کاربرد فتوکاتالیست‌ها و عوامل موثر بر آن‌ها در تصفیه پساب‌های رنگی

نوع مقاله : مقاله مروری

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی نساجی، دانشگاه یزد

2 دانشیار، دانشکده مهندسی نساجی، دانشگاه یزد

چکیده

در سال‌های اخیر به دلیل کاهش منابع آب شیرین، تصفیه پساب توجه زیادی را به خود جلب کرده است. وجود یون‌های فلزی، ماده رنگزا و مواد شیمیایی در پساب‌های صنعتی باعث مزاحمت فعالیت‌های زیستی در آب‌ها شده است. مواد رنگزا ترکیباتی با ساختار پیچیده، معمولا سمی و مقاوم به تجزیه زیستی هستند که از طریق فاضلاب‌های صنعتی وارد محیط‌زیست می‌شوند. پژوهش‌های زیادی برای پیدا کردن راهی به منظور حذف مواد رنگزا از پساب صورت گرفته است. تحقیق و توسعه در این زمینه موجب ایجاد فرآیندی به نام فرآیندهای اکسایش پیشرفته، به ویژه از طریق فوتوکاتالیز ناهمگن است که انرژی فوتون را به انرژی شیمیایی تبدیل می‌کند. فتوکاتالیست‌ها آن دسته از کاتالیزورها هستند که با تابش نور فعال شده و آلاینده‌های موجود در هوا یا آب را به مواد کم ضرر مانند آب و دی‌اکسیدکربن تبدیل می‌کنند. این تحقیق، خلاصه‌ای از فعالیت‌های انجام شده در زمینه حذف مواد رنگزا صنعتی با استفاده از نانوذرات فتوکاتالیستی می‌باشد. به علاوه، تاثیر عواملی همچون دما، pH و زمان واکنش نیز به عنوان عوامل موثر در فرآیند تصفیه بررسی شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Application of Photocatalysts and Their Effective Parameters in the Treatment of Colored Wastewaters

نویسندگان [English]

  • Marzieh Ghaemizade 1
  • Mohammad Khajeh Mehrizi 2
1 Textile Engineering Department, Yazd University
2 Textile Engineering Department, Yazd University
چکیده [English]

