Removal of p-nitrophenol from aqueous environments by UV/S2O82- process in a continuous photoreactor: Optimization by Taguchi method
Subject Areas : Laboratory and field studies on remediation/reduction of environmental pollution through emerging techniques
1 - Department of Applied Chemistry, Faculty of Chemistry, Semnan University, Semnan, Iran
Keywords: Continuous annular photoreactor, p-nitrophenol, Taguchi method, UV/S2O82-,
Abstract :
The present research was an attempt to investigate the removal of an organic pollutant called p-nitrophenol (PNP) using the UV/S2O82- process in a continuous annular photoreactor in order to optimize the operating conditions effective in the efficiency of the process through the Taguchi method. According to the results of the Taguchi method, the optimal conditions for initial concentration of PNP was equal to 40 mg L-1 with pH equal to 3 and S2O82- concentration equal to 18 mM in a residence time of 17.24 min. In such conditions, the removal percentage is equal to 98%, which is in good agreement with its experimental value of 95%. Furthermore, the Taguchi method showed that the most effective parameter in the removal of PNP was the concentration of S2O82- with a contribution of 43%.
[1] Holt, P.K., Borton, G.W., Mitchell, C.A., 2005, The future for electrocoagulation as a localized water treatment technology, Chemosphere, 59, 355.
[2] Mollah, M.Y.A., Morkovshy, P., Gomes, J.A.G., Kesmez, M., Paga, J., Cocke, D.L., 2004, Fundamentals, present and future persectives of electrocoagulation, Journal of Hazardous Materials, 114, 199.
[3] Behnajady, M.A., Modirshala, N., Daneshvar, N., Rabbani. M., 2007, Photocatalytic degradation of an azo dye in a tubular continuous-flow photoreactor with immobilized TiO2 on glass plates, Chemical Engineering Journal, 127, 167.
[4] De, A.K., Bhattacharjee, S. Dutta, B.K., 1997, Kinetics of phenol photooxidation by hydrogen peroxide and ultraviolet radiation, Industrial & Engineering Chemistry Research, 36, 3607.
[5] Galindo, C. Kalt, A., 1998, UV-H2O2 Oxidation of monoazo dyes in aqueous media: a kinetic study, Dyes and Pigments, 40, 27.
[6] Legrini, O., Oliveros, E., Braun, A.M, 1993, Photochemical processes for water treatment, Chemical Reviews, 93, 671.
[7] Ding, X., Gutierrez, L., Croue, J.-P., Li, M., Wang, L., Wang, Y., 2020, Hydroxyl and sulfate radical-based oxidation of RhB dye in UV/H2O2 and UV/persulfate systems: Kinetics, mechanisms, and comparison, Chemosphere, 253, 126655.
[8] Chen, L., Cai, T., Cheng, C., Xiong, Z., Ding, D., 2018, Degradation of acetamiprid in UV/H2O2 and UV/persulfate systems: A comparative study, Chemical Engineering Journal, 351, 1137.
[9] Liu, X., Liu, Y., Lu, S., Wang, Z., Wang, Y., Zhang, G., Guo, X., Guo, W., Zhang, T., Xi, B., 2020, Degradation difference of ofloxacin and levofloxacin by UV/H2O2 and UV/PS (persulfate): Efficiency, factors and mechanism, Chemical Engineering Journal, 385, 123987.
[10] Lee, Y.-M., Lee, G., Zoh, K.-D., 2021, Benzophenone-3 degradation via UV/H2O2 and UV/persulfate reactions, Journal of Hazardous Materials, 403, 123591.
[11] Ramakrishnan, R.K., Venkateshaiah, A., Grübel, K., Kudlek, E., Silvestri, D., Padil, V.V.T., Ghanbari, F., Černík, M., Wacławek, S., 2023, UV-activated persulfates oxidation of anthraquinone dye: Kinetics and ecotoxicological assessment, Environmental Research, 229, 115910.
[12] Wei-Po Lai, W., Lin, J.-C., Li, M.-H., 2023, Degradation of benzothiazole by the UV/persulfate process: Degradation kinetics, mechanism and toxicity, Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 436, 114355.
[13] Uwayezu, J.N., Carabante, I., Van Hees, P., Karlsson, P., Kumpiene, J., 2023, Validation of UV/persulfate as a PFAS treatment of industrial wastewater and environmental samples, Journal of Water Process Engineering, 53, 103614.
