مدل¬سازی سینتیکی و بهینه سازی پارامترهای موثر تصفیه فاضلاب 4-کلروفنل در فرآیند جذب با نانو کاتالیست کربن فعال/مگنتیت در محلول آبی

الموضوعات :

فرهام امین شرعی ¹ ( گروه مهندسی ایمنی، بهداشت و محیط زیست، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران. )
محمد آسترکی ² ( گروه مهندسی شیمی، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران. )
سهند جرفی ³ ( گروه مهندسی شیمی، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران. )
رضا درویشی چشمه سلطانی ⁴ ( گروه مهندسی شیمی، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران. )
مجتبی نصر اصفهانی ⁵ ( گروه شیمی ، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسالمی، نجف آباد، ایران )

تاريخ الإرسال : 16 الثلاثاء , ربيع الثاني, 1445 تاريخ التأكيد : 06 الثلاثاء , جمادى الثانية, 1445 تاريخ الإصدار : 07 الأربعاء , جمادى الثانية, 1445

الکلمات المفتاحية: مدل‌سازی سینتیکی, 4-کلروفنل, جاذب, کربن فعال/مگنتیت,

ملخص المقالة :

مقدمه: ترکیبات آلی و حلقوی کلرینه نظیر 4-کلروفنل، در منابع آب های سطحی و زیرزمینی به دلیل کاربرد فراوان آن در صنایع مختلف و ایجاد مشکلات و عوارض جبران ناپذیری مانند سرطانزایی، جهش زایی، ناهنجاری های مادرزادی و سمیت بالا بسیار مورد توجه سازمان های حفاظت از محیط زیست بوده است. مواد و روش‌ها: این مطالعه یک پژوهش کاربردی است که به صورت پایلوت و در مقیاس آزمایشگاهی انجام شده است. در این مطالعه ابتدا محلول آبی حاوی 4-کلروفنل تهیه شد و سپس با استفاده از لاستیک ضایعاتی برای تهیه کربن فعال نانو کاتالیست کربن/ مگنتیت تهیه شد و بدین منظور ml 100 از محلول آبی در تماس با جاذب کربن فعال قرار گرفت و متغییر های تاثیرگذار در فرایند جذب (pH، دما، دوز جاذب و زمان ماند) از روش پاسخ سطح (RSM) با انتخاب طرح مرکب مرکزی (CCD) طراحی شد. نتایج و بحث: برای فرایند جذب 4-کلروفنل با استفاده از کربن فعال/مگنتیت، یک الگوی آزمایش با 30 اجرا انجام شد و R^2 تنظیم شده و پیش بینی شده به ترتیب 919/0 و 762/0 برآورد گردید و بر اساس ANOVA، مدل فرایند جذب 4-کلروفنل با جاذب پیشنهادی معنی دار بود و F-value 58/24 بود.همچنین عوامل مستقل در این مطالعه(,pH دما، دوز جاذب و زمان ماند)، معنی دار بودند نتیجه‌گیری: با توجه به تاثیر پارامترهای مختلف در انتخاب شرایط بهینه نرم افزار، 100 راه حل پیشنهاد کرد، که در نهایت اولین راه حل با 948/0 مطلوبیت انتخاب شد که پارامترهای تاثیر گذار برای جذب به این شرح بهینه شد: 3 pH ، دمای ℃ 42.5 ، دوز جاذب g L^(-1) 84/1 و زمان ماند 91 دقیقه. همچنین نتایج مدلسازی جذب نشان داد با افزایش مصرف دوز بیشتر جاذب، فرایند می تواند در زمان کوتاه تری به پایان برسد و همچنین افزایش بیش از مقدار بهینه ی دوز جاذب از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نیست.

المصادر:

