حذف فتوکاتالیستی کادمیوم با استفاده از نانوذره های روی اکسید

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 همدان، دانشگاه علوم پزشکی همدان، دانشکده بهداشت، گروه مهندسی بهداشت محیط

2 ارومیه، دانشگاه علوم پزشکی ارومیه، دانشکده بهداشت، گروه مهندسی بهداشت محیط

3 همدان، دانشگاه علوم پزشکی همدان، دانشکده بهداشت، گروه مهندسی بهداشت

چکیده

از مهم‌ترین آلاینده‌های محیط زیست که در پساپ صنایع پتروشیمی، آبکاری و نیز شهرک‌ های صنعتی وجود دارد، حضور همزمان فلزهای سنگین و ترکیب‌ های آلی (از جمله فنل و کادمیوم) می‌ باشد که برای محیط زیست و انسان زیان‌ آور هستند. بنابراین هدف اصلی از انجام این پژوهش بررسی کارایی فرایند فتوکاتالیستی نانوذره ‌های روی اکسید در حذف کادمیوم دو ظرفیتی از محیط‌ های آبی در  حضور فنل و فرمات در سامانه ناپیوسته می‌ باشد. ابتدا ساخت راکتور صورت گرفت. برای بررسی نقش فرایند جذب، محلول به مدت 30 دقیقه در تاریکی به تعادل رسید. سپس در حضور نور UV، تأثیر پارامتر‌های گوناگون بررسی شد. به این ترتیب که، ابتدا با تغییر pH محیط و ثابت نگه داشتن دیگر عامل‌ های مؤثر، مقدار pH بهینه به دست آمد. سپس، تأثیر میزان نانو ذره‌ها، غلظت کادمیوم، زمان مواجهه و حضور فنل و فرمات، بر کارایی حذف هر یک از آن‌ها، بررسی شد. هرچند با افزایش pH راندمان حذف کادمیوم افزایش می‌ یابد اما به منظور حفظ کادمیوم به شکل محلول در نمونه، از 7=pH در آزمایش ‌ها استفاده شد. با افزایش زمان مواجهه، راندمان حذف افزایش یافت و میزان بهینه نانو ذره ‌ها برابر با g/L2 به دست آمد. همچنین راندمان حذف با افزایش غلظت کادمیوم کاهش یافت. مشخص شد که حضور فنل و فرمات سبب افزایش کارایی حذف کادمیوم می ‌شود. در مجموع نتیجه‌های به دست آمده از انجام آزمایش ‌ها مشخص کرد که می ‌توان از فرایند UV/ZnO به عنوان یک روش مؤثر برای حذف کادمیوم در حضور فنل و فرمات استفاده کرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Hachem C., Bocquillon F., Zahraa O., Bouchy M., Decolourization of Textile Industry Wastewater by the Photocatalytic Degradation Process, Dyes and Pigments, 49(2): 117-125 (2001).

[2] Gupta V.K., Jain C.K., Ali I., Sharma M., Saini V.K., Removal of Cadmium and Nickel from Wastewater Using Bagasse Fly Ash- a Sugar Industry Waste, Water Research, 37 (16): 4038-4044 (2003).

[3] Clares M.E., Guerrero M. G., García-González M., Cadmium Removal by Anabaena sp. ATCC 33047 Immobilized in Polyurethane Foam, International Journal of Environmental Science and Technology, 12 (5): 1793-1798 (2015).

[4] Taty-Costodes V. C., Fauduet H., Porte C., Delacroix A., Removal of Cd(II) and Pb(II) Ions, from Aqueous Solutions, by Adsorption onto Sawdust of Pinus Sylvestris, Journal of Hazardous Materials, 105 (1-3): 121-142 (2003).

[5] Vaxevanidou K., Papassiopi N., Paspaliaris I., Removal of Heavy Metals and Arsenic from Contaminated Soils using Bioremediation and Chelant Extraction Techniques, Chemosphere, 70 (8): 1329-1337 (2008).

[6] Xie B., Zhang H., Cai P., Qiu R., Xiong Y., Simultaneous Photocatalytic Reduction of Cr(VI) and Oxidation of Phenol Over Monoclinic BiVO4 under Visible Light Irradiation, Chemosphere, 63 (6): 956-963 (2006).

[7] Rengaraj S., Moon S.-H., Sivabalan R., Arabindoo B., Murugesan V., Removal of Phenol from Aqueous Solution and Resin Manufacturing Industry Wastewater Using an Agricultural Waste: Rubber Seed Coat, Journal of Hazardous Materials, 89 (2-3): 185-196 (2002).

[8] Wei T.-Y., Wang Y.-Y., Wan C.-C., Photocatalytic Oxidation of Phenol in the Presence of Hydrogen Peroxide and Titanium Dioxide Powders, Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 55 (1): 115-126 (1990).

[9] Yu B., Zhang Y., Shukla A., Shukla S. S., Dorris K. L., The Removal of Heavy Metals from Aqueous Solutions by Sawdust Adsorption- Removal of Lead and Comparison of Its Adsorption with Copper, Journal of Hazardous Materials, 84 (1): 83-94 (2001).

