بررسی فعالیت فتوکاتالیستی و سونوکاتالیستی نانوذرات بیسموت اکسید سنتز شده با روش سل-ژل در حذف ترکیبات آلی پساب کارخانه نساجی اردبیل

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی آلودگی‌های محیط زیست، گروه مهندسی محیط زیست، دانشکده علوم، واحد اردبیل،دانشگاه آزاد اسلامی، اردبیل، ایران

2 دانشیار، گروه مهندسی محیط زیست، دانشکده علوم، واحد اردبیل، دانشگاه آزاد اسلامی، اردبیل، ایران

3 استادیار، گروه شیمی، دانشکده علوم، واحد سراب، دانشگاه آزاد اسلامی، سراب، ایران

چکیده

ساختار شیمیایی مواد رنگزای موجود در پساب صنایع نساجی در برابر فرایندهای تصفیه مرسوم شامل روش‌های فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی مقاوم هستند، راندمان حذف آنها کم است و تولید پساب ثانویه می‌کنند، بنابراین باید از روش‌های پیشرفته دیگری برای حذف ترکیبات آلی این گونه پساب‌ها استفاده شود. در این پژوهش از نانوذرات بیسموت اکسید برای حذف ترکیبات آلی موجود در فاضلاب کارخانه نساجی اردبیل استفاده شد. ابتدا نانوذرات بیسموت اکسید به روش سل- ژل سنتز شد و با روش‌های XRD، FESEM و DRS مورد بررسی قرار گرفت. فعالیت سونوکاتالیستی و فتوکاتالیستی این ذرات در حذف ترکیبات آلی موجود در فاضلاب کارخانه نساجی اردبیل بررسی شد. نتایج نشان داد که حدود 70 درصد فراوانی ترکیبات شیمیایی، مربوط به ترکیباتn-Decane ، n-Dodecane، n-tetradecane و Hexadecane بودند. در نمونه تحت تأثیر امواج التراسونیک بدون نانو ذره، ترکیبات شیمیایی n-Decane، n-Dodecane، n-Tetradecane، Hexadecane به‌ترتیب به میزان 86/2، 25/6، 33/8، 25 درصد حذف شد، در صورتی که در نمونه تحت تأثیر امواج التراسونیک در حضور نانوذره بیسموت اکسید، ترکیبات شیمیایی n-Decane و n-Dodecane، به‌ترتیب به مقدار 14/92، 13/95 درصد و ترکیبات شیمیایی n-Tetradecane و Hexadecane بیش از 99 درصد حذف شد. در نمونه تحت تأثیر امواج UV در حضور نانوذره بیسموت اکسید، ترکیبات شیمیایی n-Decane و n-Dodecane به‌ترتیب به میزان 82/92 و 75/93 درصد حذف و ترکیبات شیمیایی n-Tetradecane و Hexadecane نیز بیشتر از 99 درصد حذف شدند. نتایج مشخص نمود که فرایند US بدون حضور نانوذره، کارایی اندکی در حذف ترکیبات آلی دارد. در صورتی که هر دو فرایند US/Bi2O3  و UV/Bi2O3 دارای راندمان حذف بیش از 90 درصد هستند. بنابراین طبق نتایج، افزودن نانوذره Bi2O3 به محلول فاضلاب می‌تواند نقش بسزایی در حذف ترکیبات آلی فاضلاب داشته باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Study on Photocatalytic and Sonocatalytic Activity of Bi2O3 Synthesized by Sol-gel Method in Removing Organic Compounds of Ardabil Textile Factory Effluents

نویسندگان [English]

  • Parisa Nouri Dodaran 1
  • Ebrahim Fataei 2
  • Behnam Khanizadeh 3
1 MSc Student of Environmental Pollutions, Dept. of Environmental Engineering, Faculty of Science, Ardabil Branch, Islamic Azad University, Ardabil, Iran
2 Assoc. Prof., Dept. of Environmental Engineering, Faculty of Science, Ardabil Branch, Islamic Azad University, Ardabil, Iran
3 Assist. Prof., Dept. of Chemistry, Faculty of Science, Sarab Branch, Islamic Azad University, Ardabil, Iran
چکیده [English]

