دانشگاه شیراز

دانشکده فناوری ­های نوین

پایان نامه ­ی کارشناسی ­ارشد­­ در رشته­ی نانو مهندسی­ شیمی

حذف فنول از پساب های صنعتی با استفاده از فناوری نانو

استادان راهنما:

دکتر صمدصباغی

  دکتر رضا پولادی

اسفند ماه 91

چکیده

در این تحقیق حذف فوتو کاتالیستی فنول به عنوان مدلی از آلاینده­ آلی در یک رآکتور بستر سیال تحت تابش­های فرابنفش و مرئی مورد مطالعه قرار گرفته است. تاثیرات کمیت­های مهمی چون pH، غلظت کاتالیست، غلظت فنول و روش­­های سنتز نانوکامپوزیت بر حذف فوتوکاتالیستی فنول مورد بررسی قرار گرفته است. غلظت فنول حذف شده از لحاظ کمی به عنوان تابعی از زمان تابش در اسپکتوفوتومتر مرئی- فرابنفش اندازه گیری شده و نانوکامپوزیت­های مورد استفاده در این کار متشکل از نانوذرات نیمه رساناهای ZnO، CuO و  TiO₂می­باشد.

براساس نتایج آزمایش­ها، سنیتیک حذف فنول از سنیتیک شبه مرتبه اول تبعیت می­کند. نتایج، وابستگی معنادار حذف فوتوکاتالیستی فنول به کمیت­های عامل را نشان دادند. نتایج نشان دهنده­ی این است که در هر دو روش سنتز  نانوکامپوزیت (مخلوط کردن مکانیکی و اشباع سازی مرطوب) نانوکامپوزیت c تحت تابش­های مرئی و فرابنفش بهترین نرخ حذف فنول را دارد. درصد حذف فنول با این نانو کامپوزیت، در روش مخلوط کردن مکانیکی به ترتیب تحت تابش­های مرئی و فرابنفش 11/53 و 20/55 بوده است. همچنین درصد حذف فنول با این نانوکامپوزیت در روش اشباع سازی مرطوب، تحت تابش­های مرئی و فرابنفش به ترتیب 76/62 و 88/63 اندازه گیری شده است . در همه­ی آزمایش­ها pH  بهینه، 5 بود.

کلمات کلیدی: نانو کامپوزیت، اسپکتروفوتومتر، تابش فرابنفش و مریی، اشباع مرطوب

فهرست عناوین

عنوان                                                                                                           صفحه

