شماره مدرك :
18647
شماره راهنما :
2076 دكتري
پديد آورنده :
حبيبي زارع، مسعود
عنوان :

توسعه سامانه هيبريدي فوتوالكتروفنتون به همراه جوشش همدما مبتني بر انسداد نسبي جريان با استفاده از فوتوكاتاليست نانوكامپوزيتيTiO2/ZrO2/Fe3O4 سنتز شده با طراحي ساختار زرده@پوسته جهت حذف ناپروكسن از آب

مقطع تحصيلي :
دكتري
گرايش تحصيلي :
مهندسي شيمي
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع :
1402
صفحه شمار :
243
توصيفگر ها :
نانوراكتور سه جزئي , ساختار زرده@دوپوسته , الكتروفوتوفنتون , انسداد نسبي جريان , راكتور هيدروديناميك , حذف ناپروكسن
تاريخ ورود اطلاعات :
1402/04/21
كتابنامه :
كتابنامه
رشته تحصيلي :
مهندسي شيمي
دانشكده :
مهندسي شيمي
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1402/04/25
كد ايرانداك :
2942963
چكيده فارسي :
در اين كار پژوهشي ابتدا نمونههاي نانوراكتورهاي سه جزئي ساختاري با معماري زرده@پوسته (Yolk@Double Shell Fe3O4@ZrO2@TiO2 or Y@DS FZT)بر اساس پارامترهاي سنتز ازجمله دماي فرآيند كلسيناسيون، دما و زمان فرآيند سولوترمال تهيه شدند و بهترين نمونه سنتز شده بر اساس كمترين باندگپ انرژي انتخاب شد. مشخصهيابي بهترين نمونه اين نانوراكتور با استفاده از آناليزهايXRD ،EDS ،FESEM ، TEM،BET ،FTIR ، Raman، XPS، TGA، PL، VSM ، PZC و الكتروشيميايي انجام گرفت. يكي از هدف هاي اين مطالعه بررسي تأثير شرايط واكنش سولوترمال و كلسيناسيون بر باندگپ انرژي و بهينه سازي شرايط واكنش نانوراكتورهاي Y@DS FZT با استفاده از يك مدل سه سطحي باكس-بنكن است. علاوه بر اين، تاثير اندازه كريستال و مساحت سطح ويژه (SSA) بر باندگپ انرژي مورد بررسي قرار گرفت. مساحت سطح ويژه، حجم منافذ و اندازه متوسط منافذ نانوراكتورهاي Y@DS FZT به ترتيب برابر 429 مترمربع بر گرم ، 39/0 سانتي متر مكعب در گرم و 22 نانومتر بدست آمد. به منظور تعيين عملكرد بهترين نمونه نانوراكتور Y@DS FZT، فرآيند تخريب فوتوكاتاليستي ناپروكسن بر اساس تأثير چهار عامل فرآيندي غلظت اوليه ناپروكسن، pH اوليه محلول، ميزان فوتوكاتاليست بارگذاري شده و مدت زمان پرتودهي تحت تابش نور مرئي، بوسيله روش پاسخ سطح پاسخ (RSM) مورد بررسي قرار گرفت. طبق نتايج به دست آمده، حداكثر و حداقل ميزان تخريب فوتوكاتاليستي ناپروكسن با استفاده از نانوراكتور Y@DS FZT به ترتيب 100 و 66 درصد بود. به منظور به حداكثر رساندن فعاليت فوتوكاتاليستي پارامترهاي كاتاليست بارگذاري شده، pH محيط واكنش، غلظت اوليه ناپروكسن و زمان تابش به ترتيب بر روي 5/0 گرم بر ليتر، 3 ، 10 ميلي گرم بر ليتر و 60 دقيقه كه منجر به تخريب كامل ناپروكسن شد. در پايان، بهمنظور توسعه سامانه هيبريدي مبتني بر روشهاي اكسيداسيون پيشرفته جهت حذف ناپروكسن در پساب سنتزي، روش تركيبي جوشش همدما مبتني بر انسداد نسبي جريان(FRB) به منظور توليد راديكال هيدروكسيل حاصل از اضمحلال نانوحبابها، بههمراه روشهاي الكتروفنتون(EF) و فوتوالكتروفنتون(PEF) بهعنوان فرآيندهاي ديگر مبتني بر اكسيداسيون پيشرفته، مورد مطالعه قرار گرفت. شرايط بهينه فرآيندي اين بخش از سامانه بر اساس بالاترين نرخ سينتيك واكنش تخريب ناپروكسن در فشار ورودي 4 بار و pH برابر 2 تعيين شد و بر همين اساس بالاترين حد تخريب 43/39% و كاهش اكسيژنخواهي شيميايي(COD) 3/11% با استفاده از فرآيند FRB به تنهايي بدست آمد. روش هاي تركيبي شامل فرآيند FRB به همراه الكتروفنتون (EF) و فوتوالكتروفنتون (PEF) بدون استفاده از ماده شيميايي پراكسيد هيدروژن(H2O2) براي دستيابي به بيشترين مقدار حذف ناپروكسن از پساب سنتز شده مورد بررسي قرار گرفتند. تخريب ناپروكسن 97/98% با كاهش اكسيژنخواهي شيميايي 90٪ براي روش تركيبي FRB به همراه فوتوالكتروفنتون (PEF) در زمان 120 دقيقه به دست آمد در حاليكه از تركيب آن به همراه الكتروفنتون(EF) تخريب 91/89% در زمان 120 دقيقه تصفيه به دست آمد. شاخص تخريب پذيري (DI) براي پساب به دست آمده از تصفيه به روش FRB به تنهايي و همچنين پساب تحت فرآيند تصفيه به همراه الكتروفنتون(EF) و فوتوالكتروفنتون (PEF) محاسبه شد. در انتها نيز هزينه هاي عملياتي روش هاي تصفيه مختلف بر اساس توان مصرفي محاسبه شد و مورد ارزيابي قرار گرفت.
چكيده انگليسي :