Dye content of the textile industry wastewater has either chemical structure resistant against the purification processes such as physical, chemical and biological treatment methods or low removal efficiency. Thus, alternative methods must be used in order to remove the organic compounds of these effluents. In the present study we used bismuth oxide nanoparticles to remove the organic compounds from effluents of Ardabil Textile Factory. in the present study in order to use nanoparticle technology to remove organic compounds, firstly sol-gel method was used to synthesize the bismuth oxide nanoparticles, which were examined using XRD, FESEM and DRS techniques. Then, the nanoparticles were examined for their sonocatalytic and photocatalytic activities in the process of removing the organic compounds from the effluents of Ardabil Textile Factory. Results showed that compounds such as n-Decane, n-Dodecane, n-tetradecane and Hexadecane accounted for up to 70% of the abundance of chemical compounds. In the nanoparticle-free sample subject to ultrasonic waves, the removal rate of the chemical compounds including n-Decane, n-Dodecane, n-Tetradecane and Hexadecane was as low as 2.86%, 6.25%, 8.33% and 25%, respectively. In contrast, in the sample containing nanoparticles subject to ultrasonic waves the removal rate for n-Decane and n-Dodecane was as high as 92.14% and 95.13%, respectively, for n-Tetradecane and Hexadecane was over 99%. In the sample subject to UV and in the presence of bismuth oxide nanoparticles, n-Decane and n-Dodecane was removed by 92.82% and 93.75%, respectively, whereas n-Tetradecane and Hexadecane was removed by over 99%. results revealed that US without nanoparticles had a little efficiency in removing the organic compounds. Whereas, both the US/Bi2O3 and UV/Bi2O3 processes had a removal efficiency of over 90%. Thus, adding nanoparticles of Bi2O3 to the effluents can make a substantial contribution to the removal of organic compounds from the textile industry effluents.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Wastewater Treatment
  • Textile wastewater
  • photocatalyst
  • Sonocatalyst
  • Bi2O3
  • Sol-gel method

Anju, S. G., Yesodharan, S. & Yesodharan, E. P. 2012. Zinc oxide mediated sonophotocatalytic degradation of phenol in Water. Chemical Engineering Journal, 189-190, 84-93.

Eskandarloo, H., Badiei, A., Behnajady, M. A. & Ziarani, G. M. 2016. Ultrasonic-assisted degradation of phenazopyridine with a combination of Sm-doped ZnO nanoparticles and inorganic oxidants. Ultrasonics Sonochemistry, 28, 169-177.

Gaya, U. & Abdullah, A. 2008. Heterogeneous photocatalytic degradation of organic contaminants over titanium dioxide: a review of fundamentals, progress and problems, Journal of Photochemistry and Photobiology, C: Photochemistry Reviews, 9, 1-12.

Gopalakrishnan, R. & Muthukumaran. 2013. Nanostructure, optical and photoluminescence properties of Zn1-XNiXO nanoclusters by co-precipitation method. Journal of Material Science: Materials in Electronics, 24, 1069-1080.

Grčić, I., Vujević, D., Žižek, K. & Koprivanac, N. 2013. Treatment of organic pollutants in water using TiO2 powders. Photocatalysis Versus Sonocatalysis, 109, 335-354.

Grieve, K. & Mulvaney, P. 2005. Synthesisand electronic properties of semiconductor nanoparticles quantum dots. Journal of  Current Opinion in Colloid and Interface Science, 5, 168-172.

Lee, H. H., Chen, G. & Yue, P. L. 2001. Integration of chemical and biological treatments for textile industry wastewater: a possible zero-discharge system. Water Science and Technology, 44, 75-83.

Mousavi, S. A., Mohammadi, P., Parastar, S. M., Ghaebzadeh, M. & Kamari, F. 2013. Efficiency of fenton oxidation in Rodamine B removal from synthetic solutions. Journal of Water and Wastewater, 25(6), 122-129. (In Persian)

Sankara, R.B., Venkatramana, R. S., Koteeswara, R. N. & Pramoda, K. J. 2013. Synthesis, structural, optical properties and antibacterial activity of co-doped (Ag, Co) ZnO nanoparticles. Research Journal of Material Sciences, 1(1), 11-20.

Seyed Mousavi, M. & Sqeb, K. 2019. The wastewater quality for the combined cycle power plant of Montazer Qaem to be re-used in agricultur. Anthropogenic Pollution Journal, 3(1), 54-60.