بکارگیری طراحی آزمایش تاگوچی در تعیین شرایط بهینه واکنش تجزیه فوتوکاتالیستی آلاینده آزویی Sunset Yellow FCF با استفاده از نانوذرات نقره در واکنشگاه نوری

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسنده

گروه شیمی، واحد تویسرکان، دانشگاه آزاد اسلامی، تویسرکان، ایران

چکیده

در این مطالعه نانوذرات نقره به عنوان کاتالیست در واکنش تجزیه فوتوکاتالیستی رنگ آزویی (SYF) Sunset Yellow FCF در محلول آبی مورد بررسی قرار گرفت. نانوذرات نقره با استفاده از عصاره آبی برگ درخت گردو تهیه شد. سنتز نانوذرات نقره با استفاده از شیمی سبز که روشی سازگار با محیط زیست، کم هزینه، سریع و بی­خطر می­باشد، پرداخته شده است. عصاره ­گیری با روشی آسان و همچنین سنتز نانوذرات نقره در مدت زمان کم و با راندمان بالا انجام شد. خواص و ویژگی­ های نانو ذرات نقره به وسیله میکروسکوپ الکترونی­ روبشی، تجزیه عنصری با روش طیف شناسی تفکیک انرژی، پراش اشعه ایکس و طیف سنجی فروسرخ تبدیل فوریه بررسی شد. شرایط بهینه تجزیه رنگ از روش طراحی آزمایش تاگوچی با آرایه متعامد (L9(34)) تعیین شد. تجزیه و تحلیل پاسخ هر آزمایش بر اساس نسبت سیگنال به نویز (S/NL) محاسبه شد. تاثیر فاکتورهای عملیاتی مانند مقدارکاتالیست، pH، زمان تابش­دهی و دما در سه سطح برای هر فاکتور مورد بررسی قرار گرفت. نتیجه ­های تاگوچی نشان داد که مقدار کاتالیست 20 میلی­گرم بر لیتر (سطح 2)، 4pH= (سطح 1)، زمان تابش ­دهی 45 دقیقه (سطح3) و دما 30 درجه سلسیوس (سطح 3) شرایط بهینه برای این واکنش بود. بیشترین تاثیر هر فاکتور در واکنش از تحلیل آنالیز واریانس بدست آمد. موثرترین فاکتور، pH بود. برهمکنش بین دو فاکتور pH و مقدارکاتالیست بیشترین تاثیر را داشت. تحلیل آنالیز واریانس اولیه نشان داد که مقدار درصدp (p%) فاکتورهای: مقدارکاتالیست (%002/12)، pH (%298/46)، زمان تابش ­دهی (%311/35) و دما (%383/6) بود. سهم هر فاکتور در تجزیه رنگ به ترتیب مقدارکاتالیست (142/0)، pH (431/0)، زمان تابش­ دهی (397/0) و دما (18/0) یافت شد. واکنش سینتیک شبه درجه اول با ثابت سرعت  min−10721/0k= برای تجزیه فوتوکاتالیستی رنگ مشاهده شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Galdiero S., Falanga A., Vitiello M., Cantisani M., Marra V., Galdiero M., Silver Nanoparticles as Potential Antiviral Agents, Molecules, 16(10): 8894-8918 (2011).
[2] Mittal A.K., Bhaumik J., Kumar S., Banerjee U.C., Biosynthesis of Silver Nanoparticles: Elucidation of Prospective Mechanism and Therapeutic Potential, J. Coll. Interface Sci., 415: 39-47 (2014).
[3] Jung J.H., Oh H.C., Noh H.S., Ji J.H., Kim S.S., Metal Nanoparticle Generation Using a Small Ceramic Heater with a Local Heating Area, J. Aerosol Sci., 37(12): 1662-1670 (2006).
[6] Waksmundzka-Hajnos M., Sherma J., Kowalska T., "Thin Layer Chromatography in Phytochemistry", 1nd Edition, CRC Press, Boca Raton, (2008).
[7] Sharma V.K., Yngard R.A., Lin Y., Silver Nanoparticles: Green Synthesis and Their Antimicrobial Activities, Advances Coll. Interface Sci., 145(1-2): 83-96 (2009).
