پایان نامه حذف فنول از پساب های صنعتی با استفاده از فناوری نانو

فهرست:

فصل اول

 مقدمه و کلیات

1-1- فناوری ‌نانو. 1

1-2- اهمیت تصفیه آب.. 2

1-2-1- نانو فناوری و تصفیه آب.. 4

1-3- روش های مختلف تصفیه پساب.. 6

1-3-1- تصفیه بیولوژیکی.. 7

1-3-2- تجزیه گرمایی.. 8

1-3-3- جذب و دفع.. 8

1-3-3-1-  شناورسازی با هوا 9

1-3-3-2- کربن فعال.. 9

1-3-3-2-1- تصفیه با کربن فعال دانه ای(GAC) 10

1-3-3-2-2- تصفیه با کربن فعال پودری (PAC) 10

1-3-3-2-3-  بازیابی کربن فعال.. 11

1-3-4- فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته. 12

1-3-4-1- فوتوکاتالیست.. 14

1-4- روش های سنتز. 17

1-4-1- روش سل- ژل.. 17

1-4-1-1-انواع فرایند سل- ژل.. 19

1-4-1-1-1- مسیر الکوکسیدی.. 19

1-4-1-1-2- مسیر کلوئیدی.. 20

1-4-1-2- مراحل فرآیند سل- ژل.. 20

1-4-2- روش هیدروترمال.. 21

1-5- فنول و ویژگیهای آن.. 22

فصل دوم

مروری بر تحقیقات انجام شده. 26

فصل سوم

روش سنتز و انجام آزمایشات.. 36

3-1- تصفیه پساب و اهمیت آن.. 36

3-1-1-1- فرآیند فوتوکاتالیستی مستقیم. 42

3-1-1-1-1- فرآیند فوتوکاتالیستی همگن- فرآیند لانگمیر- هینشلوود. 42

3-1-1-1-2- فرآیند الای- رایدیل.. 43

3-1-1-2- فرآیند فوتوکاتالیستی غیر مستقیم. 43

3-2-آزمایشگاه. 45

3-2-1- شناخت و تهیه مواد و وسایل موردنیاز برای انجام کارهای آزمایشگاهی.. 45

3-2- 3- دستگاه و روش ساخت.. 46

3-2-4- روی اکسید ZnO. 48

3-2-4- 1- سنتزZnO. 50

3-2-5- سنتز  CuO. 51

3-2-6- حذف فنول از پساب.. 52

3-2-6-1- روش مخلوط کردن مکانیکی.. 52

3-2-6-2- روش اشباع سازی مرطوب.. 53

3-2-7- تهیه محلول آزمایشگاهی حاوی فنول.. 55

3-2-8- شناسایی محلول مجهول.. 55

3-2-9- انجام آزمایش های مورد نظر. 56

فصل چهارم

نتایج و بحث.. 60

4-1- کاتالیست ساخته شده از روش مخلوط کرن مکانیکی.. 60

4-1-1- بهینه سازی نوع کاتالیست در تابش فرابنفش... 60

4-1-2- بهینه سازی نوع کاتالیست درنور مرئی.. 62

4-1-3- بهینه سازی pHبرای کاتالیست بهینه. 63

4-1-3-1- بهینه سازی pHبرای کاتالیست بهینه در نور فرابنفش... 63

4-1-3-2- بهینه سازی pHبرای کاتالیست بهینه در نور مرئی.. 65

4-1-3-3- مقایسه انواع کاتالیست مکانیکی در نور فرابنفش و نور مرئی.. 66

4-1-3-4- زمان.. 66

4-1-3-4-1- زمان بهینه در نور مرئی.. 66

4-1-3-4-2- زمان بهینه در نور فرابنفش... 67

4-2- کاتالیست ساخته شده از روش اشباع سازی مرطوب.. 69

4-2-1- بهینه سازی نوع کاتالیست در تابش فرابنفش... 71

4-2-2- بهینه سازی نوع کاتالیست در تابش مرئی.. 72

4-2-3- بهینه سازی pHبرای کاتالیست بهینه. 73

4-2-3-1- بهینه سازی pHبرای کاتالیست بهینه در نور فرابنفش... 73

4-2-3-2- بهینه سازی pHبرای کاتالیست بهینه در نور مرئی.. 74

4-2-3-3- مقایسه میزان جداسازی نانوکامپوزیت در نورمرئی و فرابنفش... 74

4-2-3-4- زمان بهینه. 75

4-2-3-4-1- زمان بهینه در نور مرئی.. 75

4-2-3-4-1- زمان بهینه در نور فرابنفش... 76

فصل پنجم

نتیجه گیری و پیشنهادات.. 78

5-1- نتایج.. 78

5-2-پیشنهادات.. 79

فصل ششم

6- فهرست منابع.. 82

منبع:

[1] Charles P. Poole, Frank J. Owens. (2003). Introduction to nanotechnology. USA: A Wiley-Interscience publication.