In recent years, due to the reduction of freshwater resources, wastewater treatment has attracted a lot of attention. The presence of metal ions, dyes and chemicals in industrial wastewaters has caused disturbances in biological activities in the water. Dyes are compounds with a complex structure, usually toxic and resistant to biological degradation, which enters the environment by industrial wastewater. A lot of research has been done to find a way to remove dyes from wastewater. Research and development in this field have created a new process called advanced oxidation processes, particularly in the form of heterogeneous photocatalysis that converts photon energy into chemical energy. The photocatalyst is a catalyst that is activated by light radiation and converts pollutants in air or water into materials such as water and carbon dioxide. This research is a summary of the applied studies on dye removal using photocatalytic nanoparticles. Additionally, the effects of the fundamental parameters such as temperature, pH, and reaction time have also been reviewed.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Photocatalysts
  • Nanomaterials
  • treatment
  • Decolorization
  • colored wastewater
1.      س. محمدی یزدی، س. اکبری شاد، "محیط‌زیست؛ تصفیه آب با فتوکاتالیست‌ها". ماهنامه فناوری نانو، 190، 23-25، 1392.
2.      ا. پژوتن، "مرورى بر فناورى نانو در تصفیه پساب صنعت نساجی"، نساجی امروز، 166، 84-78 ، 1395.
3.      ح، علی جمالی، ک. دیندارلو، "تصفیهفاضلاب‌هایصنعتی"، جلد اول، دانشگاهعلومپزشکیوخدماتبهداشتیدرمانیهرمزگان، 1393
4.     S. N. Ahmed, W. Haider, "Heterogeneous photocatalysis and its potential applications in water and wastewater treatment: a review", Nanotechnol. 29, DOI: 10.1088/1361-6528/aac6ea, 2018.
5.     J. Chen, "Advanced oxidation technologies photocatalytic treatment of wastewater; thesis wageningen", september 9, 1997
6.     S. M. King, P. A. Leaf, A. C. Olson, P.Z. Ray, M. A. Tarr, "Photolytic and photocatalytic degradation of surface oil from the Deepwater Horizon spill", Chemosphere. 95, 415–22, 2014
7.      ا. سهولی، ف. شه‌دوست فرد، ف. نظریان، "ارزیابی کارایی مهم‌ترین روش‌های حذف مواد رنگزا"، نشریه علمی مطالعات دنیای رنگ، 8، 4، 93-77، 1397.
8.     Y. F. Shen, J. Tang, Z. H. Nie, Y. D. Wang,Y. Ren, L. Zuo, "Preparation and application of magnetic Fe3O4 nanoparticles for wastewater purification", Sep. Purif. Technol. 68, 312–9, 2009.
9.     S. Singh, K. C. Barick, D. Bahadur, "Fe3O4 embedded ZnO nanocomposites for the removal of toxic metal ions", organic dyes and bacterial pathogens J. Mater. Chem. A. 1, 3325, 2013.
10.  L. E.Ahangara, K. Movassaghia, M. Emadib, F. Yaghoobi, "Photocatalytic application of TiO2/SiO2-based magnetic nanocomposite (Fe3O4@SiO2/TiO2) for reusing of textile wastewater", Nano. Chem. Res. 1, 33-39, 2016.
11.  J. H. R. Franco, H. R. Z. Ramirez,"Decontamination of industrial textile wastewater using photocatalysis", DYNA.DOI: https://doi.org/10.15446/dyna.v83n196.47446, 83 (196), 80-85, 2016.
12.  X. Gu, C. Li, S. Yuan, M. Ma, Y. Qiang, J. Zhu,"ZnO based heterojunctions and their application in environmental photocatalysis", Nanotechnol. 27, 1–21, 2016.
13.   ز. نوری‌مطلق، ق، شمس خرم‌آبادی، ح. گودینی، ر. درویشی، چ. سلطانی،"بررسیکاراییفرآیندفتوکاتالیستینانوذرات ZnO بر روی رنگبری متیلن بلو و حذف COD از فاضلاب سینتتیک"،. فصلنامهعلمی پژوهشی دانشگاه علوم پزشکی لرستان، 54،1391.
14.  H. Falah, A. Thekra, "photocatalytic treatment of textile industrial wastewater". Int. J. Chem. Sci. 8, 1353-1364, 2010.
15.  A. M. Tayeb, M. A. Tony,E. K. Ismaeel, "Engineered nanostructured ZnO for water remediation: operationalparameters effect, Box–Behnken design optimization and kineticdetermination",Appl. Water Sci. 9, 43, 2019
16.  A. Mills, R. H. Davies, D. Worsley, "Water purification by semiconductor photocatalysis", Chem. Soc. Rev. 22. 417, 1993.
17.  Y. Zhu, "Visible light induced photocatalysis on CdS quantum dots decorated TiO2 nanotube arrays", Appl. Catal. A. 498, 159–66, 2015.
18.   س. گندمی، ع. صباغ الوانی، ع. بقایی، ح. سامعی، ر. سلیمی، ا. مصطفوی موسوی، "نانورنگدانه‌های دی‌اکسید تیتانوم سیاه: سنتز ویژگی‌ها و کاربردها"، نشریه علمی مطالعات در دنیای رنگ، 8، 4، 38-23، 1397.