[14] Wang, Y., Zhou, J., Bi, W., Qin, J., Wang, G., Wang, Z., Fu, P., Liu, F., 2022, Schwertmannite catalyze persulfate to remove oxytetracycline from wastewater under solar light or UV-254, Journal of Cleaner Production, 364, 132572.
[15] Wang, M., Wang, Q., Cai, Y., Yuan, R., Wang, F., Qian, Y., Chen, Z., Zhou, B., Chen, H., 2021, Efficient degradation and defluorination of perfluorobutyric acid under UV irradiation in the presence of persulfate, Journal of Cleaner Production, 327, 129472.
[16] Fang, Z., Huang, R., Chelme-Ayala, P., Shi, Q., Xu, C., Gamal El-Din, M., 2019, Comparison of UV/Persulfate and UV/H2O2 for the removal of naphthenic acids and acute toxicity towards Vibrio fischeri from petroleum production process water, Science of The Total Environment, 694, 133686.
[17] Sun, J.H., Sun, S.P., Fan, M.H., Guo, H.Q., Lee, Y.F., Sun, R.X., 2008, Oxidative decomposition of p-nitroaniline in water by solar photo-Fenton advanced oxidation process, Journal of Hazardous Materials, 153, 187.
دوره 1، شماره 1، پیاپی 1 بهار 1403، صفحات 41-33 |
دانشگاه آزاد اسلامی واحد تبریز
فصلنامه آلودگیهای محیطی و توسعه پایدار شهری
"مقاله پژوهشی"
حذف پارانیتروفنل از محیط‌های آبی توسط فرایند UV/S2O82-در یک فتوراکتور پیوسته: بهینهسازی به روش طراحی آزمایش تاگوچی
سيدحامد ظفری غازانی*
دانش آموخته دکتری شیمی کاربردی، دانشکده شیمی، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران
*نویسنده مسئول مکاتبات: seyyed.hamed.zafari@gmail.com
(دریافت مقاله: 30/07/1402، پذیرش نهایی: 12/09/1402)
چکیده
در اين کار تحقيقی حذف يك آلايندة آلی تحت عنوان پارانيتروفنل (PNP) با استفاده از فرآيند UV/S2O82-در يك فتوراكتور پيوسته آنولار مورد بررسی قرار گرفته و شرایط عملیاتی موثر در کارآیی فرایند به روش تاگوچی بهینهسازی شده است. با توجه به نتايج طراحي آزمايش به روش تاگوچي، شرايط بهينه برای غلظت اوليه PNP برابر با mg L-1 40، برای pH برابر با 3، براي غلظت S2O82- برابر با mM
18 و براي زمان اقامت برابر با min 24/17 ميباشد. در اين شرايط مقدار درصد حذف برابر با %98 ميباشد كه با مقدار تجربي آن يعني %95 مطابقت خوبي دارد. همچنین روش تاگوچی مؤثرترين پارامتر در حذف PNP را غلظت S2O82- با سهم %43 نشان مي‌دهد.
واژه‌های کلیدی: فتوراكتور جريان پيوسته آنولار، پارانيتروفنل، طراحی تاگوچي،UV/S2O82-
مقدمه
تمام آبهاي طبيعي داراي آلودگي‌هايي هستند كه از فرآيندهاي فرسايش، شستشو و هوازدگي خاك‌ها ناشي مي‌شوند. يكي ديگر از مهمترين عوامل آلودگي‌هاي آبهاي سطحي، تخليه پساب‌هاي صنعتي و فاضلاب‌ها به محيط زيست ميباشد كه اگر بدون تصفيه به محيط زيست وارد شوند مي‌توانند به طرق مختلف، اكوسيستم آبي را بطور نامطلوبي تحت تاثير قرار دهند، لذا براي حفاظت منابع آبي و زيرزميني و نيز براي دسترسي به آب آشاميدني مطلوب، لازم است اين آلاينده‌ها را از منابع شان حذف كنيم. بسياري از فرآيندها به منظور تخريب يا تجزيه اين عوامل آلاينده، سال‌ها‌ست كه بكار برده مي‌شوند كه از آن جمله ميتوان به فرآيندهاي انعقاد، اكسيداسيون شيميايي، جذب سطحي بر روي كربن فعال شده، اكسيداسيون كاتاليستي و... اشاره كرد (2
و1).