[2] Hans-Eckhardt Schaefer. (2010). Nanoscience, The Science of the Small in Physics Engineering, Chemistry, Biologyand Medicine. London, New York: Springer Heidelberg Dordrecht.

[3]Legrini, O, Oliveros, E. Braun, A.M., (1993) . " Photochemical processes for water treatment", J. Chem. Rev., vol.  93, 671.-698.

[4]Ewis B., S.J.Ergas,  D.P.Y.Change, E.D.Schroeder. (1998). Bioremediation Principles. New York: Mc Graw-Hill International.

[5]Matsa,T., Nishi,T. (2000). "Activated carbon filter treatment of laundry waste water in nuclear power plants and filter recovery by heating vacuum". J. Carbon, vol. 38, 709-714.

[6]Glaze, W.H., Kang, J.W, Chapin, D.H.,(1987). "The chemistry of water treatment"  processes involving ozone, hydrogen peroxide and ultraviolet radiation. Eng., vol.  9, 334-3. J. Ozone Sci

Solubility [7]Data Series.(1985). "International Union of Pure and Applied" .  Vol.20 ,Pergamon Press, Oxford.

[8] H. Stephen, T. Stephan. (1963). Solubilities of Organic and Inorganic Compounds. NewYork: MacMillan.

[9]  Z. Guo, R. Ma, G. Li. (2006). “ Degradation of phenol by nanomaterial TiO2 in wastewater.” Chemical Engineering Journal vol 119 -55–59.

[10] S.M. Borghei, S.H.Hosseini. (2004). “The treatment of phenolicwastewater using amoving bed biofilm reactor.”, Process. Biochem vol  39 1177.

[11] R. Qadeer, A.H. Rehan. (2002).  “A study of the adsorption of phenol by activated carbon from aqueous solutions.”, Turk. J. Chem.vol  26 357.

[12] M. Akcay, G. Akcay. (2004). “ The removal of phenolic compounds from aqueous solutions by organophilic bentonite.”, J. Hazard. Mater. vol B133  189.

[13] M. Palma, J.L. Paiva, M. Zilic. (2007).  “ A. Converti, Batch phenol removal from methyl isobutyl ketone by liquid-liquid extraction with chemical reaction.” Chem. Eng. Process. vol  46 764.

[14] S.H. Lin, C.L. Pan, H.G. Leu. (1999). “ Liquidmembrane extraction of 2-chlorophenol from aqueous solution.” , J. Hazard. Mater. Vol  B65  289.

 [15] P. Li,M. Takahashi, K. Chiba. (2009). “ Degradation of phenol by the collapse ofmicrobubbles.” , Chemosphere.  Vol  75  1371.

[16] A.Xu,M. Yang,H.Du, C. Sun. (2007). “ Rectorite as catalyst forwet air oxidation of phenol.”, Appl. Clay Sci. vol  43 435.

[17] X. Qu, J. Zheng, Y. Zhang. (2009). “ Catalytic ozonation of phenolicwastewaterwith activated carbon fiber in a fluid bed reactor.” , J. Colloid. Interface Sci. vol 309 429.

[18] V. Brezova, A. Blazkova. (1997). “ Phenol decomposition using Mn+/TiO2 photocatalysts supported by the sol–gel technique on glass fibres.”. J. Photochem. Photobiol. A . vol 109 177.

[19] Harrstrick, A., Kut, M. O., & Heinzle, E. (1996). “ TiO2-assisted degradation of environmentally relevant organic compounds inwastewater using a novel fluidized bed photoreactor”.  Environmental Science & Technology. Vol  30, 817–824.

[20] A. Sobczynski, L. Duczmal, W. Zmudzinski. (2004). “ Phenol destruction by photocatalysis on TiO2: an attempt to solve the reaction mechanism.”. Journal of Molecular Catalysis A.  vol  213 (2) 225–230.

[21] H. Al-Ekabi, N. Serpone. (1989). “ Kinetic studies in heterogeneous photocatalysis 2: TiO2-mediated degradation of 4-chlorophenol alone and in a three component mixture of 4-chlorophenol, 2,4-dichlorophenol, and 244-trichlorophneol in air equilibrated aqueous media.” . Langmuir . vol 5  250–255.