In this research, samples of structural three-component nanoreactors with Yolk@Shell architecture (Yolk@Double Shell Fe3O4@ZrO2@TiO2 or Y@ DS FZT) were first prepared based on the synthesis parameters, including the temperature of calcination process, the temperature and time of solvothermal process, and the best synthesized sample was selected based on the lowest energy band gap. The characterization of the best sample of this nanoreactor was done by XRD, EDS, FESEM, TEM, BET, FTIR, Raman, XPS, TGA, PL, VSM, PZC and electrochemical analysis. One of the objectives of this study is to investigate the effects of solvothermal and calcination reaction conditions on the energy band gap and to optimize the reaction conditions of Y@ DS FZT nanoreactors using a 3-level Box-Benken model. In addition, the effect of crystal size and specific surface area (SSA) on the energy band gap was investigated. The specific surface area, pore volume, and average pore size of the Y@ DS FZT nanoreactors were 429 m2/g, 0.39 cm3/g, and 22 nm, respectively. To determine the performance of the best sample of nanoreactor Y@ DS FZT, the photocatalytic degradation process of naproxen was investigated based on the effect of four process factors (initial concentration of naproxen, initial pH of solution, amount of loaded photocatalyst, and duration of visible light irradiation) using Response Surface Method (RSM). According to the results, the maximum and minimum photocatalytic degradation rates of naproxen using the Y@ DS FZT nanoreactor were 100 and 66%, respectively. To maximize the photocatalytic activity, the parameters of the loaded catalyst, the pH of the reaction medium, the initial concentration of naproxen, and the irradiation time were adjusted to 0.5 g/L, 3, 10 mg/L, and 60 min, respectively, resulting in the complete destruction of naproxen. In order to develop a hybrid system based on advanced oxidation methods for the removal of naproxen in synthetic wastewater, the combined method of isothermal boiling based on relative flow blockage (FRB) for the generation of hydroxyl radicals resulting from the dissolution of nanobubbles was investigated together with electrofenton (EF) and photoelectrofenton (PEF) methods as other advanced oxidation based methods. The optimal process conditions for this part of the system were determined based on the highest kinetic rate of the naproxen degradation reaction at an inlet pressure of 4 bar and a pH of 2. On this basis, the highest degradation rate was 39.43% and the reduction in chemical oxygen demand (COD) was 11.3% obtained with the FRB process alone. Combined methods involving the FRB process together with electrofenton (EF) and photoelectrofenton (PEF) without the use of chemical hydrogen peroxide (H2O2) were investigated to remove the maximum amount of naproxen from the synthesized wastewater. The destruction of naproxen was almost completely achieved by reducing the chemical oxygen demand by 90% in 120 min for the combined method of FRB with photoelectrofenton (PEF), while for the combination with electrofenton (EF) the destruction in 120 min was 89.91%. The purification was achieved. The degradation index (DI) was calculated for both the wastewater from FRB treatment alone and the wastewater from the treatment process with electrofenton (EF) and photoelectrofenton (PEF). Finally, the operating costs of the different treatment processes were calculated and eva‎luated based on electricity consumption.
استاد راهنما :
ارجمند مهرباني زين آباد
استاد مشاور :
محمد ديناري
استاد داور :
حميد زيلوئي , عليرضا نجفي چرمهيني
لينک به اين مدرک :

بازگشت