حذف كاتاليزوري نوري ماده رنگزا توسط الکترود اصلاح‌شده با نانوذرات دي‌اکسیدتیتانیم-اکسیدگرافن و بهینه‌سازی به روش رویه -پاسخ



نشریه: سال يازدهم - شماره سوم- پاييز 1396 - مقاله 4   صفحات :  187 تا 202



کد مقاله:
JCST-23-10-2016-1682

مولفین:
عبداله غلامی آکردی: دانشگاه صنعتی امیرکبیر - دانشکده مهندسی نساجی
سيدهژير بهرامی: دانشگاه صنعتی امیرکبیر - دانشکده مهندسی نساجی
مختار آرامی: دانشگاه صنعتي اميركبير - دانشكده مهندسي نساجي


چکیده مقاله:

در این تحقیق، نانوذرات اکسید گرافن سنتز شده به روش هامر بر روی سطح الکترود گرافیتی رسوب داده شد. آزمون‌هاي پراش پرتو ایکس، میکروسکوپ الکترونی روبشی و طیف‌سنجی مادون‌قرمز تبدیل فوریه (FT-IR) برای شناسایی نانوذرات اکسیدگرافن به کار گرفته شد. سپس نانوذرات دي‌اکسیدتیتانیم (TiO2) بر روی سطح الکترود گرافیتی اصلاح شده با ذرات اکسیدگرافن، به روش تبخیر حلال، تثبیت شد. فعالیت كاتاليزور نوري این الکترود اصلاح شده در زمینه رنگبری محلول متیلن آبي (MB)، بررسی شد. همچنین اثر عوامل تاثیرگذار بر فرآیند رنگبری به روش كاتاليزوري نوري، مانند pH محلول، غلظت ماده رنگزای مورد استفاده (mg/l) و مقدار نانوذرات دي‌اکسیدتیتانیم استفاده شده (mg/l)، مطالعه شد. نتایج به دست آمده نشان داد که ترکیب كاتاليزور نوري تهیه شده با مقادیر اندک از نانوذرات كاتاليزور نوري، قادر به رنگبری محلول رنگی MB با بازده 90 % در مدت 120 دقیقه می‌باشد. در ادامه آزمایشات جذب و پایداری به منظور توجیه استفاده از نانوذرات اکسیدگرافن در این تحقیق، بررسی شد. برای بهینه‌سازی فرآیند كاتاليزوري نوري و بررسی تاثیر هم‌زمان عوامل مؤثر به صورت دو به دو توسط نمودارهای سه‌بعدی، مدل رویه-پاسخ به کار گرفته¬شد. نتایج حاصل از بهینه‌‌سازی عددی که اختلاف کمی را بین عدد پیش‌بینی شده (80.56 %) و عددی که به طور تجربی (76.47 %) به دست آمد، نشان داد و همچنین ضریب همبستگی بالا (96.87 %) نشان داد که روش رویه-پاسخ قادر است تا این فرآیند كاتاليزوري نوري را با تعداد کمی از آزمایش‌ها، پیش¬بینی و بهینه¬سازی کند.


Article's English abstract:

In this research, graphene oxide (GO) was deposited on the surface of graphite electrodes by the electrodeposition(ED) method which was synthesized by the modified Hummer’s method. FESEM images, FTIR analysis and XRD pattern were employed to confirm the structure of GO. TiO2 nanoparticles were further immobilized on the surface of the graphene oxide fabricated graphite electrodes (TiO2-GO-GE) using solvent evaporation and then photocatalytic activity of the prepared TiO2-GO-CE was studied for the discoloration of solutions containing Methylene Blue (MB) cationic dye. The effect of parameters such as initial dye concentration, pH of solution and TiO2 content on the decolorization efficiency of the photocatalytic process was investigated. The obtained results indicated that the prepared TiO2-GO-GE can decolorize MB with high efficiency (90 %) after 120 min of photocatalytic process. Stability test was carried out in order to show important role of GO. Then, response surface methodology (RSM) method was employed to optimize photocatalytic process and examine simultaneous effect of parameters. The validity of the model for optimization and prediction of the process with low number of experiments was stablished by experimental results (low difference between predicted value (80.56 %) and experimental value (76.47 %)) and also by high value of correlation coefficient (96.87 %).