[8] Karpudewan M., Ismail Z., Roth W.M., Ensuring Sustainability of Tomorrow Through Green Chemistry Integrated with Sustainable Development Concepts (SDCs), Chem. Educ. Res. Pract., 13(2): 120-127 (2012).
[9] Karpudewan M., Ismail Z.H., Mohamed N., "Enhancing The Acquisition of Concepts Central To Sustainable Development Through Green Chemistry", In The Second İnternational Conference On Science And Mathematics Education, Seameo Recsam, Penang, Malaysia, (2007).
[10] Zollinger H., "Color Chemistry Synthesis, Properties, and Applications of Organic Dyes and Pigments", third revised Edition, Wiley-VCH, (2003).
[11] Waring D.R., Hallas G., "The Chemistry and Application of Dyes", Plenum Press, New York, (1990).
[14] Mosayebian M.E., Moradi R., Mahanpoor, K., Modeling the Degradation of SUNSET Yellow FCF Azo Dye by Fe2O3/Bentonite Catalyst using Artificial Neural Networks, J. Nanoanalysis., 8: 209-220 (2021).
[15] عیدی زاده، منا؛ آذری، احمد؛ بهینه­سازی پارامترهای جذب همزمان کروم (III) و مس (II) از پساب به­وسیله کیتوزان با استفاده از طراحی آزمایش تاگوچی، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، )3)36: 115 تا 124 (1396).
[16] Elizalde-Gonzalez M.P., Hernandez-Montoya V., Removal of Acid Orange 7 by Guava Seed Carbon: A Four Parameter Optimization Study, J. Hazard. Mater., 168: 515-522 (2009).
[17] Balavi H., Samadanian-Isfahani S., Mehrabani-Zeinabad M., Edrissi M., Preparation and Optimization of CeO2 Nanoparticles and Its Application in Photocatalytic Degradation of Reactive Orange 16 Dye, Powder Technol., 249: 549-555 (2013).
[18] Bayat Bid koopeh R., Ebrahimi M., Keyvani B., Removal of Acid red 206 Dye in Pollutant Water by ZnFe2O4/Bentonite as a Nanophotocatalyst in Batch Reactor Using Taguachi Method, J. Water and Wastewater, 24: 128-136 (2013).
[19] Edrissi M., Samadanian-Isfahani S., Soleymani M., Preparation of Cobalt Molybdate Nanoparticles; Taguchi Optimization and Photocatalytic Oxidation of Reactive Black 8 Dye, Powder Technol, 249: 378-385 (2013).
[20] Arbabi M., Ahmadi M.A., Sedehi M., Optimization of Removal of COD and Color from Baker’s Yeast Wastewater by  FENTON OXIdation, Iran. J. Health and Environ., 7: 375-384 (2014).
[21] Padervand M., Nasiri F., Hajiahmadi S., Bargahi A., Esmaeili S., Amini M., Nami R.K., Shahsavari Z., Karima S., Ag@Ag2MoO4 Decorated Polyoxomolybdate/C3N4 Nanostructures as Highly Efficient Photocatalysts for the Wastewater Treatment and Cancer Cells Killing Under Visible Light, Inorganic Chem. Communications, 141: 109500 (2022).
[22] Padervand M., Jalilian E., Majdani R., Goshadezehn M., BiOCl/AgCl-BiOI/AgI Quaternary Nanocomposite for the Efficient Photodegradation of Organic Wastewaters and Pathogenic Bacteria Under Visible Light, J. Water Process Eng., 29: 100789 (2019).
[24] Padervand M., Ghasemi S., Hajiahmadi S., Rhimi B., Nejad Z.G., Karima S., Shahsavari Z., Wang C., Multifunctional Ag/AgCl/ZnTiO3 Structures as Highly Efficient Photocatalysts for the Removal of Nitrophenols, CO2 Photoreduction, Biomedical Waste Treatment, and Bacteria Inactivation, Applied Catalysis A: General, 643: 118794 (2022).
[27] Shekari-Moghaddam R., Mohammadi M., Hekmatara S.H., Darehkordi A., Salarizadeh P., Green Synthesis of Silver Nanoparticles by Cinnamon Extract and Evaluation of Their Photocatalytic Properties under Visible Light for Degradation of Methyl Orange Dye, J. Nanomater., 13: 49-58 (2021).
