توصيفگر ها :
فرآيند فتوكاتاليستي , كاتاليست , Fe-TiO2 , Fe-TiO2/Ti3C2 , Fe-TiO2/Bi2O3 , سفالكسين , روش رويه پاسخ , نور مرئي
چكيده فارسي :
براساس ضرورتهاي نگهباني از محيط زيست و هدف تعريف شده اين پايان نامه، پژوهشي براي حذف فتوكاتاليستي محلول آبي آنت يبيوتيك سفالكسين انجام شد. در نخستين گام، مجموع هايي از كامپوزيتهاي د وجزئي آهن دوپ شده به تيتانيوم دي اكسيد، Fe-TiO2 ، و سه جزئي آهن دوپ شده به تيتانيويم دي اكسيد و مكسن، Fe-TiO2/Ti3C2 ، طراحي و به روش سل-ژل سنتز شدند و بر پايه بيشينه فعاليت فتوكاتاليستي كامپوزيتهاي سنتزي در كاهش آلايندگي محلول آبي حاوي داروي سفالكسين، نسبت اجزاء تشكيل دهنده آن، بهينه گرديدند. تعيين تركيب درصدهاي بهينه ازآهن سه ظرفيتي در كامپوزيت دوجزئي و هم چنين مكسن در كامپوزيت سه جزئي به ر وش غربالگري و با استفاده از آزمايش هاي اوليه فرآيند تخريب سفالكسين در شرايط عملياتي يكسان(غلظت سفالكسين 10mg/L ، غلظت نانوكاتاليست 1g/Lو pH محلول 4.5 و
مدت زمان تابش 120 دقيقه) صورت گرفت كه درصدهاي وزني بهينه هر دو جزء آهن سه ظرفيتي و مكسن Ti3C2 برابر 5 بدست آمدند. ميزان تخريب سفالكسين با استفاده از كامپوزيتهاي دو و سه جزئي بهينه به ترتيب برابر 28 % و 8. 12 % گرديدند . با توجه به كاهش ميزان تخريب با استفاده از كامپوزيت سه جزئي بهينه نسبت به كامپوزيت دوجزئي بهينه، عملكرد كامپوزيت بهينه سه جزئي ، در تخريب فتوكاتاليستي رنگ Direct Red 16 مورد بررسي قرار گرفت كه در شرايط عملياتي يكسان با سفالكسين ميزان تخريب 2 / 69 % بدست آ مد. با مقايسه بازده هاي كامپوزيت سه جزئي بهينه در تخريب رنگ DR16 و سفالكسين، مشخص شد كه اين نانوكاتاليست براي كاهش فتوكاتاليستي سفالكسين كارا نيست. در ادامه به منظور تهيه يك كاتاليست موثر براي تخريب سفالكسين، از بيسموت اكسيد به دليل داشتن شكاف انرژي پايين و توانايي جذب بالا در نورمرئي استفاده گرديد و مجموعه ايي از كامپوزيت سه جزئي Fe-TiO2/Bi2O3 به روش سل-ژل سنتز شدند و به مانند دو كاتاليست ذكر شده پيشين، نسب تهاي اجزاء تشكيل دهنده آن بهينه گرديدند كه نسب تهاي وزني بهينه اجزاء +Fe3+/Ti4 و Bi2O3/TiO2 ، به ترتيب 3 و11 درصد تجربه شدند. ميزان تخريب سفالكسين با بكارگيري اين كاتاليست، در شرايط عملياتي (غلظت سفالكسين mg/L10 ، غلظت نانوكاتاليست g/L 1و pH محلول 5 / 4 و مدت زمان تابش 240 دقيقه)، برابر 2 / 54 % بدست آمد. آناليزهاي مشخصهيابي براي كاتاليست تيتانيوم دي اكسيد و 5wt%Fe-TiO2 و هر دوكامپوزيت 3 جزئي بهينه چند جزئي سنتز شده شامل FTIR ، XRD ، DRS ، SEM-FE و EDX به انجام رسيد. به منظور ارزيابي تاثير مشخصههاي عملياتي مختلف مشتمل بر )غلظت كاتاليست، غلظت سفالكسين و pH اوليه محلول( بر ميزان تخريب فتوكاتاليستي سفالكسين، طراحي آزمايش به روش رويه پاسخ براي كاتاليست بهينه Fe-TiO2/Bi2O3 انجام شد. با كاربرد پرتوهاي تابش نور مرئي (لامپ LED با توان W 50 و طول موج nm 400-395)، بيشترين فعاليت فتوكاتاليستي براي تخريب سفالكسين در شرايط عملياتي بهينه (غلظت سفالكسين mg/L 5، غلظت نانوكاتاليست g/L 1.5 و pH محلول 9 و مدت زمان تابش 240 دقيقه) معادل 4 / 73 %بدست آمد. تمام آزمايشها در دماي محيط ( 25 درجه سلسيوس) انجام شد. چنانچه بجاي نور مرئي از تابش فرابنفش با توان W 15 ، در شرايط عملياتي بهينه، از نانوكاتاليست بهينه سنتزي Fe-TiO2/Bi2O3 استفاده شود، بازده تخريب آلاينده سفالكسين 96 % بدست آمد.