کلید واژگان:
نانوذرات TiO2، نانوذرات اکسیدگرافن تثبیت شده، پساب رنگی، رنگزای متیلن آبي، مدل رویه-پاسخ.

English Keywords:
TiO2 nanoparticles, Immobilized graphene oxide, Colored wastewater, Methylene blue dye, Response-surface model.

منابع:
29. ن. نصیری زاده، م. دهقانی، س. جعفری، تخریب ماده رنگزاي بازیک قرمز 13 با فرآیند ترکیبی سونوالکتروشیمی در حضورنانوذرات TiO2. نشريه علمي پژوهشي علوم و فناوري رنگ. (1395) 10، 144-137. 33. ز. مینایی زنگی، ح.گنجی¬دوست، ب. آيتي، حذف فوتوكاتاليزي رنگزا با استفاده از نانوذرات دي اكسيد تيتانيم تلقيح شده و مطالعه سينتيكي آن. نشريه علمي پژوهشي علوم و فناوري رنگ, (1393) 8، 211-203.

English References:
1. J. Dasgupta, M. Singh, J. Sikder, V. Padarthi, S. Chakraborty, S. Curcio, Response surface-optimized removal of Reactive Red 120 dye from its aqueous solutions using polyethyleneimine enhanced ultrafiltration. Ecotoxicol. Environ. Saf. 21(2015), 278-271. 2. P. Sharma, M.R. Das, Removal of a cationic dye from aqueous solution using graphene oxide nanosheets: investigation of adsorption parameters. J. Chem. Eng. Data. 58 (2012), 151-158. 3. T.A. Nguyen, R.-S. Juang, Treatment of waters and wastewaters containing sulfur dyes: A review. Chem. Eng. J. 219 (2013), 109-117. 4. T. Sauer, G.C. Neto, H. Jose, R. Moreira, Kinetics of photocatalytic degradation of reactive dyes in a TiO2 slurry reactor. J. Photochem. Photobiol. A. 149 (2002), 147-154. 5. D. Mohapatra, S. Brar, R. Tyagi, P. Picard, R. Surampalli, Analysis and advanced oxidation treatment of a persistent pharmaceutical compound in wastewater and wastewater sludge-carbamazepine. Sci. Total Environ. 470 (2014), 58-75. 6. A. Srinivasan, T. Viraraghavan, Decolorization of dye wastewaters by biosorbents: a review. J. Environ. Manage. 91 (2010), 1915-1929. 7. L. Yao, L. Zhang, R. Wang, S. Chou, Z. Dong, A new integrated approach for dye removal from wastewater by polyoxometalates functionalized membranes. J. Hazard. Mater. 301 (2016), 462-470. 8. N. Mohabansi, V. Patil, N. Yenkie, A comparative study on photo degradation of methylene blue dye effluent by advanced oxidation process by using TiO2/ZnO photo catalyst. Rasayan J. Chem. 4 (2011), 814-819. 9. M. Nawaz, D. Kim, W. Miran, A. Kadam, J. Heo, S. Shin, J. Jang, S.-R. Lim, D.S. Lee, Effect of toluene, an immiscible pollutant, on the photocatalytic degradation of azo dye. J. Ind. Eng. Chem. 30 (2015), 10-13. 10. K. Bubacz, J. Choina, D. Dolat, A.W. Morawski, Methylene blue and phenol photocatalytic degradation on nanoparticles of anatase TiO2. Pol. J. Environ. Stud. 19 (2010), 685. 11. Z.A. Che Ramli, N. Asim, W.N. Isahak, Z. Emdadi, N. Ahmad-Ludin, M.A. Yarmo, K. Sopian, Photocatalytic Degradation of Methylene Blue under UV Light Irradiation on Prepared Carbonaceous. Sci. World J. 2014. 12. R.J. Tayade, T.S. Natarajan, H.C. Bajaj, Photocatalytic degradation of methylene blue dye using ultraviolet light emitting diodes. Ind. Eng. Chem. Res. 48(2009), 10262-10267. 13. A. Houas, H. Lachheb, M. Ksibi, E. Elaloui, C. Guillard, J.-M. Herrmann, Photocatalytic degradation pathway of methylene blue in water. Appl. Catal. B. 31 (2001), 145-157. 14. M. Rauf, M. Meetani, S. Hisaindee, An overview on the photocatalytic degradation of azo dyes in the presence of TiO2 doped with selective transition metals. Desalin. 