روش‌هاي متداول تصفيه پساب‌ها شامل سه دسته مي‌باشند (3):
الف) روش‌هاي بيولوژيكي
ب) روش‌هاي فيزيكي
ج) روش‌هاي شيميايي
با وجود اينكه روش تصفيه بيولوژيكي روشي مؤثر ميباشد، اما گاها در غلظت‌هاي بسيار بالا و پايين آلاينده‌ها داراي مشكلاتي ميباشد. در روش‌هاي فيزيكي مانند جذب سطحي بر روي كربن فعال، عملكرد كربن فعال براي محدوده غلظتهای
mgL-1 100-10 موثر ميباشد و فقط به عنوان فرايند انتقال از يك فاز به فاز ديگر عمل مي‌كند (4). از ديگر روش‌هاي تصفيه فيزيكي روش اسمز معكوس ميباشد ولي از نظر اقتصادي مقرون به صرفه نیست (5). بطوركلي فرآيندهاي مذكور قادر به تخريب و نابودي آلايندههاي محيط زيست نمي‌باشند. در سال‌هاي اخير فرآيندهاي اكسايش پيشرفته (AOPs) بسیار مورد توجه بوده و استفاده از آنها رشد چشمگيري داشته است. به طور كلي در فرآيندهاي اكسايش پيشرفته راديكال‌هاي فعال هيدروكسيل توليد مي‌شوند. به خاطر قدرت اكسيدكنندگي بالاي راديكال‌هاي هيدروكسيل، اغلب فرآيندهاي اكسايش پيشرفته بر پايه توليد اين گونه استوار هستند. استفاده از اشعه UV و يك ماده اكسيدكننده مناسب مانند H2O2 يكي از موثرترين روش‌هاي اكسايش پيشرفته ميباشد. اين روش در حذف آلايندههاي آلي مقاوم در برابر تجزيه بيولوژيكي، بسيار موثر است (6). در سالهای اخير توجه زيادی به جايگزين نمودن ساير اکسيدکنندهها به جای هيدروژن پراکسيد صورت گرفته است. پراکسیدیسولفات يک کانديدای مناسب برای اين منظور است، اين ترکيب يک اکسيدکنندة قوی بوده و کاربرد زيادی در صنعت نفت دارد. پتاسيم پراکسیدیسولفات در مقايسه با ساير اکسيدکنندهها نظير هيدروژن پراکسيد و ازون ارزانتر بوده و کارآیی قابل توجهی از خود نشان داده است (16 – 7).
پارانيتروفنل (PNP) يكي از مشتقات فنل مي باشد. و از مهمترين تركيباتي است كه به عنوان حدواسط يا پيش‌ماده در توليد مواد آلي سنتزي مانند آنتي‌اكسيدان‌ها، مواد افزودني سوختي، بازدارنده‌هاي خوردگي، آفت‌كش‌ها، عوامل گندزدا، داروهاي ماكيان و سنتزهاي دارويي استفاده مي‌شود. رهاسازي PNP به طور مستقيم، به دليل سميت و سرطان‌زايي مشكلات زيست محيطي خيلي جدي را سبب خواهد شد (17).
در اين مقاله کارآئی فرايند فتواكسيداسيوني UV/S2O82- در حذف PNP به عنوان يک نمونه از آلايندههاي محیط زیست در يک فتوراكتور آنولار پيوسته بررسي شده و پارامترهای موثر در فرایند به روش تاگوچی مورد بهینهسازی قرار گرفته است.
بخش تجربی
- مواد مورد استفاده
PNP، پتاسيم پراکسیدیسولفات (K2S2O8)، سدیم هیدروکسید (NaOH) و نیتریک اسید (HNO3) از شرکت مرک (Merck) تهیه شده است.
- شرح ساختار فتوراكتور مورد استفاده
شمای فتوراكتور پيوسته با تابش از مركز در شكل 1 نشان داده شده است. اين فتوراكتور ازيک راکتور از جنس پيرکس با قطر داخلی 70 ميليمتر و ضخامت 5/2 ميليمتر و به ارتفاع 80 سانتيمتر که در فواصل 20 سانتيمتر از آن سه محل نمونهبرداری تعبيه شده تشكيل شده است. در مرکز فتوراکتور يک لامپ UV-C، W 30 با طول موج نشری 254 نانومتر ((Philips, Holland) در داخل يک لوله کوارتز به قطر داخلی 30 ميليمتر و ضخامت 5/2 ميليمتر قرار گرفته است. به منظور تزريق محلول از يك پمپ پريستالتيک (Heidolph, PD 5001) با شدت قابل تنظيم استفاده مي‌شود. جريان حاوی PNP از ورودی فتوراکتور که در پايين آن تعبيه شده وارد و از آخرين خروجی که در بالای فتوراکتور تعبيه شده خارج میشود.