[28] Sreemanti D., Jayeeta D., Asmita S.,  Soumya Sundar B.C., Durba D., Anisur R., Khuda-Bukhsh A.R., Biosynthesized Silver Nanoparticles by Ethanolic Extracts of Phytolacca Decandra, Gelsemium Sempervirens, Hydrastis Canadensis and Thuja Occidentalis Induce Differential Cytotoxicity Through G2/M Arrest in A375 Cells, Coll. Surf. B: Biointerfaces, 101: 325 -336 (2013).
[29] Foster W.T., "Basic Taguchi Design of Experiments", National Association of Industrial Technology Conference, Pittsburgh, PA, (2000).
[30] Pundir R., Chary G.H.V.C., Dastidar M.G., Application of Taguchi Method for Optimizing the Process Parameters for the Removal of Copper and Nickel by Growing Aspergillus sp. Water Res. Ind., 20: 83-92 (2018).      
[31] Atil H., Unver Y., A Different Approach of Experimental Design: Taguchi Method, Pakistan j. Biol. Sci., 3: 1538-1540 (2000).
[32] Ranjit K., "Qualitek-4, Software for Automatic Design and Analysis of TAGUCHI Experiments", Bloomfield Hills, Mich.: Nutek, Inc. Limited-capability working copy downloadable from www. Nutek-us.com/wp-q4w.html (1996).
[33] Hussain I., Singh N.B., Singh A., Singh H., Singh, S.C., Green Synthesis of Nanoparticles and Its Potential Application, Biotechnology lett., 38: 545-560 (2016).
[34] Shahverdi A.R., Minaeian S., Shahverdi H.R., Jamalifar H., Nohi A.A., Rapid Synthesis of Silver Nanoparticles Using Culture Supernatants of Enterobacteria: A Novel Biological Approach, Process Biochem., 42: 919-923 (2007).
[36] Sellmann D., Nakamoto K., "Infrared Spectra of Inorganic and Coordination Compounds", Second Edition, John Wiley & Sons, New York, (1971).
[37] Izadiyan Z., Shameli K., Miyake M., Hara H., Eva Binti Mohamad Sh., Kalantari K., Husnaa Mohd Taib S., Rasouli E., Cytotoxicity Assay of Plant-Mediated Synthesized Iron Oxide Nanoparticles Using Juglans Regia Green Husk Extract, Arab. J. Chem., 13: 2011-2023 (2020).
[38] Seifipour R., Nozari M., Pishkar L., Green Synthesis of Silver Nanoparticles Using Tragopogon Collinus Leaf Extract and Study of Their Antibacterial Effects, J. Inorg. Organometallic Polym. Mater., 30: 2926-2936 (2020).
[39] Jebril S., Khanfir Ben Jenana R., Dridi Ch., Green Synthesis of Silver Nanoparticles Using Melia Azedarach Leaf Extract and Their Antifungal Activities: In Vitro and in Vivo, Mater. Chem. Phys., 248: 122898 (2020).
[40] Goncalves M.S.T., Oliveira-Campos A.M.F., Pinto E.M.M.S., Plasencia P.M.S., Queiroz M.J.R.P., Photochemical Treatment of Solutions of Azo Dyes Containing TiO2, Chemosphere, 39: 781-786 (1999).
[42] Zhang T., Oyama T., Aoshima A., Hidaka H., Zhao J., Serpone N., Photooxidative N-Demethylation of Methylene Blue in Aqueous TiO2 Dispersions under UV Irradiation, J. Photochem. Photobiol. A: Chem., 140: 163–172 (2001).
[43] Ross P.J., "Taguchi Techniques for Quality Engineering", Second Edition, McGraw Hill, New York, (1996).
[44] Ma Y., Nie X., Northwood D.O., Hu H., Systematic Study of the Electrolytic Plasma Oxidation Process on a Mg Alloy for Corrosion Protection, Thin Solid Films, 494: 296-301(2006).
[45] Baouali N.Y., Nibou D., Amokrane S., NaY Zeolite and TiO2 Impregnated NaY Zeolite for the Adsorption and Photocatalytic Degradation of Methylene Blue under Sunlight, Iran. J. Chem. Chem. Eng., 41: 1907-1920 (2022).