تجزیه فتوکاتالیستی الکیل بنزن سولفانات خطی از محیط آبی با استفاده از نانو ذرات TiO2

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار گروه مهندسی بهداشت محیط، دانشکده بهداشت، دانشگاه علوم پزشکی تهران

2 استادیار گروه مهندسی بهداشت محیط، دانشکده بهداشت، دانشگاه علوم پزشکی تهران

3 دانشجوی دکترای گروه مهندسی بهداشت محیط، دانشکده بهداشت، دانشگاه علوم پزشکی تهران

4 استاد گروه مهندسی بهداشت محیط، دانشکده بهداشت، دانشگاه علوم پزشکی تهران

چکیده

دترجنت‌های آنیونی مواد شیمیایی آلی هستند که به‌مقدار زیاد در ترکیبات شوینده و پاک‌کننده کاربرد دارند. از میان آنها الکیل بنزن سولفانات خطی به‌دلیل خواص پاک‌کنندگی بالا بیشترین مصرف را دارند. LAS می‌تواند برای ارگانیسم‌های آبزی از جمله باکتری‌ها، جلبک‌ها، دافنیا و ماهی‌ها سمّی باشد و می‌تواند تجمع زیستی داشته باشد و در کل اکوسیستم پخش شود. بنابراین باید نسبت به حذف آن و جلوگیری از آلودگی آبهای پذیرنده اقدام نمود. هدف اصلی این تحقیق بررسی امکان تجزیه فتوکاتالیزوری LAS با استفاده از نانو ذرات TiO2 و تبدیل آن به مواد پایدار و غیرسمّی از جمله آب و دی‌اکسیدکربن در یک راکتور دوغابی بود. در این تحقیق غلظت 10 میلی‌گرم در لیتر از LAS در مراحل جداگانه تحت تأثیر UV و TiO2 و ترکیبی از دو مورد بالا انجام گرفت. در این تحقیق همچنین اثر غلظت اولیه LAS ، بارTiO2 ، pH و دزهای مختلف UV در میزان تجزیه فتوکاتالیستی LAS مورد تحقیق و بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که بالاترین راندمان حذف LAS با غلظت 10 میلی‌گرم در لیتر در pH اسیدی، میزان 50 میلی‌گرم در لیتر TiO2، زمان 30 دقیقه و تابش UV در حدود 99/5 درصد است. همچنین تجزیه و تحلیل سینتیک نشان داد که تجزیه فتوکاتالیستی LAS می‌تواند به‌وسیله مدل درجه یک تخمین زده شود. به‌منظور ارزیابی میزان معدنی‌سازی LAS ، COD اولیه و نهایی محلولی که مورد تابش قرار گرفته بود اندازه‌گیری شد. این روش برای غلظتهای پایین LAS مناسب است و برای غلظتهای بالا زیاد کارآمد نیست. 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Photocatalytic Degradation of Alkyle Benzene Solfunate (LAS) from Aqueous Solution Using TiO2 Nanoparticles

نویسندگان [English]

  • Ramin Nabi Zadeh 1
  • Amir Hosein Mahvi 2
  • Maryam Ghanbariyan 3
  • Simin Nasseri 4
  • Kazem Naddafi 4
1 Assoc. Prof. of Environmental Sciences, Faculty of Public Health, Tehran University of Medical Sciences
2 Assist. Prof. of Environmental Health Eng., Faculty of Public Health, Tehran University of Medical Sciences
3 Ph.D. Student of Environmental Health Eng., Faculty of Public Health, Tehran University of Medical Sciences, Tehran (Corresponding Author) (+98 21) 66364883 ghanbarian_mr@yahoo.com
4 Prof. of Environmental Health Eng., Faculty of Public Health, Tehran University of Medical Sciences
چکیده [English]

The Anionic detergents are synthetic organic chemicals used in high volumes in household cleaning products. Alkyle benzene Solfunate (LAS) detergent is one of the most widely used anionic surfactants due to excellent cleaning properties. LAS can be toxic to aquatic organisms and bio-accumulated in some fish,and eventually spread through ecosystems using food chain. Thus it should be removed from wastewater before discharge direct to the environment. Photocatalyst degradation process is one the advanced technologies in removal of organic materials from water and wastewater.The aim of this study was the applicability of photodegradations of anionic detergent by use of TiO2 nanoparticles and their change in to the nontoxic materials such as H2O and CO2 in a slurry reactor. LAS solution (10mg/L) was prepared and in separated stages was exposed to UV and TiO2 and a combination of them. Also the effect of initial LAS concentration, TiO2 loading, pH and various type of UV irradiation on degradation rate were studied. Maximum degradation was obtained at acidic pH, 50 mg/l of TiO2 and 30 min irradiation time, It was also found 99.5% of LAS was degradated in optimal conditions. Kinetics analysis indicated that photocatalytic degradation rates of LAS can be approximated by pseudo-first order model. The mineralization of LAS was reported by measuring the initial and final COD of illuminated solution. Based on the results, UV/TiO2 process may be effectively applied in LAS removal in low concentration but for high concentration not recommended due to economic reasons.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Photocatalytic degradation
  • LAS
  • UV/TiO‌2
  • TiO2 nanoparticles

1- Sirisattha, S., Momose, Y., Kitaqawa, E., and Iwahashi, H. (2004). “Toxicity of anionic detergents deter by Saccharomyces cerevisiae microarray analysis.” J. of Water Research, 38(1), 61-70.