شکل (1): شمای فتوراكتور پيوسته
- روشکار
در هر آزمايش 2000 ميلیليتر از محلول PNP (Merck) و پتاسيم پراکسیدیسولفات (Merck) با غلظتهای مشخص تهيه و به يک بشر پيرکس که بر روی يک بهم زن مغناطيسي (Ika) قرار گرفته و در طول آزمايش کاملاً هم زده میشود منتقل مي‌گردد. محلول توسط پمپ پريستالتيک (Heidolph, PD 5001) به فتوراکتور آنولار پيوسته تزريق شده و در خروجيهای معين، 10 ميلیليتر از نمونه جمعآوری شده و توسط دستگاه اسپكتروفتومتر UV/Vis (Ultrospec 2000, Biotech Pharmacia, England) و با استفاده از نمودار كالبيراسيون تهيه شده غلظت باقيماندة PNP، اندازه‌گيري مي‌شود. به منظور اندازهگيری شدت تابش نور فرابنفش از دستگاه اندازهگيری شدت تابش نور (Leybold Co., GmbH) استفاده شده است. شدت تابش در سطح لولة کوارتز برابر با 42 وات بر مترمربع ميباشد. به منظور طراحی آزمایش به روش طراحی تاگوچی از نرم افزار Qualitek-4 استفاده شده است.
نتایج و بحث
- بهينه سازي کارآئی فتوراکتور پيوسته در حذف PNP
به منظور بدست آوردن حداكثر اطلاعات براي بهينهسازي كارائي فتوراكتور آنولار پيوسته در حذف PNP در فرآيند UV/S2O82- و همين‌طور تعيين سهم هر يك از پارامترهاي مؤثر در راندمان حذف، از روش طراحي آزمايش با استفاده از روش تاگوچي بهره برده شده است. در اين روش از خاصيت آرايه‌هاي متعامد براي بدست آوردن تعداد آزمايش‌هاي لازم استفاده مي‌شود. در اين قسمت چهار متغير شامل غلظت اوليه PNP، pH، غلظت S2O82- و زمان اقامت (τ) به عنوان متغيرهاي اصلي موثر در كارائي فتوراكتور در نظر گرفته شده‌اند. هر كدام از اين فاكتورها در چهار سطح تغيير مي‌كنند. فاكتورهاي مورد استفاده و سطوح هر كدام از آنها در جدول (1) نشان داده شده است. در صورت بكارگيري روش فاكتوريال كامل براي طراحي آزمايش تعداد 44 آزمايش يعني 256 آزمايش بايستي صورت گيرد. همانطوري كه مشخص است بكارگيري روش فاكتوريال كامل نياز به تعداد آزمايشات زيادي دارد. بدين سبب استفاده از يكي از روش‌هاي طراحي آزمايش براي بهينهسازي فرآيند لازم است.
جدول (1): فاكتورها و سطوح آنها براي طراحي آزمايش
فاکتور | سطح | |||
1 | 2 | 3 | 4 | |
غلظت اوليه PNP(mg L-1) | 40 | 50 | 60 | 70 |
pH
| 9 | 7 | 5 | 3 |
غلظت S2O82- (mM) | 5/1 | 6 | 12 | 18 |
τ (min) | 31/4 | 62/8 | 93/12 | 24/17 |
بادر نظر گرفتن 4 فاكتور در 4 سطح تغيير براي هر كدام، آرايه متعامد مناسب بايد براي آن انتخاب شود. از آنجايي كه هر فاكتور داراي درجه آزادي 3 است يعني كل درجه آزادي برابر 12 خواهد بود لذا آرايه مناسب آرايه L16 خواهد بود. جدول (2) آرايه L16 مورد نظر را نشان مي‌دهد. در اين آرايه 4 فاكتور در 4 سطح تغيير مي‌كنند كه هر سطر از ماتريس نشان دهنده يك آزمايش ميباشد. بنابراين جمعاً 16 آزمايش با در نظر گرفتن شرايط سطوح براي بهينهسازي و تعيين درجه تاثير هر كدام از فاكتورها لازم خواهد بود. نتايج هر آزمايش با 3 بار تكرار در جدول (3) ارايه شده است.
