تهیه الکتروکاتالیست NiTiO3 جهت تصفیه پساب حاوی آلاینده رنگ آزو به کمک فرآیند اکسایش آندی

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 گروه شیمی فیزیک، دانشکده شیمی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

2 مرکز پایش و نظارت بر کیفیت شرکت آب و فاضلاب استان آذربایجان شرقی، ایران

چکیده

در این پژوهش، الکتروکاتالیست NiTiO3 به روش سل-ژل تهیه گردید و به کمک روش الکتروفورتیک روی سطح گرافیت پوشش داده شد. آنالیزهای متعددی به منظور بررسی خصوصیات ریخت­شناسی میکروسکوپی و ساختاری NiTiO3 انجام شد. ذرات NiTiO3 به شکل کروی و در سایز نانو به دست آمد. در ادامه، نتایج آزمون ولتامتری چرخه‌ای نشان داد که الکترود NiTiO3/G  نسبت به الکترود G با داشتن پتانسیل اکسیداسیون در محدوده mV 2/0 الکتروفعال بوده و بهتر در واکنش اکسایش آندی شرکت خواهد کرد. از طرفی نتایج آزمون امپدانس، مقاومت انتقال بار کم‌تری را برای الکترود NiTiO3/G در مقایسه با الکترود G نشان داد که باعث تسریع در فرآیند تخریب آلاینده می‌شود. سرانجام، الکتروکاتالیست NiTiO3  برای حذف آلاینده ری اکتیو بلک 5 (RB5) از محلول آبی توسط فرآیند اکسایش آندی مورد استفاده قرار گرفت. به این منظور راکتور واکنش با الکترود آندی NiTiO3/G و الکترود کاتدی گرافیت به کار گرفته شد. اثر شدت جریان، pH  اولیه، غلظت اولیه RB5 و زمان فرآیند بر راندمان حذف RB5 مورد بررسی قرار گرفت و روش سطح پاسخ برای بهینه‌سازی فرآیند اکسایش آندی استفاده شد. نتایج نشان داد که در شدت جریان، pH، غلظت اولیه RB5 و زمان فرآیند به ترتیب، mA 500، 6، mg/L 20 و 200 دقیقه، حداکثر راندمان حذف RB5 حاصل می‌گردد. بر این اساس چنین روشی برای تصفیه آب‌های آلوده به RB5 کاربرد خواهد داشت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Ansari Ouzi Z., Aber S., Nofouzi K., Khajeh R. T., Rezaei A., Carbon Paste/LDH/Bacteria Biohybrid for the Modification of the Anode Electrode of a Microbial Fuel Cell, J. Taiwan Inst. Chem. Eng., 142: 104668 (2023).
[2] Zafar S., Bukhari D. A., Rehman A., Azo Dyes Degradation by Microorganisms – An Efficient and Sustainable Approach, Saudi J. Biol. Sci., 29(12): 103437 (2022).
[4] Rajendran S., Priya T.A.K., Khoo K. Sh., Hoang T. K.A., Ng H.S., Halimatul Munawaroh H. S., Karaman C., Orooji Y., Show P. L., A Critical Review on Various Remediation Approaches for Heavy Metal Contaminants Removal from Contaminated Soils, Chemosphere, 287: 132369 (2022).
[5] Amali S., Zarei M., Ebratkhahan M., Khataee A., Preparation of Fe@Fe2O3/3D Graphene Composite Cathode for Electrochemical Removal of Sulfasalazine, Chemosphere, 273: 128581 (2021).
[6] Padervand M., Ghasemi Sh., Hajiahmadi S., Rhimi B., Ghobadi Nejad Z., Karima S., Shahsavari Z., Wang Ch., Multifunctional Ag/AgCl/ZnTiO3 Structures as Highly Efficient Photocatalysts for the Removal of Nitrophenols, CO2 Photoreduction, Biomedical Waste Treatment, and Bacteria Inactivation, Appl. Catal. Gen., 643: 118794 (2022).
[7] Pezhhanfar S., Farajzadeh M. A., Abdollahi B., Hosseini-Yazdi S. A., Ashar Mogaddam M. R., Development of an Extraction Method Based on a Zirconium-based Metal Organic Framework for the Detection and Determination of some Pesticides in Juice Samples Using GC-FID, Anal. Bioanal. Chem. Res., 9(4): 319–330 (2022).
[10] Saghi M., Shokri A., Arastehnodeh A., Khazaeinejad M., Nozari A., The Photo Degradation of Methyl red in Aqueous Solutions by α-Fe2O3/SiO2 Nano Photocatalyst, J. Nanoanalysis, 5(3): 163–170 (2018).
[12] Najafidoust A., Abdollahi B., Asl E. A., Karimi R., Synthesis and Characterization of Novel M@ZnO/UiO-66 (M = Ni, Pt, Pd and Mixed Pt&Pd) as an Efficient Photocatalyst Under Solar Light, J. Mol. Struct., 1256: 132580 (2022).
[13] Liu L., Chen Z., Zhang J., Shan D., Wu Y., Bai L., Wang B., Treatment of Industrial dye Wastewater and Pharmaceutical Residue Wastewater by Advanced Oxidation Processes and Its Combination with Nanocatalysts: A Review, J. Water Process Eng., 42: 102122 (2021).
[14] Dihom H. R., Al-Shaibani M. M., Radin Mohamed R. M. S., Al-Gheethi A. A., Sharma A., Khamidun M. H. B., Photocatalytic Degradation of Disperse azo Dyes in Textile Wastewater Using Green Zinc Oxide Nanoparticles Synthesized in Plant Extract: A Critical Review, J. Water Process Eng., 47: 102705 (2022).
[16] Khataee A., Arefi-Oskoui S., Abdollahi B., Hanifehpour Y., Joo S. W., Synthesis and Characterization of PrxZn1−xSe Nanoparticles for Photocatalysis of Four Textile Dyes with Different Molecular Structures, Res. Chem. Intermed., 41(11): 8425–8439 (2015).
