پایان نامه کارشناسی ارشد
بررسی کارایی پراکسید هیدروژن و پراکسید هیدروژن – نانو ذرات آهن صفر در حذف رنگ Acid Red 18 از فاضلاب سنتتیک
*همراه با رفرنس پایان نامه و فایل پاورپوینت با عنوان پایان نامه
چکیده
زمینه و هدف: رنگها مواد آلی، با ساختار
پیچیده، غالبا سمی، سرطانزا، جهش زا، غیرقابل تجزیه بیولوژیکی و پایدار در
محیط زیست می باشند و چنانچه بدون تصفیه وارد محیط زیست شوند باعث به خطر
انداختن محیط زیست و سلامت انسان می شوند. هدف از این مطالعه بررسی کارایی
دو فرآیند پراکسیدهیدروژن و پراکسید هیدروژن – نانو ذرات آهن صفر ظرفیتی در
حذف رنگ Acid Red 18 از محیط های آبی است.
روش کار: این مطالعه در
مقیاس آزمایشگاهی انجام شد. در این مطالعه کارایی پراکسیدهیدروژن و پراکسید
هیدروژن – نانو ذرات آهن صفر ظرفیتی در حذف رنگ Acid Red 18 ازیک محلول
سنتتیک بررسی شد. هم چنین اثرpH محلول، غلظت رنگ، پراکسیدهیدروژن، غلظت
نانو ذرات آهن صفر ظرفیتیی و زمان تماس در کارایی عمل رنگ زدایی مورد بررسی
قرار گرفت.
یافته ها: نتایج
آزمایشات نشان داد که فرآیند ترکیبی پودرآهن-پراکسید هیدروژن، نسبت به
پراکسیدهیدروژن تنها از قدرت رنگبری بالایی برخوردار است. در 3=pH، زمان
تماس 80 دقیقه، پراکسید هیدروژن 200 میلی مول، غلظت رنگ 50 میلی گرم در
لیتر و غلظت نانو ذرات آهن صفر ظرفیتی 2 گرم در لیتر، حذف رنگ در حدود 98
درصد بوده است. برای پراکسیدهیدروژن تنها با زمان تماس 80 دقیقه، 3=pH و
پراکسید هیدروژن 200 میلی مول، راندمان حذف 34 درصد مشاهده شده است.
نتیجه گیری: با توجه به
نتایج آزمایش ها، استفاده از پراکسید هیدروژن – نانو ذرات آهن صفر ظرفیتی
کارایی مناسبی در حذف رنگ Acid Red 18 از گروه رنگ های آزو، دارد.
کلمات کلیدی: نانو ذرات آهن صفر ظرفیتی، پراکسیدهیدروژن، Acid Red 18، حذف رنگ
فهرست مطالب
فصل
نخست.................................................................................................................................................1
1-1-
مقدمه............................................................................................................................................2
1-2- طبقه بندی رنگ ها
........................................................................................................................4
1-2-1- رنگ های
اسیدی..........................................................................................................................7
1-2-2- رنگ های
راکتیو...........................................................................................................................7
1-2-3- رنگ های کمپلکس فلزی
............................................................................................................8
1-2-4- رنگ های
مستقیم.........................................................................................................................9
1-2-5- رنگ های
بازی............................................................................................................................9
1-2-6- رنگ های دندانه
ای....................................................................................................................10
1-2-7- رنگ های پخش
شونده...............................................................................................................10
1-2-8- رنگ های خمره
ای....................................................................................................................10
1-2-9- رنگ های
آزو.............................................................................................................................10
1-2-10- رنگ های
گوگردی...................................................................................................................11
1-3- مشکلات ناشی از وجود رنگ در
پساب...........................................................................................12
1-4- تاریخچه نانو
فناوری....................................................................................................................14
1-5- خواص مواد
نانومتری...................................................................................................................16
1-6- ساختار و نحوه عملکرد ذرات نانو در محیط متخلخل...................................................................18
1-7- نحوه عملکرد ذرات نانو با
آلاینده
ها.............................................................................................18
فصل دوم: پیشینه و روش
ها.....................................................................................................................20
2-1- روش ها حذف
رنگ......................................................................................................................21
2-1-1- عملیات تصفیه
فیزیکی...............................................................................................................21
2-1-2- فرآیندهای تصفیه
شیمیایی..........................................................................................................21
فهرست مطالب
فصل
نخست.................................................................................................................................................1