جدول (2): آرايه متعامد L16 براي طراحي آزمايش
شماره آزمايش | سطوح فاکتور‌ها | |||
غلظت اوليه PNP | pH | غلظت S2O82- | τ | |
1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
2 | 1 | 2 | 2 | 2 |
3 | 1 | 3 | 3 | 3 |
4 | 1 | 4 | 4 | 4 |
5 | 2 | 1 | 2 | 3 |
6 | 2 | 2 | 1 | 4 |
7 | 2 | 3 | 4 | 1 |
8 | 2 | 4 | 3 | 2 |
9 | 3 | 1 | 3 | 4 |
10 | 3 | 2 | 4 | 3 |
11 | 3 | 3 | 1 | 2 |
12 | 3 | 4 | 2 | 1 |
13 | 4 | 1 | 4 | 2 |
14 | 4 | 2 | 3 | 1 |
15 | 4 | 3 | 2 | 4 |
16 | 4 | 4 | 1 | 3 |
جدول (3): نتايج آزمايشات و مقدار پاسخ متوسط بر اساس آرايه L16
درصد حذف در دفعات تکرار | مقدار پاسخ متوسط | |||
1 | 2 | 3 | ||
1 | 32/16 | 50/16 | 87/16 | 56/16 |
2 | 96/51 | 82/51 | 20/52 | 99/51 |
3 | 94/85 | 80/85 | 02/86 | 92/85 |
4 | 80/98 | 90/97 | 00/99 | 57/98 |
5 | 27/37 | 12/37 | 10/38 | 50/37 |
6 | 72/28 | 90/28 | 08/29 | 90/28 |
7 | 58/35 | 80/35 | 00/36 | 79/35 |
8 | 60/54 | 10/55 | 80/54 | 83/54 |
9 | 28/57 | 60/57 | 00/58 | 63/57 |
10 | 85/59 | 80/59 | 00/60 | 88/59 |
11 | 77/14 | 90/14 | 00/15 | 89/14 |
12 | 16/20 | 60/20 | 80/20 | 52/20 |
13 | 60/39 | 00/40 | 20/39 | 60/39 |
14 | 14/21 | 80/21 | 50/21 | 48/21 |
15 | 30/42 | 00/42 | 80/42 | 37/42 |
16 | 60/14 | 00/14 | 00/15 | 53/14 |
- تعيين شرايط بهينه كارايي فتوراكتور پيوسته
براي تعيين شرايط بهينه و سهم هر يك از پارامترهاي مؤثر از روش آناليز استاندارد و رسم نمودارهاي مربوطه استفاده شده است. مقدار پاسخ متوسط در جدول (3) گزارش شده است. ميانگين مقادير پاسخ متوسط براي هر سطح از پارامترها به عنوان مقدار متوسط پاسخ در جدول (4) گزارش شده است.
جدول (4): پاسخ آناليز تاگوچي كارايي فتوراكتور لوله‌اي پيوسته
فاکتور | پاسخ متوسط | |||
سطح 1 | سطح 2 | سطح 3 | سطح 4 | |
غلظت اوليه | 26/63 | 26/39 | 23/38 | 50/29 |
pH | 82/37 | 56/40 | 74/44 | 11/47 |
غلظت S2O82-(mM) | 72/18 | 09/38 | 97/54 | 46/58 |
τ (min) | 59/23 | 33/40 | 46/49 | 86/56 |
در شكل (2)، پاسخ متوسط بر حسب هر پارامتر نشان داده شده است. از آنجايي كه در روش مورد استفاده در اين كار، حالت پاسخ از نوع بيشتر بهتر ميباشد هر چه نسبت متوسط ميانگين در يك سطح بيشتر باشد آن سطح از فاكتور مورد نظر بهينه خواهد بود. با توجه به نتايج، شرايط بهينه براي غلظت اوليه PNP، سطح 1 (mg L-1 40)، براي مقدار pH، سطح 4 (3)، براي غلظت S2O82- سطح 4 (mM 18) و براي زمان اقامت، سطح 4 (min 24/17) ميباشد. در اين شرايط مقدار درصد حذف برابر با 98% ميباشد كه با مقدار تجربي آن يعني %95 مطابقت خوبي دارد.