فصل اول

 مقدمه و کلیات

1-1- فناوری ‌نانو. 1

1-2- اهمیت تصفیه آب.. 2

1-2-1- نانو فناوری و تصفیه آب.. 4

1-3- روش های مختلف تصفیه پساب.. 6

1-3-1- تصفیه بیولوژیکی.. 7

1-3-2- تجزیه گرمایی.. 8

1-3-3- جذب و دفع.. 8

1-3-3-1-  شناورسازی با هوا 9

1-3-3-2- کربن فعال.. 9

1-3-3-2-1- تصفیه با کربن فعال دانه ای(GAC) 10

1-3-3-2-2- تصفیه با کربن فعال پودری (PAC) 10

1-3-3-2-3-  بازیابی کربن فعال.. 11

1-3-4- فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته. 12

1-3-4-1- فوتوکاتالیست.. 14

1-4- روش های سنتز. 17

1-4-1- روش سل- ژل.. 17

1-4-1-1-انواع فرایند سل- ژل.. 19

1-4-1-1-1- مسیر الکوکسیدی.. 19

1-4-1-1-2- مسیر کلوئیدی.. 20

1-4-1-2- مراحل فرآیند سل- ژل.. 20

1-4-2- روش هیدروترمال.. 21

1-5- فنول و ویژگیهای آن.. 22

فصل دوم

مروری بر تحقیقات انجام شده. 26

فصل سوم

روش سنتز و انجام آزمایشات.. 36

3-1- تصفیه پساب و اهمیت آن.. 36

3-1-1-1- فرآیند فوتوکاتالیستی مستقیم. 42

3-1-1-1-1- فرآیند فوتوکاتالیستی همگن- فرآیند لانگمیر- هینشلوود. 42

3-1-1-1-2- فرآیند الای- رایدیل.. 43

3-1-1-2- فرآیند فوتوکاتالیستی غیر مستقیم. 43

3-2-آزمایشگاه. 45

3-2-1- شناخت و تهیه مواد و وسایل موردنیاز برای انجام کارهای آزمایشگاهی.. 45

3-2- 3- دستگاه و روش ساخت.. 46

3-2-4- روی اکسید ZnO.. 48

3-2-4- 1- سنتزZnO.. 50

3-2-5- سنتز  CuO.. 51

3-2-6- حذف فنول از پساب.. 52

3-2-6-1- روش مخلوط کردن مکانیکی.. 52

3-2-6-2- روش اشباع سازی مرطوب.. 53

3-2-7- تهیه محلول آزمایشگاهی حاوی فنول.. 55

3-2-8- شناسایی محلول مجهول.. 55

3-2-9- انجام آزمایش های مورد نظر. 56

فصل چهارم

نتایج و بحث.. 60

4-1- کاتالیست ساخته شده از روش مخلوط کرن مکانیکی.. 60

4-1-1- بهینه سازی نوع کاتالیست در تابش فرابنفش… 60

4-1-2- بهینه سازی نوع کاتالیست درنور مرئی.. 62

4-1-3- بهینه سازی pHبرای کاتالیست بهینه. 63

4-1-3-1- بهینه سازی pHبرای کاتالیست بهینه در نور فرابنفش… 63

4-1-3-2- بهینه سازی pHبرای کاتالیست بهینه در نور مرئی.. 65

4-1-3-3- مقایسه انواع کاتالیست مکانیکی در نور فرابنفش و نور مرئی.. 66

4-1-3-4- زمان.. 66

4-1-3-4-1- زمان بهینه در نور مرئی.. 66

4-1-3-4-2- زمان بهینه در نور فرابنفش… 67

4-2- کاتالیست ساخته شده از روش اشباع سازی مرطوب.. 69

4-2-1- بهینه سازی نوع کاتالیست در تابش فرابنفش… 71

4-2-2- بهینه سازی نوع کاتالیست در تابش مرئی.. 72

4-2-3- بهینه سازی pHبرای کاتالیست بهینه. 73

4-2-3-1- بهینه سازی pHبرای کاتالیست بهینه در نور فرابنفش… 73

4-2-3-2- بهینه سازی pHبرای کاتالیست بهینه در نور مرئی.. 74

4-2-3-3- مقایسه میزان جداسازی نانوکامپوزیت در نورمرئی و فرابنفش… 74

4-2-3-4- زمان بهینه. 75

4-2-3-4-1- زمان بهینه در نور مرئی.. 75

4-2-3-4-1- زمان بهینه در نور فرابنفش… 76

فصل پنجم

نتیجه گیری و پیشنهادات.. 78

5-1- نتایج.. 78

5-2-پیشنهادات.. 79

فصل ششم

6- فهرست منابع.. 82

 فهرست اشکال

عنوان شکل                                                                                                                             صفحه

شکل1- 1- روش سل- ژل و محصولات آن در مسیر. 18

شکل1-2- ساختار مولکولی فنول.. 23

شکل2- 1-تاثیر فرآیند های مختلف در زمان های مختلف و 3= pH…..…….……….…………………..30

شکل2- 2-تاثیر فرآیند های مختلف در زمان های مختلف و7= pH.. 31

شکل2- 3-تاثیر فرآیند های مختلف در زمان های مختلف و 11= pH .. 31

شکل3- 1- نمایی از فرآیند فوتوکاتالیستی با تیتانیا و نور فرابنفش………………………………………….41

شکل3- 2- لامپ فرابنفش مورداستفاده در فوتورآکتور. 46

شکل3- 3- درپوش مورد استفاده در فوتورآکتور. 47

شکل3- 4- فوتورآکتور. 48

شکل3- 5- میانگین اندازه ذرات روی اکسید سنتز شده. 51

شکل3- 6- میانگین اندازه ذرات مس اکسید. 52

شکل3- 7- خط بدست آمده جهت شناسایی مجهول.. 56

شکل4- 2- بهینه سازی کاتالیست در نور فرابنفش(غلظت در مقابل زمان)………………………..61

شکل4- 3- بهینه سازی نوع کاتالیست در نور مرئی(جذب در مقابل طول موج) 62

شکل4- 4- بهینه سازی کاتالیست در نور مرئی(غلظت در مقابل زمان) 63

شکل4- 5-  pH بهینه برای کاتالیست در نور فرابنفش… 65

شکل4- 6- pH بهینه برای کاتالیست مکانیکی در نور مرئی 65

شکل4- 7- مقایسه  pH بهینه برای کاتالیست در نور فرابنفش و نور مرئی.. 66

شکل4- 8- بهینه سازی زمان در نور مرئی.. 67

شکل4- 9- استفاده از ترکیب نانوکامپوزیت در فرآیند فوتوکاتالیستی.. 68

شکل4- 10- فعال شدن تیتانیا با کاتالیستی دیگر در نور مرئی. 68

شکل4- 11- بهینه سازی زمان در نور فرابنفش… 69

شکل4- 12- شکل گیری نانوذرات به روش اشباع سازی مرطوب.. 70

شکل4- 13- بهینه سازی نوع کاتالیست در نور فرابنفش(جذب در مقابل طول موج) 71

شکل4- 14- بهینه سازی نوع کاتالیست در نور فرابنفش(غلظت در مقابل زمان) 71

شکل4- 15-  بهینه سازی نوع کاتالیست در نور فرابنفش(جذب در مقابل طول موج) 72

شکل4- 16- بهینه سازی کاتالیست در نور مرئی(غلظت در مقابل زمان) 72

شکل4- 17-  pH بهینه برای کاتالیست در نور فرابنفش… 73

شکل4- 18-  pH بهینه برای کاتالیست در نور مرئی.. 74

شکل4- 19- مقایسه جداسازی انواع نانوکامپوزیت در نور مرئی و فرابنفش… 75

شکل4- 20- بهینه سازی زمان در نور مرئی.. 76

شکل4- 21- بهینه سازی زمان در نور فرابنفش… 76

فهرست جداول

عنوان جدول                                                                                                                     صفحه

جدول1- 1 – میزان مجاز فنول براساس استاندارد HAL.. 12

جدول1- 2- فهرست روشهای مهم و ترکیبی AOPs. 13

 جدول1- 3- انحلال پذیری فنول و برخی از مشتقات کلر و نیتروژن دار آن.. 22

جدول1- 4- برخی از ویژگیهای فنول.. 24

جدول3- 1- درصد جرمی نانوذرات در نانوکامپوزیت مکانیکی………………………………………………………………53

جدول3- 2- درصد جرمی نانوذرات در نانوکامپوزیت اشباع مرطوب.. 54

جدول3- 3- شرایط انجام آزمایش… 58

جدول4- 1- نسبت جرمی انواع کاتالیست ساخته شده از روش مخلوط کردن مکانیکی…………………………..60

جدول4- 2- نسبت جرمی انواع کاتالیست ساخته شده از روش اشباع سازی مرطوب 69

جدول 5- 2- مشخصات نانو کامپوزیت بهینه در دو روش ساخت………………………………..…78

مقدمه و کلیات

 برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.