[17] Honarmandrad Z., Sun X., Wang Z., Naushad M., Boczkaj G. Activated Persulfate and Peroxymonosulfate Based Advanced Oxidation Processes (AOPs) for Antibiotics Degradation – A Review, Water Resour. Ind., 29: 100194 (2023).
]19[ عبدالمحمدی، شهرزاد؛ جانی تبار درزی، سیمین؛ ایران فر، شیدا، کاربرد نانوذره‌های ZnO آلاییده شده با رنگ رز بنگال در تخریب فوتوکاتالیستی آلاینده‌هاى فنلى با تابش نور مرئى، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (3)39: 47-53، (1399).
[20] Shokri A. and Mahanpoor K., Removal of Ortho-Toluidine from Industrial Wastewater by UV/TiO2 Process, J. Chem. Health Risks, 6(3): (2016).
[21] M'Arimi M. M., Mecha C. A., Kiprop A. K., Ramkat R., Recent Trends in Applications of Advanced Oxidation Processes (AOPs) in Bioenergy Production: Review, Renew. Sustain. Energy Rev., 121: 109669 (2020).
[22] Mohammadi R., Masoumi B., Mashayekhi R., Hosseinian A., Fe3O4/Polystyrene-Alginate Nanocomposite as a Novel Adsorbent for Highly Efficient Removal of Dyes, Iran. J. Chem. Chem. Eng., 41(11): 3632-3645 (2022).
[24] Najafidoust A., Abdollahi B., Abbasi Asl E., Karimi R., Synthesis and Characterization of Novel M@ZnO/UiO-66 (M = Ni, Pt, Pd and Mixed Pt&Pd) as an Efficient Photocatalyst Under Solar Light, J. of Mole. Str., 1256: 132580 (2022).
[27] Luna Y. De and Bensalah N., Review on the Electrochemical Oxidation of Endocrine-Disrupting Chemicals using BDD Anodes, Curr. Opin. Electrochem., 32: 100900 (2022).
[30] Padervand M., Lammel G., Bargahi A., Mohammad-Shiri H., Photochemical Degradation of the Environmental Pollutants Over the Worm-Like Nd2CuO4-Nd2O3 Nanostructures, Nano-Struct. Nano-Objects, 18: 100258 (2019).
[31] Hodges B. C., Cates E. L., Kim J.-H., Challenges and Prospects of Advanced Oxidation Water Treatment Processes using Catalytic Nanomaterials, Nat. Nanotechnol., 13(8): 642–650 (2018).
[32] Lin N., Gong Y., Wang R., Wang Y., Zhang X., Critical Review of Perovskite-Based Materials in Advanced Oxidation System for Wastewater Treatment: Design, Applications and Mechanisms, J. Hazard. Mater., 424: 127637 (2022).
[33] Zhang H., Ji X., Xu H., Zhang R., Zhang H., Design and Modification of Perovskite Materials for Photocatalytic Performance Improvement, J. Environ. Chem. Eng., 11(1): 109056 (2023).
[35] Barman S. and Sahu P. P., NiTiO3 Perovskite Nanoparticles for Highly Durable Hydrogen and Oxygen Evolution in Water Splitting, in 2022 IEEE Global Conference on Computing, Power and Communication Technologies (GlobConPT),  (2022).
[36] Rezaei A., Aber S., Roberts D. J., Javid GA A., Synthesis and Study of CuNiTiO3 as an ORR Electrocatalyst to Enhance Microbial Fuel Cell Efficiency, Chemosphere, 307: 135709 (2022).
[38] Yuvaraj S., Nithya V.D., Saiadali Fathima K., Sanjeeviraja C., Kalai Selvan G., Arumugam S., Kalai Selvan R., Investigations on the Temperature Dependent Electrical and Magnetic Properties of NiTiO3 by Molten Salt Synthesis, Mater. Res. Bull., 48(3): 1110–1116 (2013).
[40] Du X., Oturan, M. A., Minghua Z., Belkessa N., Su P., Cai J., Trellu C., Mousset E., Nanostructured Electrodes for Electrocatalytic Advanced Oxidation Processes: From Materials Preparation to Mechanisms Understanding and Wastewater Treatment Applications, Appl. Catal. B Environ., 296: 120332 (2021).
[41] Yang X., Zou R., Huo F., Cai D., Xiao D., Preparation and Characterization of Ti/SnO2–Sb2O3–Nb2O5/PbO2 Thin Film as Electrode Material for the Degradation of Phenol, J. Hazard. Mater., 164(1): 367–373 (2009).
[42] Babaei T., Zarei M., Hosseini M. G., Hosseini M. M., Electrochemical Advanced Oxidation Process of Phenazopyridine Drug Waste Using Different Ti-Based IrO2-Ta2O5 Anodes, J. Taiwan Inst. Chem. Eng., 117: 103–111 (2020).
[43] Jamal Sisi A., Fathinia M., Khataee A., Orooji Y., Systematic Activation of Potassium Peroxydisulfate with ZIF-8 Via Sono-Assisted Catalytic Process: Mechanism and Ecotoxicological Analysis, J. Mol. Liq., 308: 113018 (2020).
[46] Abdel-Aziz M. H., Bassyouni M., Zoromba M. S., Alshehri A. A., Removal of Dyes from Waste Solutions by Anodic Oxidation on an Array of Horizontal Graphite Rods Anodes, Ind. Eng. Chem. Res., 58(2): 1004–1018 (2019).