|
|
- تعيين سهم پارامترهاي عملياتي در كارايي فتوراكتور پيوسته
در روش تاگوچي با استفاده از آناليز واريانس (ANOVA) اثر هر كدام از پارامترهاي ورودي و سهم هر كدام از فاكتورها در پاسخ تعيين مي‌شود. نتايج آناليز ANOVA در جدول (5) گزارش شده است. با توجه به جدول (5) و شكل (3)، غلظت S2O82- با %43 بيشترين تاثير و pH با %2 كمترين تاثير را در راندمان فرآيند دارند. همچنين غلظت PNP با %27 مقام دوم و زمان اقامت با %27 مقام سوم را در تاثيرگذاري بر راندمان فرآيند به خود اختصاص داده است.
جدول (5): نتايج مربوط به تحليل واريانس براي تعيين درصد تاثير پارامترهاي مختلف در كارايي فتوراكتور پيوسته
فاکتور | DOF | Sum of Squares (S) | Variance (V) | F-ratio | Pure Sum (S′) | Percent |
غلظت اوليهPNP (mg L-1) | 3 | 79/7545 | 27/2515 | 18/785 | 19/7536 | 28/27 |
pH | 3 | 25/623 | 75/207 | 85/64 | 64/613 | 22/2 |
غلظت S2O82- (mM) | 3 | 34/11939 | 78/3979 | 35/1242 | 74/11920 | 18/43 |
(min) τ | 3 | 16/7405 | 38/2468 | 55/770 | 55/7395 | 77/26 |
خطا | 3 | 19/112 | 20/3 | - | - | 55/0 |
شكل (3): سهم فاكتورهاي مؤثر در كارايي فتوراكتور پيوسته
نتیجه‌گیری
نتايج نشان مي‌دهد كه فتوراكتور آنولار پيوسته به طور مؤثري مي‌تواند در حذف PNP با غلظت‌هاي اوليه نسبتاً بالا تحت فرآيند UV/S2O82- مورد استفاده قرار گيرد. پارامترهاي عملياتي نظير غلظت اوليه PNP، غلظت اوليه S2O82-، زمان اقامت در فتوراكتور و pH محلول در راندمان حذف PNP تاثيرگذار هستند و ميتوان با انتخاب شرايط مطلوب راندمان حذف را به طور قابل توجهي افزايش داد. طراحي آزمايش به روش تاگوچي نشان مي‌دهد كه از پارامترهاي مؤثر در راندمان حذف، بيشترين تاثير مربوط به غلظت S2O82-بوده و كمترين تأثير را pH دارد. راندمان حذف در شرايط بهينه پيش‌بيني شده به روش طراحي آزمايش تاگوچي (98%) مطابقت خوبي با راندمان حذف تجربي (95%) دارد.
تعارض منافع
نویسنده هیچ‌گونه تعارض منافعی برای اعلام ندارد.
منابع
[1] Holt, P.K., Borton, G.W., Mitchell, C.A., 2005, The future for electrocoagulation as a localized water treatment technology, Chemosphere, 59, 355.
[2] Mollah, M.Y.A., Morkovshy, P., Gomes, J.A.G., Kesmez, M., Paga, J., Cocke, D.L., 2004, Fundamentals, present and future persectives of electrocoagulation, Journal of Hazardous Materials, 114, 199.
[3] Behnajady, M.A., Modirshala, N., Daneshvar, N., Rabbani. M., 2007, Photocatalytic degradation of an azo dye in a tubular continuous-flow photoreactor with immobilized TiO2 on glass plates, Chemical Engineering Journal, 127, 167.
[4] De, A.K., Bhattacharjee, S. Dutta, B.K., 1997, Kinetics of phenol photooxidation by hydrogen peroxide and ultraviolet radiation, Industrial & Engineering Chemistry Research, 36, 3607.
[5] Galindo, C. Kalt, A., 1998, UV-H2O2 Oxidation of monoazo dyes in aqueous media: a kinetic study, Dyes and Pigments, 40, 27.
[6] Legrini, O., Oliveros, E., Braun, A.M, 1993, Photochemical processes for water treatment, Chemical Reviews, 93, 671.
[7] Ding, X., Gutierrez, L., Croue, J.-P., Li, M., Wang, L., Wang, Y., 2020, Hydroxyl and sulfate radical-based oxidation of RhB dye in UV/H2O2 and UV/persulfate systems: Kinetics, mechanisms, and comparison, Chemosphere, 253, 126655.