2- Guo, F. (2008). “Pilot-scale study of removal of anionic surfactants with tricking filter.” M.Sc. Thesis, University of British Columbia, Canada.

3- Savas, K.A., and Onder, E. (2006). “Removal of linear alkylbenzene sulfonate from a model solution by continuous electrochemical oxidation.” J. of Desalination, 1, 262-272.

4- Kumar, S., and Bandyopadhyay, G.M. (2003). “Performance of waste activated carbon as a low-cost adsorbent for the removal of anionic surfactant from aquatic environment.” J. of Environmental Science and Health, 38(2), 381-397.

5- Zhang, C., Valsaraj, K.T., Constant, W.D., and Roy, D. (1999). “Aerobic biodegradation kinetics of four anionic and nonionic surfactants at sub-and supra-critical micelle concentrations (CMCs).” J. of Water Research, 33(1), 115-24.

6- Gledhill, W.E., Saeger, V.W., and Trehy, M.L. (1999). “An aquatic environmental safety assessment of linear alkylbenzene.” J. of Environmental Toxicology and Chemistry, 10(2), 169-178.

7- Werner, A.F., and Kimerle, R.A. (1982). “Uptake and distribution of C12 alkylbenzene in bluegill (Lepomis macrochirus).” J. of Environmental Toxicology and Chemistry, 1(2), 143-146.

8- Zoller, U. (2004). Handbook of detergents: Part b: Environmental impact, CRC Press, UK.

9- Adak, A., Bandyopadhyay, M., and Pal, A. (2005). “Removal of anionic surfactant from wastewater by alumina: A case study.” J. of Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 254(1-3), 165-171.

10- Mortazavi, S.B., Khavanin, A., Moussavi, G., and Azhdarpoor, A. (2008). “Removal of sodium dodecyl sulfate in an intermittent cycle extended aeration system.” Pakistan J. of Biological Sciences, 11(2), 290-293.

11- Aceituno, M., Stalikas, C.D., Lunar, L., Rubio, S., and Pérez-Bendito, D. (2002). “H2O2/TiO2 photocatalytic oxidation of metol. Identification of intermediates and reaction pathways.” J. of Water Research, 36(14), 3582-3592.

12- Al-Rasheed, A.R. (2005). “Water treatment by heterogeneous photocatalysis an overview.” Fourth SWCC Acquired Experience Symposium, Saudi Arabia.

13- Karimi, M. (2009). “Synthesis and identification of titanium dioxide nan photochemical degradation reaction of mercaptan from gasoline.” M.Sc. Thesis, Isfahan University, Iran. (In Persian)

14- Samarghandi, M.R., Nouri, J., Mesdaghinia, A.R., Mahvi, A.H., Nasseri, S., and Vaezi, F. (2007). “Efficiency removal of phenol, lead and cadmium by means of UV/TiO2/H2O2 processes.” Int. J of Environ. Sci. Tech., 4(1), 19-25.

15- Yunchi, L. (2009). “Hydrogen generation by means of pollutants photo catalytic degradation using semiconductor nanoparticles.” M.Sc. Thesis, Tarbiat Modarres University, Iran. (In Persian)

16- Eaton, A.D., Franson, M.H., and Clesceri, L.S. (2005). Standard methods for the examination of water and wastewater, 21st Ed., Washington, D.C.

17- Ghanbarian, M. (2007). “Investigation and discoloration and toxicity reduction of textile wastewater by nanophotocatalytic process UV/TiO2 .” M.Sc. Thesis, Tehran University of Medical Sciences, Teran, Iran.
(In Persian)

18- Yang, L., Yu, L.E., and Ray, M.B. (2008). “Degradation of paracetamol in aqueous solutions by TiO2 photocatalysis.” J. of Water Research, 42(13), 3480-3488.

19- Mahvi, A.H., Ghanbarian, M., Nasseri, S., and Khairi, A. (2009). “Mineralization and discoloration of textile wastewater by TiO2 nanoparticles.” J. of Desalination, 239(1-3), 309-316.

20- Hidaka, H., Koike, T., Kurihara, T., and Serpone, N. (2004). “Dynamics and mechanistic features in the photocatalyzed oxidation of disulfonated anionic surfactants on the surface of UV-irradiated titania nanoparticles.” New J. of Chemistry, 28(9), 1100-1106.

21- Tchobanoglous, G., Burton, F.L., and Stensel, H.D. (2003). Wastewater engineering: Treatment and reuse, 3rd Ed.,McGraw-Hill,New York.

22- Ràfols, C., and Barcelَ, D. (1997). “Determination of mono-and disulphonated azo dyes by liquid chromatography-atmospheric pressure ionization mass spectrometry.” J. of Chromatography, 777(1), 177-192.