1- Niu H, Zheng Y, Wang S, Zhao L, Yang S. Continuous generation of hydroxyl radicals for highly efficient elimination of chlorophenols and phenols catalyzed by heterogeneous Fenton-like catalysts yolk / shell Pd @ Fe 3 O 4 @ metal organic frameworks. J Hazard Mater [Internet]. 2018;346(December 2017):174–83. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.jhazmat.2017.12.027
2- Zhu Y, Fan W, Feng W, Wang Y, Liu S, Dong Z. A critical review on metal complexes removal from water using methods based on Fenton-like reactions : Analysis and comparison of methods and mechanisms. J Hazard Mater [Internet]. 2021;414(37):125517. Available from: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.125517
3- Fu W, Yi J, Cheng M, Liu Y, Zhang G, Li L. When bimetallic oxides and their complexes meet Fenton-like process. J Hazard Mater. 2022;424(October 2021).
4- Liu W, Wang J, Liu J, Hou F, Wu Q, Wang C, et al. Preparation of phenylboronic acid based hypercrosslinked polymers for effective adsorption of chlorophenols. 2020;1628.
5- Jiang X, Xiao Y, Xiao J, Zhang W, Rongliang Q. Chemosphere The effect of persistent free radicals in sludge derived biochar on p-chlorophenol removal. Chemosphere [Internet]. 2022;297(February):134218. Available from: https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2022.134218
6- Tang B, Zou J, Wang X, Li B, Fu D, Thapa S. Science of the Total Environment Theoretical insights into the gas / heterogeneous phase reactions of hydroxyl radicals with chlorophenols : Mechanism , kinetic and toxicity assessment. Sci Total Environ. 2022;807.
7- Peng Y, Yan Y, Wang J, Xiang Z, Li Y, Yang J, et al. CdSe cluster-modified biogenic α -FeOOH based on macroporous biochar for Fenton-like reaction of As ( III ). Appl Surf Sci [Internet]. 2022;589(February):152872. Available from: https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2022.152872
8- Duan Z, Zhang W, Lu M, Shao Z, Huang W, Li J, et al. Magnetic Fe 3 O 4 / activated carbon for combined adsorption and Fenton oxidation of 4-chlorophenol. Carbon N Y [Internet]. 2020;167:351–63. Available from: https://doi.org/10.1016/j.carbon.2020.05.106
9- Yang J, Li P, Duan X, Zeng D, Ma Z, An S. Insights into the role of dual reaction sites for single Ni atom Fenton-like catalyst towards degradation of various organic contaminants. J Hazard Mater [Internet]. 2022;430(February):128463. Available from: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2022.128463
10- Santana-martínez G, Roa-morales G, Martin E, Romero R, Frontana-uribe BA, Natividad R. Electrochimica Acta Electro-Fenton and Electro-Fenton-like with in situ electrogeneration of H 2 O 2 and catalyst applied to 4-chlorophenol mineralization. 2016;195:246–56.
11- Hadi S, Taheri E, Mehdi M, Fatehizadeh A. Synergistic degradation of 4-chlorophenol by persulfate and oxalic acid mixture with heterogeneous Fenton like system for wastewater treatment : Adaptive neuro-fuzzy inference systems modeling. J Environ Manage [Internet]. 2020;268(April):110678. Available from: https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2020.110678
12- Shen T, Wang P, Hu L, Hu Q, Wang X, Zhang G. Journal of Environmental Chemical Engineering Adsorption of 4-chlorophenol by wheat straw biochar and its regeneration with persulfate under microwave irradiation. J Environ Chem Eng. 2021;9(February):1–11.
13- Niu H, Zheng Y, Wang S, Zhao L, Yang S. Continuous generation of hydroxyl radicals for highly efficient elimination of chlorophenols and phenols catalyzed by heterogeneous Fenton-like catalysts yolk / shell Pd @ Fe 3 O 4 @ metal organic frameworks. J Hazard Mater [Internet]. 2018;346(December 2017):174–83. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.jhazmat.2017.12.027
14- Abdullah N, Ainirazali N, Najmuddin M. Materials Today : Proceedings Tea waste residue as low-cost biosorbent for treatment of 2 chlorophenol. Mater Today Proc [Internet]. 2022;57:1048–52. Available from: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2021.09.167
15- Beni AA. Design of a solar reactor for the removal of uranium from simulated nuclear wastewater with oil-apatite ELM system. Arab J Chem [Internet]. 2021;14(2):102959. Available from: https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2020.102959
16- Vahdat A, Ghasemi B, Yousefpour M. Synthesis of hydroxyapatite and hydroxyapatite/Fe3O4 nanocomposite for removal of heavy metals. Environ Nanotechnology, Monit Manag [Internet]. 2019;12(March):100233. Available from: https://doi.org/10.1016/j.enmm.2019.100233
17- Saja S, Bouazizi A, Achiou B, Ouaddari H, Karim A, Ouammou M, et al. Fabrication of low-cost ceramic ultrafiltration membrane made from bentonite clay and its application for soluble dyes removal. J Eur Ceram Soc [Internet]. 2020;40(6):2453–62. Available from: https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2020.01.057
18-Wagner M, Lin KA, Oh W, Lisak G. Metal-organic frameworks for pesticidal persistent organic pollutants detection and adsorption – A mini review. J Hazard Mater. 2021;413(February):1–8.
19- Soliman NK, Moustafa AF. Industrial solid waste for heavy metals adsorption features and challenges; a review. J Mater Res Technol [Internet]. 2020;9(5):10235–53. Available from: https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2020.07.045
20- Marwani HM, Bakhsh EM. Selective adsorption of 4-chlorophenol based on silica-ionic liquid composite developed by sol – gel process. Chem Eng J [Internet]. 2017;326:794–802. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.cej.2017.06.030
21- Yadav VB, Gadi R, Kalra S. Clay based nanocomposites for removal of heavy metals from water: A review. J Environ Manage [Internet]. 2019;232(October 2018):803–17. Available from: https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2018.11.120