[10] Mishra T., Hait J., Aman N., Jana R. K., Chakravarty S., Effect of UV and Visible Light on Photocatalytic Reduction of Lead and Cadmium Over Titania Based Binary Oxide Materials, Journal of Colloid and Interface Science, 316 (1): 80-84 (2007).

[11] Prairie M. R., Evans L. R., Stange B. M., Martinez S. L., An Investigation of Titanium Dioxide Photocatalysis for the Treatment of Water Contaminated with Metals and Organic Chemicals, Environmental Science & Technology, 27 (9): 1776-1782 (1993).

[12] Modirshahla N., Behnajady M. A., Jangi Oskui M. R., Investigation of the Efficiency of ZnO Photocatalyst in the Removal of p-Nitrophenol from Contaminated Water, Iranian Journal of Chemistry and Chemical Engineering (IJCCE), 28 (1): 49-55 (2009).

[13] Khatamian M., Daneshvar N., Sabaee S., Heterogeneos Photocatalytic Decolorization of Brown NG by TiO2-UV Process, Iranian Journal of Chemistry and Chemical Engineering (IJCCE), 29 (3): 19-25 (2010).

[14] Junbo Z., Di M., Hong Z., An L., Jiao L. M., Shengtian H., Jianzhang L., Photocatalytic Decolorization of Methyl Orange Solution with Potassium Peroxydisulfate, Central European Journal of Chemistry, 6 (2): 245-252 (2008).

[15] Ohashi T., Sugimoto T., Sako K., Hayakawa S., Katagiri K., Inumaru K., Enhanced Photocatalytic Activity of Pt/WO3 Photocatalyst Combined with TiO2 Nanoparticles by Polyelectrolyte-Mediated Electrostatic Adsorption, Catalysis Science and Technology, 5 (2): 1163-1168 (2015).

[16] Nguyen V.N.H., Amal R., Beydoun D., Effect of Formate and Methanol on Photoreduction/Removal of Toxic Cadmium Ions Using TiO2 Semiconductor as Photocatalyst, Chemical Engineering Science, 58 (19): 4429-4439 (2003).

[17] American Public Health A., American Water Works, A. "Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater: Selected Analytical Methods Approved and Cited by the United States Environmental Protection Agency", American Public Health Association (1981).

[18] Lee S. M., Lee T. V., Choi B. J., Yang J. K., Treatment of Cr(VI) and Phenol by Illuminated TiO2, Journal of Environmental Science and Health, Part A, 28 (10): 2219-2228 (2003).

[19] Lee S.-M., Lee T.-W., Choi B.-J., Yang J.-K., Treatment of Cr(VI) and Phenol by Illuminated TiO2, Journal of Environmental Science and Health, Part A, 38 (10): 2219-2228 (2003).

[20] Bedja I., Kamat P. V., Capped Semiconductor Colloids. Synthesis and Photoelectrochemical Behavior of TiO2 Capped SnO2 Nanocrystallites, The Journal of Physical Chemistry, 99 (22): 9182-9188 (1995).

[21] Chen T., Zhou Z., Han R., Meng R., Wang H., Lu W., Adsorption of Cadmium by Biochar Derived from Municipal Sewage Sludge: Impact Factors and Adsorption Mechanism, Chemosphere, 134 286-293 (2015).

[22] Chen D., K. Ray A., Removal of Toxic Metal ions from Wastewater by Semiconductor Photocatalysis, Chemical Engineering Science, 56 (4): 1561-1570 (2001).

[23] Shao D., Wang X., Fan Q., Photocatalytic Reduction of Cr(VI) to Cr(III) in Solution Containing ZnO or ZSM-5 Zeolite Using Oxalate as Model Organic Compound in Environment, Microporous and Mesoporous Materials, 117 (1-2): 243-248 (2009).

[24] Yang J.-K., Lee S.-M., Removal of Cr(VI) and Humic Acid by Using TiO2 Photocatalysis, Chemosphere, 63 (10): 1677-1684 (2006).

[25] Kashif N., Ouyang F., Parameters Effect on Heterogeneous Photocatalysed Degradation of Phenol in Aqueous Dispersion of TiO2, Journal of Environmental Sciences, 21 (4): 527-533 (2009).

[26] Suja P. D., Suguna Y., Photocatalytic Degradation of Phenol in Water Using Tio2 and ZnO, Environmental  Biology, 31 247-249 (2010).

[27] Daneshvar N., Salari D., Behnasuady M. A., Decomposition of Anionic Sodium Dodecylnemzene Sulfonate by UV/TiO2 and UV/H2O2 Processes a-Comparison of Reaction Rates, Iranian Journal of Chemistry and Chemical Engineering (IJCCE), 21 (1): 55-62 (2002).

[28] Pardeshi S. K., Patil A. B., A Simple Route for Photocatalytic Degradation of Phenol in Aqueous Zinc Oxide Suspension Using Solar Energy, Solar Energy, 82 (8): 700-705 (2008).

[29] Selli E., De Giorgi A., Bidoglio G., Humic Acid-Sensitized Photoreduction of Cr(VI) on ZnO Particles, Environmental Science & Technology, 30 (2): 598-604 (1996).