وبلاگ

۰۲۵/۰

۱/۰

ب

شیری

۰۲۵/۰

۰۷۵/۰

۱/۰

پ

روشن تر ازب

۰۵/۰

۱/۰

۰۵/۰

ت

همانگونه که از شکل­ها (۴-۱) و (۴-۲) مشخص است کاتالیست نوع “c)) پ” نسبت به انواع دیگر نوع کاتالیست میزان جداسازی بیشتری را انجام می دهد که این را می توان به علت حضور مقادیر بیشتر روی اکسید دانست. زیرا در حضور این ماده و هنگامی که تیتانیا وجود دارد خاصیت فوتوکاتالیستی تقویت می­ شود زیرا شعاع یونی روی()، ۷۴ آنگستروم و بسیار مشابه شعاع یونی تیتانیم() در ساختار تیتانیا بوده واین باعث عدم درهم­پیچیدگی ساختار آن شده و موجبات پایداری ساختار آن را در هر سطحی از آن فراهم می­سازد. ورود این یون در ساختار تیتانیا باعث تولید رادیکال های و می شود که این امر نیز دلیلی موجه بر جداسازی بیشتر فنول نسبت به دیگر ترکیب هاست]۶[ .
شکل۴- ۱- بهینه سازی کاتالیست در نور فرابنفش(جذب در مقابل زمان)
شکل۴- ۱- بهینه سازی کاتالیست در نور فرابنفش(غلظت در مقابل زمان)
۴-۱-۲- بهینه سازی نوع کاتالیست درنور مرئی
در نور مرئی نیز میزان جداسازی فنول در محلول آزمایشگاهی آن مورد بررسی قرار گرفت و براساس آنچه که در نمودارهای بعدی دیده می شود در این جا نیز کاتالیست نوع “c)) پ” جداسازی بهتری را نسبت به دیگر انواع کاتالیست ساخته شده انجام می­دهد. این خود نیز می تواند به همان عللی باشد که در فوق آمده است. اما حضور ا­کسیدهای مس و روی هم به علت ارزان بودن آن­ها نسبت به تیتانیا و هم سهولت ساخت بسیار مورد توجه است. برای بالا بردن عمر حفره و الکترون تولید شده نیاز به عواملی جهت گیر­اندازی حفره وجود دارد که می توان در این خصوص از فلزات و اکسیدهای فلزات بهره جست. این گیراندازی باعث کاهش زوج شدگی الکترون و حفره می شود]۳[.

