تخریب الکتروکاتالیستی ماده رنگزای راکتیو آبی 222 در سطح الکترود کربن سرامیک اصلاح شده با نانوذرات دی‌اکسید تیتانیم و نانولوله‌های کربنی چنددیواره

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی نساجی و پلیمر، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد یزد، یزد، ایران

چکیده

در این پژوهش الکترود‌های کربن سرامیک حاوی نانوذرات دی‌اکسید تیتانیم و نانولوله‌های کربنی چنددیواره برای تجزیه ماده رنگزای راکتیو آبی 222 به روش سونوالکتروشیمی پیشنهاد شده است. علاوه بر آن، یک نانوحس‌گر الکتروشیمیایی برپایه الکترود کربن شیشه‌ای اصلاح شده با اکسید گرافن و نانو اورچین طلا جهت اندازه‌گیری آنی ترکیب ماده رنگزا معرفی گردید. با توجه به خصوصیات ویژه اکسید گرافن و نانو اورچین طلا، نانوحس‌گر طراحی شده ویژگی‌هایی نظیر مساحت سطحی بالا، تسریع انتقال الکترون و ثبات بالا را بخود اختصاص داده است. نتایج اندازه‌گیری ماده رنگزای راکتیو آبی 222 در محدوده غلظتی µM 900- 25 با حد تشخیص µM 8 حاکی از مطلوب بودن پاسخ نانوحس‌گر نسبت به ماده رنگزا می‌باشد. در فرآیند تخریب عوامل مختلف مؤثر بر فرآیند شامل مقدار اختلاف پتانسیل، مقدار نانوذرات دی‌اکسید تیتانیم، نانولوله‌های کربنی چنددیواره و pH محلـول با روش آماری سطح پاسخ بهینه‌سازی شدند. در شرایط بهینه شامل 8.0 pH، اختلاف پتانسیل V 0.90 بر سطح الکترود کربن سرامیک حاوی %wt 2.0 دی‌اکسید تیتانیم، %wt 3.89 نانولوله کربنی چنددیواره طی مدت زمان 120 دقیقه اعمال فرآیند سونوالکتروشیمی 96 % از mM 1.0 غلظت ماده رنگزای تخریب گردیده و 88% از TOC اولیه محلول (ppm 121.33) نیز کاهش یافته است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Electrocatalytic Degradation of Reactive Blue 222 Dye at Carbon Ceramic Electrode modified with Titanium Dioxide Nanoparticles and Multiwall Carbon Nanotube

نویسندگان [English]

  • F. Jafari
  • N. Nasirizadeh
  • M. Mirjalili
Department of Textile and Polymer Engineering, Yazd Branch, Islamic Azad University, Yazd, Iran.
چکیده [English]