276 (2011) 13-27. 15. S. Gelover, P. Mondrag?n, A. Jiménez, Titanium dioxide sol–gel deposited over glass and its application as a photocatalyst for water decontamination. J. Photochem. Photobiol. A. 165 (2004), 241-246. 16. P. Lei, F. Wang, X. Gao, Y. Ding, S. Zhang, J. Zhao, S. Liu, M. Yang, Immobilization of TiO2 nanoparticles in polymeric substrates by chemical bonding for multi-cycle photodegradation of organic pollutants. J. Hazard. Mater. 227 (2012), 185-194. 17. D. Byun, Y. Jin, B. Kim, J.K. Lee, D. Park, Photocatalytic TiO2 deposition by chemical vapor deposition. J. Hazard. Mater. 73 (2000), 199-206. 18. A. Yousef, N.A. Barakat, S.S. Al-Deyab, R. Nirmala, B. Pant, H.Y. Kim, Encapsulation of CdO/ZnO NPs in PU electrospun nanofibers as novel strategy for effective immobilization of the photocatalysts. Colloids Surf. A. 401 (2012), 8-16. 19. S. Vadivel, M. Vanitha, A. Muthukrishnaraj, N. Balasubramanian, Graphene oxide–BiOBr composite material as highly efficient photocatalyst for degradation of methylene blue and rhodamine-B dyes. J. Water Process Eng. 1 (2014) 17-26. 20. C.J. Madadrang, H.Y. Kim, G. Gao, N. Wang, J. Zhu, H. Feng, M. Gorring, M.L. Kasner, S. Hou, Adsorption behavior of EDTA-graphene oxide for Pb (II) removal. ACS Appl. Mater. Int. 4(2012), 1186-1193. 21. Y. Haldorai, B.-K. Kim, Y.-L. Jo, J.-J. Shim, Ag@ graphene oxide nanocomposite as an efficient visible-light plasmonic photocatalyst for the degradation of organic pollutants: A facile green synthetic approach. Mater. Chem. Phys. 143 (2014) 1452-1461. 22. S.J. An, Y. Zhu, S.H. Lee, M.D. Stoller, T. Emilsson, S. Park, A. Velamakanni, J. An, R.S. Ruoff, Thin film fabrication and simultaneous anodic reduction of deposited graphene oxide platelets by electrophoretic deposition. J. Phys. Chem. Lett. 1(2010), 1259-1263. 23. C. Bougheloum, A. Messalhi, Photocatalytic degradation of benzene derivatives on TiO2 catalyst. Physics Procedia. 2 (2009), 1055-1058. 24. M. Nikazar, K. Gholivand, K. Mahanpoor, Photocatalytic degradation of azo dye Acid Red 114 in water with TiO 2 supported on clinoptilolite as a catalyst. Desalin. 219 (2008) 293-300. 25. P. Bansal, D. Sud, Photodegradation of commercial dye, Procion Blue HERD from real textile wastewater using nanocatalysts. Desalin. 267 (2011), 244-249. 26. V.K. Gupta, G. Sharma, D. Pathania, N. Kothiyal, Nanocomposite pectin Zr (IV) selenotungstophosphate for adsorptional/photocatalytic remediation of methylene blue and malachite green dyes from aqueous system. J. Ind. Eng. Chem. 21 (2015) 957-964. 27. C. Galindo, P. Jacques, A. Kalt, Photochemical and photocatalytic degradation of an indigoid dye: a case study of acid blue 74 (AB74). J. Photochem. Photobiol. A. 141 (2001), 47-56. 28. V. Eskizeybek, F. Sar?, H. Gülce, A. Gülce, A. Avc?, Preparation of the new polyaniline/ZnO nanocomposite and its photocatalytic activity for degradation of methylene blue and malachite green dyes under UV and natural sun lights irradiations. Appl. Catalysis B. 119 (2012) 197-206. 