[8] Chen, L., Cai, T., Cheng, C., Xiong, Z., Ding, D., 2018, Degradation of acetamiprid in UV/H2O2 and UV/persulfate systems: A comparative study, Chemical Engineering Journal, 351, 1137.
[9] Liu, X., Liu, Y., Lu, S., Wang, Z., Wang, Y., Zhang, G., Guo, X., Guo, W., Zhang, T., Xi, B., 2020, Degradation difference of ofloxacin and levofloxacin by UV/H2O2 and UV/PS (persulfate): Efficiency, factors and mechanism, Chemical Engineering Journal, 385, 123987.
[10] Lee, Y.-M., Lee, G., Zoh, K.-D., 2021, Benzophenone-3 degradation via UV/H2O2 and UV/persulfate reactions, Journal of Hazardous Materials, 403, 123591.
[11] Ramakrishnan, R.K., Venkateshaiah, A., Grübel, K., Kudlek, E., Silvestri, D., Padil, V.V.T., Ghanbari, F., Černík, M., Wacławek, S., 2023, UV-activated persulfates oxidation of anthraquinone dye: Kinetics and ecotoxicological assessment, Environmental Research, 229, 115910.
[12] Wei-Po Lai, W., Lin, J.-C., Li, M.-H., 2023, Degradation of benzothiazole by the UV/persulfate process: Degradation kinetics, mechanism and toxicity, Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 436, 114355.
[13] Uwayezu, J.N., Carabante, I., Van Hees, P., Karlsson, P., Kumpiene, J., 2023, Validation of UV/persulfate as a PFAS treatment of industrial wastewater and environmental samples, Journal of Water Process Engineering, 53, 103614.
[14] Wang, Y., Zhou, J., Bi, W., Qin, J., Wang, G., Wang, Z., Fu, P., Liu, F., 2022, Schwertmannite catalyze persulfate to remove oxytetracycline from wastewater under solar light or UV-254, Journal of Cleaner Production, 364, 132572.
[15] Wang, M., Wang, Q., Cai, Y., Yuan, R., Wang, F., Qian, Y., Chen, Z., Zhou, B., Chen, H., 2021, Efficient degradation and defluorination of perfluorobutyric acid under UV irradiation in the presence of persulfate, Journal of Cleaner Production, 327, 129472.
[16] Fang, Z., Huang, R., Chelme-Ayala, P., Shi, Q., Xu, C., Gamal El-Din, M., 2019, Comparison of UV/Persulfate and UV/H2O2 for the removal of naphthenic acids and acute toxicity towards Vibrio fischeri from petroleum production process water, Science of The Total Environment, 694, 133686.
[17] Sun, J.H., Sun, S.P., Fan, M.H., Guo, H.Q., Lee, Y.F., Sun, R.X., 2008, Oxidative decomposition of p-nitroaniline in water by solar photo-Fenton advanced oxidation process, Journal of Hazardous Materials, 153, 187.
Environmental Pollutions and Sustainable Urban Development, Spring 2024, Vol. 1, Issue 1, Serial No. 1, pages 33-41.
|
“Research article”
Removal of p-nitrophenol from aqueous environments by UV/S2O82-process in a continuous photoreactor: Optimization by Taguchi method
Seyyed Hamed Zafari*
Department of Applied Chemistry, Faculty of Chemistry, Semnan University, Semnan, Iran
*Corresponding author: seyyed.hamed.zafari@gmail.com
(Received: 22 October 2023, Accepted: 3 December 2023)
Abstract
The present research was an attempt to investigate the removal of an organic pollutant called p-nitrophenol (PNP) using the UV/S2O82- process in a continuous annular photoreactor in order to optimize the operating conditions effective in the efficiency of the process through the Taguchi method. According to the results of the Taguchi method, the optimal conditions for initial concentration of PNP was equal to 40 mg L-1 with pH equal to 3 and S2O82- concentration equal to 18 mM in a residence time of 17.24 min. In such conditions, the removal percentage is equal to 98%, which is in good agreement with its experimental value of 95%. Furthermore, the Taguchi method showed that the most effective parameter in the removal of PNP was the concentration of S2O82- with a contribution of 43%.
Conflict of interest: None declared.
Keywords: Continuous annular photoreactor, p-nitrophenol, Taguchi method, UV/S2O82-
