بررسی فرآیند پراکسی کوآگولاسیون برای حذف الکتروشیمیایی مقادیر کم مواد رنگزای آلی از آبهای آلوده شده با استفاده از کربن فعال و نانولوله های کربنی
چکیده
در کار پژوهشی حاضر فرآیند پراکسی کوآگولاسیون برای رنگزدائی ماده رنگزای زرد بازی 2 از محلولهای آبی با استفاده از الکترودهای کربن- پلی تترافلوئورواتیلن (c-ptfe) و نانولوله های کربن - پلی تترافلوئورواتیلن (cnt-ptfe) بعنوان کاتد بکار برده شد. در ابتدا، جهت ساخت الکترودهای c-ptfe و cnt-ptfe، ترکیبی از نانولوله های کربن با قطر خارجی nm15-8 یا کربن فعال، پلی تترافلوئورواتیلن، آب مقطر و بوتانول تهیه و بر روی ورق کربنی نشانده شد. در ادامه، رفتار الکتروشیمیایی الکترودهای ساخته شده و مقدار پراکسید هیدروژن تولید شده در سطح الکترودهای گرافیت، c-ptfe و cnt-ptfe مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که مقدار h2o2 تولید شده بوسیله الکترود cnt-ptfe سه برابر الکترود c-ptfe و سی برابر الکترود گرافیت می باشد. ویژگیهای الکترودهای ساخته شده بوسیله تصاویر sem و afm بررسی گردید. نتایج تصاویر sem و afm نشان داد که الکترود ساخته شده از نانولوله های کربن نسبت به الکترود ساخته شده از کربن فعال دارای مساحت سطح ویژه بالایی بوده و این امر موجب افزایش تولید پراکسید هیدروژن در سطح آن و حذف بیشتر آلاینده ها می شود. در ادامه کار پژوهشی، تأثیر پارامترهای عملیاتی مانند شدت جریان الکتریکی، ph اولیه محلول و غلظت اولیه ماده رنگزا بر راندمان رنگزدائی با هر دو نوع الکترود ساخته شده مطالعه گردید. بر اساس نتایج حاصل، میزان رنگزدائی محلول زرد بازی 2 طی فرآیند پراکسی کوآگولاسیون در مدت 10 دقیقه الکترولیز با استفاده از الکترودهای c-ptfe و cnt-ptfe به ترتیب برابر با 62% و 96% می باشد. تخریب و معدنی شدن ماده رنگزای زرد بازی 2 بوسیله اندازه گیری کل کربن آلی (toc) آن بررسی شد و مشخص گردید که بعد از 6 ساعت الکترولیز، الکترودهای c-ptfe و cnt-ptfe به ترتیب قادر به حذف 81% و 92% از مواد آلی محلول می باشند. حدواسط ها و محصولات تولید شده در جریان تخریب ماده رنگزای زرد بازی 2 طی فرآیند پراکسی کوآگولاسیون، با استفاده از دستگاه gc-ms شناسایی شدند و بر اساس محصولات شناسایی شده، مکانیسمی برای حذف ماده رنگزای زرد بازی 2 پیشنهاد گردید. به منظور مدلسازی فرآیند پراکسی کوآگولاسیون با هر دو نوع الکترود c-ptfe و cnt-ptfe، از مدل شبکه عصبی مصنوعی استفاده شد که نتایج تجربی و نتایج حاصل از مدل شبکه عصبی مصنوعی مطابقت خوبی را نشان دادند و ضریب همبستگی رگرسیون برای الکترودهای c-ptfe و cnt-ptfe به ترتیب برابر با 972/0 و 992/0 بدست آمد. همچنین از روش رویه پاسخ (rsm) برای مدلسازی و بهینه سازی فرآیند پراکسی کوآگولاسیون با کاتد cnt-ptfe استفاده شد و تأثیرات منفرد و متقابل متغیرهای مستقل فرآیند بر روی متغیر پاسخ (راندمان رنگزدائی) بررسی گردید. شرایط بهینه بدست آمده توسط روش رویه پاسخ برای متغیرهای زمان الکترولیز، ph اولیه محلول، شدت جریان الکتریکی و غلظت اولیه ماده رنگزا به ترتیب برابر 16 دقیقه، 3، 200 میلی آمپر و 15 میلی گرم بر لیتر تعیین گردید. در انتهای کار پژوهشی، جهت بررسی کارآئی فرآیند در حذف سایر مواد رنگزای آلی، سه نمونه مواد رنگزای دیگر (آبی بازی 3، مالاشیت سبز و قرمز بازی 46) که دارای ساختارهای متفاوت از زرد بازی 2 می باشند انتخاب و حذف آنها بصورت جداگانه و مخلوط آنها با زرد بازی 2 مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که فرآیند پراکسی کوآگولاسیون با الکترود ساخته شده از نانولوله های کربنی قادر به حذف بیش از 90% از آلاینده های مذکور در کمتر از 10 دقیقه می باشد.