19.  T. Gebregiorgis, E. D. Hullebusch, K. Hagos, "Decolourization of real textile wastewater by the combination ofhotocatalytic and biological oxidation processes", EMCEI 2017, Sousse, Tunisia, 115–7, 2018.
20.   ق. عسگری، ع. صیدمحمدی، م. باقری، س. چاوشی، "بررسی کارایی حذف رنگ فاضلاب صنایع نساجی با استفاده از فرآیند فتوکاتالیستی دی اکسید تیتانیوم تحت تابش لامپ‌هایUVLED کارخانه نخرنگ همدان". مجله علمی دانشگاه علوم پزشکی و خدمات بهداشتی درمانی همدان، دوره 24 ، 2، 1396.
21.   م. احرامپوش، م. قانعیان، ق. غنی‌زاده، س. رحیمی، "کاربرد فرآیند فتوکاتالیستی TiO2/UV-C در حذف رنگ راکتیو قرمز 198 از فاضلاب سینتتیک نساجی"، طلوع بهداشت، 32، 1390.
22.  I. Zada, W. Zhang, W. Zheng, Y. Zhu, Z. Zhang, J. Zhang, M. Imtiaz, W. Abbas, D, Zhang, "The highly efficient photocatalytic and light harvesting property of Ag–TiO2 with negative nano-holes structure inspired from cicada wings" Sci. Rep. 7, 1–9, 2017.
23.   س. علی‌جانی، م. واعظ، ع. زرین قلم مقدم، "مقایسهتجزیهفتوکاتالیستیرنگسیاه 26 ازفاضلابسنتتیکبااستفادهازنانودیاکسیدتیتانیومتثبیتشدهبرالیافگونیوسوسپانسیون". انجمن علمی بهداشت محیط ایران، 6، 2، 243-256، 1392.
24.  J. J. Murcia, A. C. Cely, H. A. Rojas, M. C. Hidalgo, J. A. Navío, "Fluorinated and Platinized Titania as Effective Materials in the Photocatalytic Treatment of Dyestuffs and Stained Wastewater Coming from Handicrafts Factories", Catal. 9, 179, 2019.
25.   م. گل‌محمدی، ع. ا. صباغ الوانی، ح. سامعی، ر. سلیمی، "مروری بر ویژگی‌های فتوکاتالیستی نانوکامپوزیت‌های حاوی اکسید گرافن جهت استفاده در غشاهای پلیمری به‌منظور تخریب پساب‌های رنگی"، نشریه علمی مطالعات در دنیای رنگ، 9، 22-13، 1398.
26.  L. Di, H. Yang, T. Xianb , X. Chena,"Enhanced photocatalytic degradation activity of BiFeO3 microspheres by decoration with g-C3N4 nanoparticles", Mater Res. 21,DOI: 10.1590/1980-5373-mr-2018-0081, 2018.
27.  M. N. Chong, B. Jin, Ch. .W. K. Chow, Ch. Saint, "Recent developments in photocatalytic water treatment technology: A review", Water Res. 44, 2997 -3027, 2010.
28.  A. Salama, A. Mohamed, N. M. Aboamera, T. A. Osman, A. Khattab, "Photocatalytic degradation of organic dyes using composite nanofibers under UV irradiation", Appl. Nanosci. 8, 155–161, 2018.
29.  F. Azeez,E.A. Hetlani, M. Arafa, Y. Abdelmomen, A. Abdel Nazeer, M. Amin, M. Madkour, "The effect of surface charge on photocatalytic degradation of methylene blue dye using chargeable titania nanoparticles", Sci. Rep. 8, DOI: 10.1038/s41598-018-25673-5, 2018.
30.  S. Mortazavian, A. Saber, D. E. James,"Optimization of Photocatalytic Degradation of Acid Blue 113 and Acid Red 88 Textile Dyes in a UV-C/TiO2 Suspension System: Application of Response Surface Methodology (RSM)", Catal, 9, 360, 2019.
31.  Y. Wu, T. He, W. Xu, Y. Li, "Preparation and photocatalytic activity of magnetically separable Fe3O4-ZnO nanospheres", J. Mater. Sci. Mater. Electron. 27, 12155–9, 2016.
32.  M. E. Borges, M. Sierra, E. Cuevas, R. D. García, P. Esparza, "Photocatalysis with solar energy: sunlight-responsive photocatalyst based on TiO2 loaded on a natural material for wastewater treatment", Solar Energy 135, 527–535, 2016.
33.  M. Fauzian, R. Saleh, "The newest material Fe3O4/TiO2/CuO/NGP composites for removal of methylene bluedye by adsorption and photocatalysis", AIP Conf. Proc. 2023, 2017
34.  E. T. Helmy, A. El. Nemr, M. Mousa, E. Arafa, Sh. Eldafrawy, "Photocatalytic degradation of organic dyes pollutants in the industrial textile wastewater by using synthesized TiO2, C-doped TiO2, S-doped TiO2 and C,S co-doped TiO2 nanoparticles", J. Water Environ. Nanotechnol. 3, 116-127 -2018.
35.  S. Malato, P. Fernandez-Ibanez, M. I. Maldonado, J. Blanco, W. Gernjak, "Decontamination and disinfection of water by solar photocatalysis: Recent overview and trends", Catal. Today, 147, 1–59, 2009.
36.  E. T. Helmy, A. Nemr, M. Mousa, E. Arafa, Sh. Eldafrawy, "Photocatalytic degradation of organic dyes pollutants in the industrial textile wastewater by using synthesized TiO2, C-doped TiO2, S-doped TiO2 and C,S co-doped TiO2 nanoparticles", J. Water Environ. Nanotechnol, 3, 116-127, 2018.
37.  S. Dong, J. Feng, M. Fan, Y. Pi, L. Hu, M. Liu, J. Sun,"Recent developments in heterogeneous photocatalytic water treatment using visible-light-responsive photocatalysts: a review", RSC Adv. 5. 14610–14630, 2015.