In this research, we are proposing carbon-ceramic electrodes containing TiO2 nanoparticles and MWCNT for the degradation of Reactive Blue 222 dyes by sonoelectrochemistry. In addition, an electrochemical nanosensor based on glass carbon electrode modified with graphene oxide and gold nanourchins was introduced to online determination of dye. Due to the special characteristics of nanoaddetive, the proposed nanosensor has unique features such as high surface area, accelerated electron transfer and high stability. The results of determination the Reactive Blue 222 dye in a concentration range of 25-900 μM with a detection limit 8 μM depict a good performance of the sensor for determined dye. The degradation process were optimized various factors affecting including the amount of potential difference, the amount of TiO2 nanoparticles, MWCNT and the solution pH by the statistical response surface method. At optimal conditions, including pH 0.8, potential difference 0.90 V on carbon ceramic electrode containing 0.2 wt% TiO2 and 3.89 wt% multiwall carbon nanotube during 120 min applying sonoelectrochemical degradation, 96% of 1.0 mM Reactive Blue 222 was degradaed and 88% of initial TOC value (121.33 ppm) was reduced.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Sonoelectrochemistry
  • Sensor
  • Gold Nanourchins
  • On-line Determination
  1. T. Esfandiyari, N. Nasirizadeh, M. Ehrampoosh, M. Tabatabaee, Characterization and absorption studies of cationic dye on multi walled carbon nanotube- carbon ceramic composite. J. Ind. Eng. Chem. 46(2017), 35–43.
  2. B. Bethi, S. H. Sonawane, G. S. Rohit, C. R. Holkar, D. V. Pinjari, B. A. Bhanvase, A. B. Pandit, Investigation of TiO2 photocatalyst performance for decolorization in the presence of hydrodynamic cavitation as hybrid AOP. Ultrason. Sonochem. 28 (2016), 150-160.
  3. A. Torabinejad, N. Nasirizadeh, M. E. Yazdanshenas, H. Tayebi, Synthesis of conductive polymer-coated mesoporous MCM-41 for removal of textile dye from aqueous media. J. Nanostruc. Chem. 7 (2017), 217–229.
  4. M. A. Shirgholami, M. Mirjalili, N. Nasirizadeh, Preparation of A MWCNT-graphite composite based on sol gel method for dye removal. Oriental J. Chem. 33 (2017), 1-10.
  5. M. A. Radi, N. Nasirizadeh, M. Rohani-Moghadam, M. Dehghani, The comparison of sonochemistry, electrochemistry and sonoelectrochemistry techniques on decolorization of C.I Reactive Blue 49. Ultrason. Sonochem. 27(2015), 609-615.
  6. S. Aoudj, A. Khelifa, N. Drouicage, M. Hecini, H. Hamitouche, Electrocoagulation process applied to wastewater containing dyes from textile industry. Chem. Enl. Proc. 8 (2010), 49-56.
  7. S. Khoufi, F. Aloui, S. Sayadi, Treatment of olive oil mill wastewater by combined process electro-Fenton reaction and anaerobic digestion. Water. Res. 40 (2006) 2007-2016.
  8. Ch.Wang, M. Cao, P. Wang, Y. Ao, J. Hou, J. Qian, Preparation of graphene–carbon nanotube– TiO2 composites withenhanced photocatalytic activity for the removal of dye and Cr (VI). Appl. Cata. 473 (2014) 83–89.
  9. س. صفا، ن. نصیری‌زاده، م. دهقانی، م. قانعیان، ﺣﺬف رﻧﮓ راﻛﺘﻴﻮ آﺑﻲ 19 از محیط‌های آبی ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از فرآیند سونوشیمی در حضور نانوذرات تیتانیوم دی‌اکسید. مجله دانشگاه علوم پزشکی مازندران. (1396)152، 161-147.
10.M. A. Radi, N. Nasirizadeh, M. Mirjalili, M. Rohani Moghadam, Ultrasound-assisted electrochemical decolorization of anthraquinone dye C.I Reactive Blue 49, its optimization and synergic effect: a comparative study. Int. J. Environ. Sci. Tech. (2018) 1-10.
11.S. Jafari, M. Dehghani, N. Nasirizadeh, H. R. Akrami, Voltammetric determination of Basic Red 13 during its sonoelectrocatalysis degradation. Microchim. Acta. 184 (2017), 4459–4468.
12. ع. رضایی طوسی، ن. نصیری‌زاده، م. ح. احرام‌پوش، بهینه‌سازی شرایط تخریب رنگ بازیک بلیو 47 بدون استفاده از عوامل اکسنده با استفاده از تکنیک فراصوت-الکتروشیمی و روش آماری CCD. مجله علمی پژوهشی طلوع بهداشت. (1396)16، 30-20.
13. ن. نصیری‌زاده، م. دهقانی، س. جعفری، تخریب رنگ بازیک قرمز 13 با فرآیند ترکیبی سونوالکتروشیمی در حضور نانوذرات TiO2. مجله علمی پژوهشی علوم و فناوری رنگ. (1395)10، 144-137.
14. ع. اعتمادی‌فر، م. دهقانی، س. جعفری، ن. نصیری‌زاده، بررسی عملکرد فرآیند سونوالکتروشیمی در تخریب رنگ بازیک زرد 28 در حضور نانوذرات دی‌اکسید تیتانیم‌. مجله علمی- پژوهشی شیمی کاربردی. (1396)42، 22-9.
15.J. R. Steter, Willyam, R. P. Barros, M. V. Lanza, A. J. Motheo, Electrochemical and sonoelectrochemical processes applied to amaranth dye degradation Chemosphere. Ultrason. Sonochem. 117 (2014) 200–207.
16.M. Siddique, R. Farooq, Z. Mehmood Khan, Z. Khan, S. F. Shaukat, Enhanced decomposition of reactive blue 19 dye in ultrasound assisted electrochemical reactor. Ultrason. Sonochem. 53 (2011) 190–196.