1-3-
مقدمه............................................................................................................................................2
1-4- طبقه بندی رنگ ها
........................................................................................................................4
1-2-1- رنگ های
اسیدی..........................................................................................................................7
1-2-2- رنگ های
راکتیو...........................................................................................................................7
1-2-3- رنگ های کمپلکس فلزی
............................................................................................................8
1-2-4- رنگ های
مستقیم.........................................................................................................................9
1-2-5- رنگ های
بازی............................................................................................................................9
1-2-6- رنگ های دندانه
ای....................................................................................................................10
1-2-7- رنگ های پخش
شونده...............................................................................................................10
1-2-8- رنگ های خمره
ای....................................................................................................................10
1-2-9- رنگ های
آزو.............................................................................................................................10
1-2-10- رنگ های
گوگردی...................................................................................................................11
1-3- مشکلات ناشی از وجود رنگ در
پساب...........................................................................................12
1-8- تاریخچه نانو
فناوری....................................................................................................................14
1-9- خواص مواد
نانومتری...................................................................................................................16
1-10- ساختار و نحوه عملکرد ذرات نانو در محیط متخلخل....................................................................18
1-11- نحوه عملکرد ذرات نانو با
آلاینده
ها.............................................................................................18
فصل دوم: پیشینه و روش
ها.....................................................................................................................20
2-1- روش ها حذف
رنگ......................................................................................................................21
2-1-1- عملیات تصفیه
فیزیکی...............................................................................................................21
2-1-2- فرآیندهای تصفیه
شیمیایی..........................................................................................................21
2-1-3- فرآیندهای تصفیه
بیولوژیکی.......................................................................................................21
2-2- مقایسه روش های مختلف حذف رنگ............................................................................................21
2-3- انواع
تصفیه...................................................................................................................................24
2-3-1-
جذب.........................................................................................................................................24
2-3-2- تصفیه
بیولوژیکی.......................................................................................................................24
2-3-3- روش های
الکتروشیمیایی...................................................................................................................25
2-3-4- ازن
زنی...............................................................................................................................................25
2-3-5- فرآیند
فنتون........................................................................................................................................26
2-3-6- اکسیداسیون
پیشرفته............................................................................................................................27
2-4- مکانیسم واکنش نانو ذرات آهن صفر
ظرفیتی با
رنگ...........................................................................................28
2-5- مروری بر مطالعات پیشین در مورد حذف رنگ Acid Red 18 و رنگ های دیگر...................................29
فصل سوم: مواد، دستگاهها و روش اندازه
گیری..............................................................................................31
3-1- دستگاه
آزمایشی......................................................................................................................................32