[22] Ahmad Umar, M.S. Chauhan. (2011). “ Large-scale synthesis of ZnO balls made of fluffy thin nanosheets by simple solution process: Structural, optical and photocatalytic properties.”. Journal of Colloid and Interface Science. Vol 363 521–528

[23] A. Abdullah, U. Ibrahim G. (2008).  “ Heterogeneous photocatalytic degradation of organic contaminants over titanium dioxide.” Photochemistry Reviews. Vol  9 1–12

[24] Sheng, H.L., cheng, Y.H.,(1999). " Adsorption of BTEX from aqueous solution by macroreticular resins", J. Hazard. Mater., vol. 70, 21-37

[25] Klan, P., Vavrik, M.,(2006). "Non-catalytic remediation of aqueous solution by microwave –assisted photolysis in the presence of H2H2", J.Photochem. Photobiol. vol. 177, 24-33.

[26] Oller, I., Malato, S.,(2010). J.A.Sanchez-Perez, "Combination of Advanced oxidation processes and biological treatment for waste water decontamination–A review", J.Science of the Total Environment.,Vol. 409, 4141-4146.

[27] Mandal, T.,Mative , S., Dasgupta, D., Datta, S.,(2010). "Advanced oxidation process and biotreatment: Their roles in combined industrial wastewater treatment", J. Desalination., vol. 250,87-94.

[28] H.S. Mazloomi Tabaei, M. Kazemeini. (2012). “ Preparation and characterization of visible light sensitive nanotitanium dioxide photocatalyst.”, Scientia Iranica. Vol 07.005.

[29] J. Moon. (2001). “ Preparation and characterization of the Sb doped TiO2photocatalysts.” journal of materials science. Vol  36949– 955.

[30] M.A. Rauf, M.A. Meetani, S. Hisaindee. (2011). “ An overview on the photocatalytic degradation of azo dyes in the presence of TiO2doped with selective transition metals.”. Desalination. Vol 276  13–27.

[31] U.G. Akpan, B.H. Hameed. (2009). “ Parameters affecting the photocatalytic degradation of dyes using TiO2-based photocatalysts: A review.”. Journal of Hazardous Materials. Vol  170  520–529.

[32]A. Fujishima, X. Zhang. (2008). “ TiO2 photocatalysis and related surface phenomena.”. Surface Science Reports. Vol 63  514-582.

[33] Shaari.N, Tan .S .H, Mohamed. A. R. (2012). “ Synthesis and characterization of CNT/Ce-TiO2nanocomposite for phenol degradation.” journal of rare earths, Vol. 30, No. 7, July, P. 651.

[34] R. Alnaizy, A. Akgerman. ( 2000). “ Advanced oxidation of phenolic compounds.”. Advances in Environmental Research. Vol 4  233244.

[35]R. Wang, C.Yu. (2013). “ Phenol degradation under visible light irradiation in the continuous systemof photocatalysis and sonolysis.” . Ultrasonics Sonochemistry. Vol 20 553–564.

[36]A.Babuponnusami,K.Muthukumar. (2012). “ Advanced  oxidation  of  phenol  A  comparison  between  Fenton,  electro-Fenton,sono-electro-Fenton  and  photo-electro-Fenton  processes.”.  Chemical  Engineering  Journal. Vol   1831 9.

[37] S.Ahmed, M.G. Rasul. (2010). “ Heterogeneous photocatalytic degradation of phenols in wastewater: A review oncurrent status and developments.” . Desalination. Vol  261 3–18

[38] P. Massa, F. Ivorra. (2011). “ Catalytic wet peroxide oxidation of phenol solutions over CuO/CeO2system.”.  Journal of Hazardous Materials. Vol 190 1068–1073

[39] C.Mc.Manamona,J.D.  Holmes. (2011).“ Improved  photocatalytic  degradation  rates  of  phenol  achieved  using  novelporous  ZrO2-doped  TiO2 nanoparticulate  powders.” .Journal  of  Hazardous  Materials. Vol 193 120–  127

[40] K.Naeem, O.Feng. (2009). “ Parameters effect on heterogeneous photocatalysed degradation of phenol in aqueous dispersion of TiO2.”.  Journal of Environmental Sciences. Vol 21527–533

[41] A. Rahmani, A.E. Movafagh. (2005).” Investigation of Photocatalytic Degradation of Phenol through UV/TiO2Process.”. 8th conference of health, Tehran,iran

[42] www.nano.ir

[43] A. Jacobs, G. Lisensky, P. S. Hale. (2005).” Growth Kinetics and Modeling of ZnO Nanoparticles.”. J. Chem. Educ. Vol  82, 774-778.

[44] T. Miwa, S.Kaneco. (2010).” Photocatalytic hydrogen production from aqueous methanol solution with CuO/Al2O3/TiO2nanocomposite.”. inte rnational journal of hydrogen energy. Vol  35 6554-6560

[45] B. Li, Y. Wang. (2010).” Facile synthesis and photocatalytic activity of ZnO-CuO Nanocomposite.”. Superlattices and Microstructures. Vol  47 614-623