17.B. Yang, J. Zuo, X. Tang, F. Liu, X. Yu, X. Tang, H. Jiang, L. Gan, Effective ultrasound electrochemical degradation of methylene blue wastewater using a nanocoated electrode. Ultrason. Sonochem. 21 (2014) 1310–1317.
18.B. Thokchom, A. B. Pandit, P. Qiu, B. Park, J. Choi, J. Khim, A review on sonoelectrochemical technology as an upcoming alternative for pollutant degradation. Ultrason. Sonochem. 27 (2015) 210–234.
19.A. Yaqub, H. Ajab, Applications of sonoelectrochemistry in wastewater treatment system. Rev. Chem. Eng. 29 (2013), 123–130.
20.M. Rivera, M. Pazos, M. A. Sanroman, Improvement of dye electrochemical treatment by combination with ultrasound technique. J. Chem. Tech. Biotech. 84 (2009), 1118–1124.
21.S. Vajnhandl, A. Majcen, L. Marechal, Ultrasound in textile dyeing and the decolouration/mineralization of textile dye. Dyes Pigm. 15 (2005), 89-101.
22.H.C. C. Kumar, R. Shilpa., V. R. Rai, S. Ananda, Electrochemical degradation of acridine orange dye at pd/graphite modified electrode in aqueous solution. Int. J. Appl. Chem. 13(2017), 219-234.
23.Q. Qiao, S. Singh, S.L. Lo, Y. Li, J. Jin, L. Wang, Electrochemical oxidation of acid orange 7 dye with Ce, Nd, and co-modified PbO2 electrodes: Preparation, characterization, optimization, and mineralization. J. Taiwan Inst. Chem. Eng. 84 (2018), 110-122.
24.H. L. Poh, F. Sanek, A. Ambrosi, G. Zhao, Z. Sofer, M. Pumera, Graphenes prepared by Staudenmaier, Hofmann and Hummers methods with consequent thermal exfoliation exhibit very different electrochemical properties. Nanoscale 4 (2012), 3515–3522.
25.N. Nasirizadeh, M. Dehghani, M. E. Yazdanshenas, Preparation of hydrophobic and conductive cotton fabrics using multi-wall carbon nanotubes by the sol–gel method. J. Sol-Gel Sci. Technol. 73 (2015), 14-21.
26.S. Jafari, M. Dehghani, N. Nasirizadeh, M. Azimzadeh, An azithromycin electrochemical sensor based on an aniline MIP film electropolymerized on a gold nano urchins/graphene oxide modified glassy carbon electrode. J. Electroanal. Chem. 829 (2018) 27-34.
27.Z. Aghili, N. Nasirizadeh, A. Divsalar, S. Shoeibi, P. Yaghmaei, A highly sensitive miR-195 nanobiosensor for early detection of Parkinson's disease. Artif. Cell. Nanomed. B. 7 (2017), 1-9.
28.Z. Aghili, N. Nasirizadeh, A. Divsalar, S. Shoeibi, P. Yaghmaei, A nanobiosensor composed of exfoliated graphene oxide and gold nano-urchins, for detection of GMO products. Biosen. Bioelectron. 95 (2017), 72-80.
29.F. Aghaei, S. M. Seifati, N. Nasirizadeh, Development of a DNA biosensor for detection of phenylketonuria based on screen-printed gold electrode and hematoxylin. Anal. Method. 9 (2017), 966-973.
30.S. Hajihosseini, N. Nasirizadeh, M. S. Hejazi, P. Yaghmai, A sensitive DNA biosensor fabricated from gold nanoparticles and graphene oxide on a glassy carbon electrode. Mater.Sci. Eng. C, 61 (2016), 506–515.
31.A. Asadzadeh-Firouzabadi, H. R. Zare, N. Nasirizadeh, Electrochemical biosensor for detection of target dna sequence and single-base mismatch related to helicobacter pylori using chlorogenic acid as hybridization indicator. J. Electrochem. Soc. 163 (2016) B43-B48.
32.D. A. Skoog, D. M. West, Principles of instrumental analysis, saunders philadelphia, 1980, 500 – 534
33.Y. Liu, X. He, Y. Fu, D. D. Dionysiou, Degradation kinetics and mechanism of oxytetracycline by hydroxyl radical-based advanced oxidation processes. Chem. Eng. J. 284 (2016), 1317–1327.
34.C. A. Martinez-Huitle, M. A. Rodrigo MA, I. Sirés, O. Scialdone, Single and coupled electrochemical processes and reactors for the abatement of organic water pollutants: a critical review. Chem. Rev. 115 (2015), 13362–13407.
35.R. Salazar, M. S. Ureta-Zanartu, C. Gonzalez-Vargas, C. do Nascimento Brito, C. A. Martinez-Huitle, Electrochemical degradation of industrial textile dye disperse yellow 3: Role of electrocatalytic material and experimental conditions on the catalytic production of oxidants and oxidation pathway, Chemosphere, 198 (2018), 21-29.
36.S. Jafari, M. Dehghani, N. Nasirizadeh, Developing a highly sensitive electrochemical sensor using thiourea-imprinted polymers based on an MWCNT modified carbon ceramic electrode. J. Electroanal. Chem. 802 (2017), 139–146.
37.B. Habibi, M. Abazari, M. H. Pournaghi-Azar, Simultaneous determination of codeine and caffeine using single-walled carbon nanotubes modified carbon-ceramic electrode. Colloid. Surface. B. 114 (2014), 89-95.
38.N. Djafarzadeh, M. Safarpour, A. Khataee, Electrochemical degradation of three reactive dyes using carbon paper cathode modified with carbon nanotubes and their simultaneous determination by partial least square method. Korean J. Chem. Eng. 31(2014), 785-793.
D. Rajkumar, B. J. Song, J. G. Kim, Electrochemical degradation of Reactive Blue 19 in chloride medium for the treatment of textile dyeing wastewater with identification of intermediate compounds. Dyes Pigm. 72(2007), 1-7.