شکل۴- ۲- بهینه سازی نوع کاتالیست در نور مرئی(جذب در مقابل طول موج)
در شکل(۴-۳) میزان جذب محلول فنول همراه با کاتالیست در طول موج ماکسیمم دیده می شود. همان گونه که در شکل پیداست کاتالیست نوع c به دلایل فوق الذکر کمترین جذب را در محلول فنول بدست داده است که بیانگر میزان جداسازی بیشتر آن می باشد. شایان ذکر است که میزان بازدهی انواع کاتالیست در نور مرئی نیز در زیر آمده است. آنچه که از مقایسه میزان کارایی این کاتالیست­ها در نور مرئی و نور فرابنفش بر می ­آید این است که در نور فرابنفش به علت تأمین انرژی بیشتر جداسازی بیشتری صورت می گیرد]۸[. ولی به علت هزینه بشتر و نیز خطرات ناشی از استفاده آن توصیه می­ شود کمتر مورد استفاده قرار گیرد.
شکل۴- ۳- بهینه سازی کاتالیست در نور مرئی(غلظت در مقابل زمان)
۴-۱-۳- بهینه سازی pHبرای کاتالیست بهینه
۴-۱-۳-۱- بهینه سازی pHبرای کاتالیست بهینه در نور فرابنفش
در این قسمت پس از بدست آمدن بهترین نوع کاتالیست برای جداسازی فنول، از پساب سنتزی آزمایشگاهی نوبت به بررسی میزانpH بهینه رسید. همان گونه که مشخص است در فرآیندهای شیمیایی و فیزیکی عامل اسیدی و بازی بودن بسیار مهم بوده و در بیشتر موارد غیر قابل چشم­پوشی است دلایلی ازجمله دلایل زیر می تواند تأثیر این عامل رامشخص سازد: اولاً تغییرات pH محلول باعث تغییر در بار سطحی کاتالیست و به تبع آن جابجایی در پتانسیل واکنش کاتالیست می باشد و در نتیجه آن نرخ واکنش را تغییر می دهد]۶[. درشرایط اسیدی و بازی سطح کاتالیست براساس واکنش های زیر پروتونه یا دیپروتونه می شود:
) ۴-۱ (
) ۴-۲ (
بنابراین واکنش­ها سطح تیتانیا در محیط­های اسیدی مثبت و در محیط­های بازی منفی باقی می­ماند. گزارش شده است که سطح تیتانیا در محیط­های با pH کمتر بالاترین اکسیداسیون را دارد ولی حضور بیش از حد پروتون در محیط سرعت واکنش را می­کاهد. تیتانیا اگر دارای بار سطحی مثبت باشد به عنوان یک اسید لوئیس قوی عمل می کند و ترکیبات آلی منفی به عنوان باز لوئیس عمل کرده و براحتی بر سطح مثبت کاتالیست جذب می شود]۶[. ثانیاً در اثر واکنش بین یون­های هیدروکسید و حفره های مثبت رادیکال­های هیدروکسیل شکل می­گیرد. حفره­های مثبت عمدتاً در شرایط با pHکم عامل اصلی اکسیداسیون می باشند این در حالی است که رادیکال­های هیدروکسیل در محیط­های بازی و خنثی غالب هستند. گرچه نیروی دافعه میان یون­های هیدرکسیل و بارهای سطحی منفی کاتالیست در شرایط بازی زیاد بوده و این خود عملی مزاحم بر سر راه بوده است] ۷[.
ثالثاً می­توان جداسازی فنول را به pHzpc ذرات نانویی مورد استفاده نسبت داد. این عبارت که به نقطه ایزوالکتریک نیز معروف است به ترتیب برای روی اکسید ۹ و برای تیتانیا ۹/۶ می­باشد و چون در کاتالیست نوعc که نوع بهینه برای جداسازی است مقدار بیشتر از این دو نوع کاتالیست وجود دارند. بنابراین زیر این نقطه (pHzpc) بار سطحی آن­ها مثبت بوده و در pH های بالاتر بار سطحی منفی می­باشد. همان­گونه که پیش از این نیز بیان شد بار منفی سطحی سبب تقویت نیروی دافعه کولونی شده و جداسازی را بسیار کاهش می دهد، زیرا با افزایشpH میزان یون­های هیدروکسیل نیز رو به فزونی رفته و مانع رسوخ اشعه فرابنفش و یا نور مرئی به سطح کاتالیست می شود. در عوض این افزایش به سود یون های کربنات بوده که براحتی می توانند یون­های هیدروکسیل را به خود جذب کرده و از این راه سبب کاهش جداسازی شوند