3-2- مواد و وسایل مورد
نیاز..........................................................................................................................37
3-3- تعیین مشخصات رنگ آزوی Acid Red 18 ......................................................................................39
3-4- روش انجام
تحقیق...................................................................................................................................40
3-5- طراحی
آزمایش.......................................................................................................................................43
فصل چهارم:
نتایج.............................................................................................................................................45
4-1- نتایج کلی آزمایش ها با
پراکسیدهیدروژن
تنها........................................................................................46
4-2- نتایج کلی آزمایش ها با پراکسید هیدروژن – نانو ذرات آهن صفر ظرفیتی (Fe0/H2O2)........................56
4-3- نتایج متغییرهای بهینه آزمایش با پراکسید هیدروژن – نانو ذرات آهن صفر ظرفیتی (Fe0/H2O2).......68
4-3-1- اثر pH
محلول...................................................................................................................................68
4-3-2- اثر زمان
تماس....................................................................................................................................69
4-3-3- اثر غلظت اولیه
رنگ...........................................................................................................................70
4-3-4- اثر پراکسید هیدروژن تنها در غلطت های مختلف، همراه با سایر پارامترهای بهینه(H2O2)...............71
4-3-5- تاثیر NZVI در غلظت های مختلف همراه با پراکسید هیدروژن و سایر پارامترهای بهینه...................72
4-4- نتایج آزمایش ها با فرآیند پراکسید هیدروژن تنها همراه با سایر پارامترهای بهینه(H2O2).......................73
4-4-1- اثر pH
محلول....................................................................................................................................73
4-4-2- اثر زمان
تماس....................................................................................................................................74
4-4-3- اثر غلظت اولیه
رنگ..........................................................................................................................75
4-3- مقایسه کارایی پراکسید هیدروژن و نانو ذرات آهن صفر – پراکسیدهیدروژن در حذف
Acid Red 18 از فاضلاب
سنتتیک................................................................................................................76
فصل پنجم: نتیجه گیری و
پیشنهادها.................................................................................................................78
5-1-
بحث........................................................................................................................................................79
5-2- نتیجه
گیری..............................................................................................................................................81
5-3-
پیشنهادها:................................................................................................................................................82
5-3-1- پیشنهادات
اجرایی..............................................................................................................................82
5-3-2- پیشنهادات
پژوهشی............................................................................................................................83
فهرست
مراجع..................................................................................................................................................84
فهرست جداول:
جدول (1-1): طبقه بندی رنگ ها از نظر
کاربرد.................................................................................................5
جدول (2-1): کارایی فرایندهای مهم تصفیه در حذف رنگ.............................................................................23
جدول (3-1): مواد و وسایل مورد
استفاده........................................................................................................37
جدول (3-2): مشخصات رنگ آزوی Acid Red 18....................................................................................39
جدول (4-1): درصد حذف Acid Red 18 با
فرآیند پراکسید هیدروژن تنها (غلظت 25 میلی گرم در لیتر Acid Red 18 و
پراکسید هیدروژن 24 میلی مول در زمان و pH های
مختلف)............................................46
جدول (4-2): جدول4-2: درصد حذف رنگ با
فرآیند پراکسید هیدروژن تنها (غلظت 25 میلی گرم در لیتر Acid Red 18 و
پراکسید هیدروژن 90 میلی مول در زمان و pH های
مختلف)...........................................46
جدول (4-3): درصد حذف رنگ با فرآیند
پراکسید هیدروژن تنها (غلظت 25 میلی گرم در لیتر Acid Red 18 و پراکسید
هیدروژن 140 میلی مول در زمان و pH های
