت TMA10 به‌درستی سنتز شده است. با استفاده از این کامپوزیت، شرایط بهینه برای حداکثر راندمان تخریب فنول (96/95 درصد) به‌صورت: غلظت اولیه فنول 58 میلی‌گرم در لیتر،pH برابر با 51/7، زمان واکنش 61/68 دقیقه، غلظت هیدروژن پراکسید برابر باmL/L  18/0، و مقدار کاتالیست برابر g/L 4/0 به دست آمد.نتیجه‌گیری: نتایج آزمایش‌های فتوکاتالیستی نشان داد که کامپوزیت TMA10 )10نسبت مولی (TiO2:MOF عملکرد بهتری نسبت به سایر کامپوزیت‌ها در تخریب فنول دارد. آنالیز فتولومینسانس (PL) نشان داد که عملکرد بهتر کامپوزیت TMA10 به علت کاهش بازترکیب الکترون حفره در آن است. همچنین تجزیه‌وتحلیل آنالیز واریانس نشان داد که مدل درجه دوم به‌خوبی با داده‌ها برازش داده  می‌شود.