چكيده انگليسي :
Based on the necessity of protecting the environment and the defined goal of this thesis, this research was conducted for the photocatalytic removal of aqueous solution of cephalexin antibiotic. In the first step, a series of two-components of iron doped with titanium dioxide composites, Fe-TiO2, and three components of iron doped with titanium dioxide and Mxene composites, Fe-TiO2/Ti3C2, were designed and synthesized by sol-gel technology. In order the synthetic composites have the maximum photocatalytic activity in elimination of cephalexin drug in aqueous solution, the ratio of its components were optimized. The optimal composition percentages of trivalent iron in the two-components composite as well as Mxene in the three-components composite was obtained by screening method and using the initial tests of the cephalexin degradation process under a certain operating condition (cephalexin concentration: 10 mg/L, nanocatalyst concentration: 1 g/L, initial pH of the solution: 4.5 and the irradiation time: 120 minutes). The optimal weight percentages of 5 were obtained for the both trivalent iron components and Mxene Ti3C2. By using the optimal three-component composite, Fe-TiO2, FeTiO2/Ti3C2 composite Cephalexin degradation rate was 28% and 12.8% respectively. Considering the decrease in the rate of destruction by using the optimal three-component composite compared to the optimal two-component composite, the performance of the optimal three-component composite was investigated in the photocatalytic degradation of Direct Red 16 dye, and under the same operating conditions as cephalexin the degradation rate was 69.2%. By comparing the efficiencies of the optimal ternary composite in the degradation of cephalexin and DR16 dye, it was determined that this nanocatalyst is not efficient for the photocatalytic reduction of cephalexin. In the next step, in order to prepare an effective catalyst for cephalexin degradation, bismuth oxide was used due to its low energy gap and high absorption ability in visible light, and a set of three-components Fe-TiO2/Bi2O3 composites were synthesized by sol-gel technology and similar to the two previously mentioned catalysts, the ratios of its components were optimized. The optimal weight ratios of Fe3+/Ti4+ and Bi2O3/TiO2 components were founded 3 and 11%, respectively. The amount of cephalexin degradation using this catalyst, under operating conditions (cephalexin concentration: 10 mg/L, catalyst concentration: 1 g/L, initial solution pH: 4.5, and irradiation time: 240 minutes), was 54.2%. The characterization analyzes of FTIR, XRD, DRS, FE-SEM and EDX for 5wt% Fe-TiO2, Fe-TiO2/Ti3C2 and Fe-TiO2/Bi2O3 composites were performed. In order to evaluate the effects of various operating conditions (catalyst concentration, cephalexin concentration and initial solution pH) on the photocatalytic degradation rate of cephalexin, experimental design was performed by response surface method for the optimal Fe-TiO2/Bi2O3 catalyst. By using visible light rays (LED lamp with power 50 W and wavelength 395-400 nm), the maximum cephalexin degradation rate was 73.4% under optimal operating conditions (cephalexin concentration: 5 mg/L, nanocatalyst concentration: 1.5 g/L, initial solution pH: 9 and the irradiation time: 240 minute). All experiments were performed at ambient temperature (25 degrees Celsius). By implementing ultraviolet radiation (15W) and Fe-TiO2/Bi2O3 catalyst, under the optimal operating conditions, degradation efficiency of the cephalexin was increased to 96%.