مختلف)............................................................47
جدول (4-4): جدول4-4: درصد حذف رنگ با
فرآیند پراکسید هیدروژن تنها (غلظت 25 میلی گرم در لیتر Acid Red 18 و
پراکسید هیدروژن 200 میلی مول در زمان و pH های
مختلف).........................................47
جدول (4-5): درصد حذف رنگ با فرآیند
پراکسید هیدروژن تنها (غلظت 25 میلی گرم در لیتر Acid Red 18 و پراکسید
هیدروژن 300 میلی مول در زمان و pH های
مختلف)............................................................48
جدول (4-6): در صد حذف رنگ با فرآیند
پراکسید هیدروژن تنها (غلظت 50 میلی گرم در لیتر Acid Red 18 و پراکسید
هیدروژن 24 میلی مول در زمان و pH های
مختلف)..............................................................48
جدول (4-7): در صد حذف رنگ با فرآیند
پراکسید هیدروژن تنها (غلظت 50 میلی گرم در لیتر Acid Red 18 و پراکسید
هیدروژن 90 میلی مول در زمان و pH های
مختلف)............................................................49
جدول (4-8): در صد حذف رنگ با فرآیند
پراکسید هیدروژن تنها (غلظت 50 میلی گرم در لیتر Acid Red 18 و پراکسید
هیدروژن 140 میلی مول در زمان و pH های
مختلف)..............................................................49
جدول (4-9): در صد حذف رنگ با فرآیند
پراکسید هیدروژن تنها (غلظت 50 میلی گرم در لیتر Acid Red 18 و پراکسید
هیدروژن 200 میلی مول در زمان و pH های
مختلف)..............................................................50
جدول (4-10): در صد حذف رنگ با فرآیند
پراکسید هیدروژن تنها (غلظت 50 میلی گرم در لیتر Acid Red 18 و پراکسید
هیدروژن 300 میلی مول در زمان و pH های
مختلف).............................................................50
جدول (4-11): در صد حذف رنگ با فرآیند
پراکسید هیدروژن تنها (غلظت 75 میلی گرم در لیتر Acid Red 18 و پراکسید
هیدروژن 24 میلی مول در زمان و pH های
مختلف)................................................................51
جدول (4-12): درصد حذف رنگ با فرآیند
پراکسید هیدروژن تنها (غلظت 75 میلی گرم در لیتر Acid Red 18 و پراکسید
هیدروژن 90 میلی مول در زمان و pH های
مختلف)................................................................51
جدول (4-13): درصد حذف رنگ با فرآیند
پراکسید هیدروژن تنها (غلظت 75 میلی گرم در لیتر Acid Red 18 و پراکسید
هیدروژن 140 میلی مول در زمان و pH های
مختلف).............................................................52
جدول (4-14): درصد حذف رنگ با فرآیند
پراکسید هیدروژن تنها (غلظت 75 میلی گرم در لیتر Acid Red 18 و پراکسید
هیدروژن 200 میلی مول در زمان و pH های
مختلف)...........................................................52
جدول (4-15): درصد حذف رنگ با فرآیند
پراکسید هیدروژن تنها (غلظت 75 میلی گرم در لیتر Acid Red 18 و پراکسید
هیدروژن 300 میلی مول در زمان و pH های
مختلف)..............................................................53
جدول (4-16): درصد حذف رنگ با فرآیند
پراکسید هیدروژن تنها (غلظت 100 میلی گرم در لیتر Acid Red 18 و پراکسید
هیدروژن 24 میلی مول در زمان و pH های
مختلف)................................................................53
جدول (4-17): درصد حذف رنگ با فرآیند
پراکسید هیدروژن تنها (غلظت 100 میلی گرم در لیتر Acid Red 18 و پراکسید
هیدروژن 90 میلی مول در زمان و pH های
مختلف)................................................................54
جدول (4-18): درصد حذف رنگ با فرآیند
پراکسید هیدروژن تنها (غلظت 100 میلی گرم در لیتر Acid Red 18 و پراکسید
هیدروژن 140 میلی مول در زمان و pH های
مختلف)..............................................................54
جدول (4-19): درصد حذف رنگ با فرآیند
پراکسید هیدروژن تنها (غلظت 100 میلی گرم در لیتر Acid Red 18 و پراکسید
هیدروژن 200 میلی مول در زمان و pH های
مختلف)..............................................................55
جدول (4-20): درصد حذف رنگ با فرآیند
پراکسید هیدروژن تنها (غلظت 100 میلی گرم در لیتر Acid Red 18 و پراکسید
هیدروژن 300 میلی مول در زمان و pH های
مختلف)..............................................................55
جدول (4-21): درصد حذف Acid Red 18 با
فرآیند پراکسید هیدروژن- NZVI (غلظت 25 میلی گرم در لیتر Acid Red 18 و
پراکسید هیدروژن 200 میلی مول و NZVI 5/0 گرم در لیتر در زمان و pH های
مختلف).............................................................................................................................................................56
جدول (4-22): درصد حذف Acid Red 18 با
فرآیند پراکسید هیدروژن- NZVI (غلظت 25 میلی گرم در لیتر Acid Red 18 و
پراکسید هیدروژن 200 میلی مول و NZVI 1 گرم در لیتر در زمان و pH های
مختلف).............................................................................................................................................................56
جدول (4-23): درصد حذف Acid Red 18 با
فرآیند پراکسید هیدروژن- NZVI (غلظت 25 میلی گرم در لیتر Acid Red 18 و
پراکسید هیدروژن 200 میلی مول و NZVI 2 گرم در لیتر در زمان و pH های
مختلف).............................................................................................................................................................57
جدول (4-24): درصد حذف Acid Red 18 با
فرآیند پراکسید هیدروژن- NZVI (غلظت 25 میلی گرم در لیتر Acid Red 18 و