30. N. Ghaemi, S.S. Madaeni, P. Daraei, H. Rajabi, T. Shojaeimehr, F. Rahimpour, B. Shirvani, PES mixed matrix nanofiltration membrane embedded with polymer wrapped MWCNT: Fabrication and performance optimization in dye removal by RSM. J. Hazard. Mater. 298 (2015), 111-121. 31. H. Sun, S. Liu, G. Zhou, H.M. Ang, M.O. Tade?, S. Wang, Reduced graphene oxide for catalytic oxidation of aqueous organic pollutants. ACS Appl. Mater. Int. 4 (2012), 5466-5471. 32. R. Nagarjuna, S. Challagulla, N. Alla, R. Ganesan, S. Roy, Synthesis and characterization of reduced-graphene oxide/TiO2/Zeolite-4A: A bifunctional nanocomposite for abatement of methylene blue. Mater. Des. 86 (2015) 621-626. 34. Y. Cong, M. Long, Z. Cui, X. Li, Z. Dong, G. Yuan, J. Zhang, Anchoring a uniform TiO2 layer on graphene oxide sheets as an efficient visible light photocatalyst. Appl. Surf. Sci. 282 (2013), 400-407. 35. I. Stambolova, ?. Shipochka, V. Blaskov, A. Loukanov, S. Vassilev, Sprayed nanostructured TiO2 films for efficient photocatalytic degradation of textile azo dye. J. Photochem. Photobiol. B. 117 (2012), 19-26. 36. C. Xu, G.P. Rangaiah, X.S. Zhao, Photocatalytic Degradation of Methylene Blue by Titanium Dioxide: Experimental and Modeling Study. Ind. Eng. Chem. Res. 53 (2014), 14641-14649. 37. P. Lei, F. Wang, X. Gao, Y. Ding, S. Zhang, J. Zhao, S. Liu, M. Yang, Immobilization of TiO2 nanoparticles in polymeric substrates by chemical bonding for multi-cycle photodegradation of organic pollutants. J. Hazard. Mater. 227–228 (2012), 185-194. 38. C. Xu, G. Rangaiah, X. Zhao, Photocatalytic degradation of methylene blue by titanium dioxide: experimental and modeling study. Ind. Eng. Chem. Res. 53(2014), 14641-14649. 39. W. Fan, M. Cui, H. Liu, C. Wang, Z. Shi, C. Tan, X. Yang, Nano-TiO2 enhances the toxicity of copper in natural water to Daphnia magna. Environ. Pollut. 159 (2011), 729-734. 40. M. Czajka, K. Sawicki, K. Sikorska, S. Popek, M. Kruszewski, L. Kapka-Skrzypczak, Toxicity of titanium dioxide nanoparticles in central nervous system. Toxicol. in Vitro. 29 (2015), 1042-1052. 41. W.-K. Jo, R.J. Tayade, Facile photocatalytic reactor development using nano-TiO2 immobilized mosquito net and energy efficient UVLED for industrial dyes effluent treatment. J. Environ. Chem. Eng. 4 (2016), 319-327. 42. J. Monteagudo, A. Dur?n, I. San Martin, M. Aguirre, Catalytic degradation of Orange II in a ferrioxalate-assisted photo-Fenton process using a combined UV-A/C–solar pilot-plant system. Appl. Catal. B. 95(2010), 120-129. 43. A. Zuorro, M. Fidaleo, R. Lavecchia, Response surface methodology (RSM) analysis of photodegradation of sulfonated diazo dye Reactive Green 19 by UV/H 2 O 2 process. J. Environ. Manage. 127(2013), 28-35. 44. A. Hivechi, S.H. Bahrami, M. Arami, A. Karimi, Ultrasonic mediated production of carboxymethyl cellulose: Optimization of conditions using response surface methodology. Carbohydr. Polym. 134 (2015) 278-284.



فایل مقاله
تعداد بازدید: 5214
تعداد دریافت فایل مقاله : 28

ورود به سامانه نشریه
شناسنامه ی نشریه
صاحب امتياز:
موسسه پژوهشي
علوم و فناوري رنگ و پوشش
مدير مسوول:
پروفسور زهرا رنجبر
سردبير:
پروفسور زهرا رنجبر
مدير اجرايي:
دکتر فرهاد عامري
شاپا چاپي:
8779 - 1735
شاپا الکترونيکي:
2169 - 2383
دسترسی سریع
آخرین شماره های نشریه
آمارهای وبگاه
تعداد بازدید:5,215

کاربران حاضر:43