]۱۲ .[ بنابرآنچه که در این­جا بیان شد بیشترین جداسازی در pH حدود ۵ انجام می­ شود زیرا از یک سو بار­های سطحی کاتالیست مثبت است چون پایین تر از نقطه ایزو الکتریک قرار دارند و از دیگر سو رسیدن اشعه را به سطح کاتالیست دچار مشکل نمی­کنند.
شکل۴- ۴- pH بهینه برای کاتالیست در نور فرابنفش
۴-۱-۳-۲- بهینه سازی pHبرای کاتالیست بهینه در نور مرئی
به دلایل گفته شده در بخش ۴-۱-۳-۱ در این بخش نیز بهترین جداسازی درpH 5، اتفاق می افتد اما نکته حائز اهمیت در میزان جداسازی در نور مرئی نسبت نور فرابنفش است که به علت کمتر بودن شدت در این نوع تابش میزان جداسازی کمتر است. میزان جداسازی فنول در نور مرئی و در pH های مختلف در شکل ۴-۶ آمده است.
شکل۴- ۵- pH بهینه برای کاتالیست مکانیکی در نور مرئی
۴-۱-۳-۳- مقایسه انواع کاتالیست مکانیکی در نور فرابنفش و نور مرئی
در شکل ۷-۴ مقایسه میزان جداسازی انواع کاتالیست ساخته شده از روش مکانیکی در نورهای مرئی و فرابنفش آمده است.
شکل۴- ۶- مقایسه pH بهینه برای کاتالیست در نور فرابنفش و نور مرئی
۴-۱-۳-۴- زمان
۴-۱-۳-۴-۱- زمان بهینه در نور مرئی
برای بررسی زمان مناسب برای جداسازی زمان­های ۱۰۰تا ۵۰۰ دقیقه در نظر گرفته شده است و در هر بار چند لحظه دستگاه را متوقف­کرده، غلظت محلول فنول را اندازه گیری نموده، این کار را برای چند مورد تکرارشد. در همه این زمان­های با سپری شدن زمان بیشتر، میزان جداسازی فنول از محلول آن رو به فزونی می­رفت. اما نکته مهم در این است که بیشترین شیب نمودار در همان ۱۰۰ دقیقه اول است که علت نیز با توجه به غلظت فنول موجود در محلول و نیز میزان الکترون و حفره تولیدی از کاتالیست و رادیکال های هیدروکسیل قابل توجیه است. با ادامه کار و با کاهش غلظت محلول اولیه فنول میزان جداسازی کم شده اما به طور کامل متوقف نمی­ شود. قابل توجه است که در زمان های بالاتر از ۵۰۰ دقیقه به علت صرف بیش از حد انرژی ادامه کار توصیه نمی­ شود زیرا ازلحاظ اقتصادی مقرون به صرفه نیست]۱۵[.
شکل۴- ۷- بهینه سازی زمان در نور مرئی
۴-۱-۳-۴-۲- زمان بهینه در نور فرابنفش
در این قسمت نیز همان گونه که از نمودار استنباط می­ شود با افزایش زمان میزان جداسازی بیشتر می­ شود. در ۱۰۰ دقیقه اول بیشترین جداسازی دیده می شود و با گذشت زمان میزان جداسازی افزایش می­یابد اما شیب نمودار در حال کاسته شدن است. آنچه از مقایسه شکل­های (۴-۸) و (۴-۱۰) بر می ­آید این است که جداسازی در نور فرابنفش نسبت به نور مرئی بیشتر بوده و این را می­توان به میزان انرژی بیشتر در حالت استفاده از نور فرابنفش در مقایسه با نور مرئی دانست. و همان­گونه که می­دانیم این مقدار انرژی باید مساوی یا بیشتر از فاصله میان ترازی^[۶۸] بین تراز ظرفیت^[۶۹] و تراز هدایت^[۷۰] باشد. استفاده از نور فرابنفش با طول موج ۲۵۴ نانومتر می ­تواند انرژی بیشتری را تأمین کند. استفاده از ترکیب نانوذرات می ­تواند انرژی مورد نیاز کمتر و به تبع آن نوری با طول موج بیشتر را بر اساس شکل (۴-۹) جذب کند. افزودن نانوذره به عنوان ماده افزودنی سبب می­ شود که حفره بر سطح تراز ظرفیت کاتالیست اضافه شده که در سطحی بالاتر از تراز ظرفیت تیتانیا قرار دارد، تولید می شود و انتقال الکترون تولیدی به سطح تراز هدایت تیتانیا صورت می گیرد.
شکل۴- ۸- استفاده از ترکیب نانوکامپوزیت در فرایند فوتوکاتالیستی]۲۳[