پراکسید هیدروژن 200 میلی مول و NZVI 3 گرم در لیتر در زمان و pH های
مختلف).............................................................................................................................................................57
جدول (4-25): درصد حذف Acid Red 18 با
فرآیند پراکسید هیدروژن- NZVI (غلظت 25 میلی گرم در لیتر Acid Red 18 و
پراکسید هیدروژن 200 میلی مول و NZVI 4 گرم در لیتر در زمان و pH های
مختلف).............................................................................................................................................................58
جدول (4-26): درصد حذف Acid Red 18 با
فرآیند پراکسید هیدروژن- NZVI (غلظت 50 میلی گرم در لیتر Acid Red 18 و
پراکسید هیدروژن 200 میلی مول و NZVI 5/0 گرم در لیتر در زمان و pH های
مختلف).............................................................................................................................................................58
جدول (4-27): درصد حذف Acid Red 18 با
فرآیند پراکسید هیدروژن- NZVI (غلظت 50 میلی گرم در لیتر Acid Red 18 و
پراکسید هیدروژن 200 میلی مول و NZVI 1 گرم در لیتر در زمان و pH های
مختلف).............................................................................................................................................................59
جدول (4-28): درصد حذف Acid Red 18 با
فرآیند پراکسید هیدروژن- NZVI (غلظت 50 میلی گرم در لیتر Acid Red 18 و
پراکسید هیدروژن 200 میلی مول و NZVI 2 گرم در لیتر در زمان و pH های
مختلف).............................................................................................................................................................59
جدول (4-29): درصد حذف Acid Red 18 با
فرآیند پراکسید هیدروژن- NZVI (غلظت 50 میلی گرم در لیتر Acid Red 18 و
پراکسید هیدروژن 200 میلی مول و NZVI 3 گرم در لیتر در زمان و pH های
مختلف).............................................................................................................................................................60
جدول (4-30): درصد حذف Acid Red 18 با
فرآیند پراکسید هیدروژن- NZVI (غلظت 50 میلی گرم در لیتر Acid Red 18 و
پراکسید هیدروژن 200 میلی مول و NZVI 4 گرم در لیتر در زمان و pH های
مختلف).............................................................................................................................................................60
جدول (4-31): درصد حذف Acid Red 18 با
فرآیند پراکسید هیدروژن- NZVI (غلظت 75 میلی گرم در لیتر Acid Red 18 و
پراکسید هیدروژن 200 میلی مول و NZVI 5/0 گرم در لیتر در زمان و pH های
مختلف).............................................................................................................................................................61
جدول (4-32): درصد حذف Acid Red 18 با
فرآیند پراکسید هیدروژن- NZVI (غلظت 75 میلی گرم در لیتر Acid Red 18 و
پراکسید هیدروژن 200 میلی مول و NZVI 1 گرم در لیتر در زمان و pH های
مختلف).............................................................................................................................................................61
جدول (4-33): درصد حذف Acid Red 18 با
فرآیند پراکسید هیدروژن- NZVI (غلظت 75 میلی گرم در لیتر Acid Red 18 و
پراکسید هیدروژن 200 میلی مول و NZVI 2 گرم در لیتر در زمان و pH های
مختلف).............................................................................................................................................................62
جدول (4-34): درصد حذف Acid Red 18 با
فرآیند پراکسید هیدروژن- NZVI (غلظت 75 میلی گرم در لیتر Acid Red 18 و
پراکسید هیدروژن 200 میلی مول و NZVI 3 گرم در لیتر در زمان و pH های
مختلف).............................................................................................................................................................62
جدول (4-35): درصد حذف Acid Red 18 با
فرآیند پراکسید هیدروژن- NZVI (غلظت 75 میلی گرم در لیتر Acid Red 18 و
پراکسید هیدروژن 200 میلی مول و NZVI 4 گرم در لیتر در زمان و pH های
مختلف).............................................................................................................................................................63
جدول (4-36): درصد حذف Acid Red 18 با
فرآیند پراکسید هیدروژن- NZVI (غلظت 100 میلی گرم در لیتر Acid Red 18 و
پراکسید هیدروژن 200 میلی مول و NZVI 5/0 گرم در لیتر در زمان و pH های
مختلف).............................................................................................................................................................63
جدول (4-37): درصد حذف Acid Red 18 با
فرآیند پراکسید هیدروژن- NZVI (غلظت 100 میلی گرم در لیتر Acid Red 18 و
پراکسید هیدروژن 200 میلی مول و NZVI 1 گرم در لیتر در زمان و pH های
مختلف).............................................................................................................................................................64
جدول (4-38): درصد حذف Acid Red 18 با
فرآیند پراکسید هیدروژن- NZVI (غلظت 100 میلی گرم در لیتر Acid Red 18 و
پراکسید هیدروژن 200 میلی مول و NZVI 2 گرم در لیتر در زمان و pH های
مختلف).............................................................................................................................................................64
جدول (4-39): درصد حذف Acid Red 18 با
فرآیند پراکسید هیدروژن- NZVI (غلظت 100 میلی گرم در لیتر Acid Red 18 و
پراکسید هیدروژن 200 میلی مول و NZVI 3 گرم در لیتر در زمان و pH های
مختلف).............................................................................................................................................................65
جدول (4-40): درصد حذف Acid Red 18 با
فرآیند پراکسید هیدروژن- NZVI (غلظت 100 میلی گرم در لیتر Acid Red 18 و
پراکسید هیدروژن 200 میلی مول و NZVI 4 گرم در لیتر در زمان و pH های
مختلف).............................................................................................................................................................65
جدول (4-41): درصد حذف Acid Red 18 با
فرآیند پراکسید هیدروژن- NZVI (غلظت 50 میلی گرم در لیتر Acid Red 18 و
پراکسید هیدروژن 24 میلی مول و NZVI 2 گرم در لیتر در زمان و pH های
مختلف).............................................................................................................................................................66
جدول (4-42): درصد حذف Acid Red 18 با
فرآیند پراکسید هیدروژن- NZVI (غلظت 50 میلی گرم در لیتر Acid Red 18 و
پراکسید هیدروژن 90 میلی مول و NZVI 2 گرم در لیتر در زمان و pH های
مختلف)............................................................................................................................................................66
جدول (4-43): درصد حذف Acid Red 18 با
فرآیند پراکسید هیدروژن- NZVI (غلظت 50 میلی گرم در لیتر Acid Red 18 و
پراکسید هیدروژن 140 میلی مول و NZVI 2 گرم در لیتر در زمان و pH های
مختلف)...........................................................................................................................................................67
جدول (4-43): درصد حذف Acid Red 18 با
فرآیند پراکسید هیدروژن- NZVI (غلظت 50 میلی گرم در لیتر Acid Red 18 و
پراکسید هیدروژن 300 میلی مول و NZVI 2 گرم در لیتر در زمان و pH های
مختلف)..........................................................................................................................................................67
فهرست شکلها
شکل (1-1): مهمترین گروههای عامل
رنگ........................................................................................................7
شکل (3-1): دستگاه آزمایشی مورد
استفاده..............................................................................................................36
شکل (3-2): ساختار شیمیایی رنگ Acid Red
18
.....................................................................................39
شکل (3-3): تصویر نانو ذرات آهن صفر ظرفیتی با میکروسکوپ الکترونی (TEM)....................................41
شکل (3-4): منحنی کالیبراسیون جهت اندازه گیری غلظت محلول رنگی Acid Red 18...............................42
شکل (3-5): مجموعه آزمایشگاهی و روش انجام آزمایشات اکسیداسیون Acid Red 18 توسط H2O2 و H2O2/Fe0........................................................................................................................................................44
فصل چهارم نتایج:
............................................................................................................................................45
شکل (4-1): نمودار تأثیر pH بر کارایی فرآیند (Fe0/H2O2)........................................................................68
شکل (4-2): نمودار تأثیر زمان تماس برکارایی فرآیند (Fe0/H2O2)..............................................................69
شکل (4-3): نمودار تأثیر غلظت اولیه رنگ بر کارایی فرآیند (Fe0/H2O2)..................................................70
شکل (4-4): نمودار تاثیر پراکسید هیدروژن تنها در غلظت های مختلف، همراه با سایر پارامترهای بهینه(H2O2)..................................................................................................................................................................71
شکل (4-5): نمودار تاثیر NZVI در غلظت های مختلف همراه
با پراکسید هیدروژن و سایر پارامترهای
بهینه...................................................................................................................................................................72
شکل (4-6): نمودار تأثیر pH بر کارایی فرآیند (H2O2 تنها)..........................................................................73
شکل (4-7): نمودار تأثیر زمان تماس برکارایی فرآیند (H2O2 تنها)..............................................................74
شکل (4-8): نمودار تأثیر غلظت اولیه رنگ بر کارایی فرآیند (H2O2 تنها).....................................................75
شکل (4-9): نمودار مقایسه تأثیر NZVI بر کارایی فرآیند (Fe0/H2O2)......................................................76
شکل (4-10): نمودار مقایسه تأثیر غلظت اولیه پراکسیدهیدروژن تنها و Fe0/H2O2 بر کارایی فرآیند...........76