مطالعه كارايي و سينتيك تجزيه فتوكاتاليستي 4-كلروفنل از محلول‌هاي آبي به وسيله نور خورشيد در حضور نانوذره اكسيد روي

Efficiency and Kinetics Studies of Photocatalytic Degradation of 4-Chlorophenol from Aqueous Solutions by Sunlight in the Presence of Zinc Oxide Nanoparticles

زمينه و هدف: 4-كلروفنل يكي از مشتقات فنل است كه از منابع مختلفي وارد محيط زيست مي‌شود و در ليست آلاينده‌هاي الويت‌دار قرار دارد. در اين مطالعه كارايي و سينتيك فرايند تجزيه فتوكاتاليستي 4- كلروفنل از محلول آبي به وسيله نور خورشيد در حضور نانوذره اكسيد روي مورد بررسي قرار گرفت. روش كار: مطالعه حاضر يك مطالعه تجربي مي‌باشدكه به صورت ناپيوسته انجام شد. مقادير مشخصي از نانوذرات اكسيد روي به محلول آبي 4-كلروفنل با غلظت 25 تا200 mg/L افزوده شد و طي ساعات مياني روز از ساعت 10:30 صبح تا 15:30 بعد از ظهر در معرض تابش مستقيم نور خورشيد قرار گرفت. در اين مطالعه تاثير پارامترهايي از جمله دوز كاتاليست، pH، غلظت اوليه آلاينده و زمان تماس بررسي شدند. غلظت باقيمانده 4-كلروفنل به وسيله دستگاه HPLC اندازه‌گيري شد. ميزان حذف كل كربن آلي محلول توسط دستگاه TOC Analyzer اندازه گيري شد. ‌ يافته ها: نتايج نشان دادند كه با استفاده از انرژي نور خورشيد بعنوان منبع تامين انرژي، حداكثر راندمان حذف 4- كلروفنل در شرايط pH خنثي و قليايي و زمان تماس 5 ساعت و دوز كاتاليست g/l5/1 تقريباً 72 درصد بدست آمد. كارايي حذف با افزايش pH و زمان تماس افزايش يافت. بر اساس مدل Langmuir-Hinshelwood سينتيك واكنش تجزيه فتوكاتاليستي 4-كلروفنل از واكنش شبه درجه يك تبعيت مي‌كرد. نتيجه گيري: با استفاده از نور خورشيد بعنوان تنها منبع انرژي مورد نياز واكنش و كاربرد اكسيد روي در اندازه نانو به عنوان كاتاليزور، مي‌توان آلاينده 4-كلرو فنل را از محيطه اي آبي به ميزان قابل توجهي تجزيه نمود.

Background & Objectives: 4-chlorophenolisone of the phenol derivatives that enters the environment from various sources. 4-chlrophenol ranks the primary pollutant agent. This study evaluated the efficiency and kinetics of photocatalytic degradation of 4-chlorophenol from aqueous solutions by sunlight and zinc oxide nanoparticles. Methods: This is an empirical study and Experiments were performed in the batch system. Determined dosage of ZnO nanoparticles was added to 4-chlorophenol solution (25-200ppm) and samples were allocated under the sunlight during midday hours in summer. Effects of parameters such as ZnO loading, pH, contact time and initial concentration of the polluter 4-chlrophenol were investigated. The remaining concentrations of 4-chlorophenol were analyzed using HPLC. Removal of total organic carbon was measured by TOC analyzer. Results: The results showed that removal efficiency of 4-chlorophenol was achieved 72%in presence of solar energy as means of energy source at both neutral and alkaline pH and catalyst dosage of 1.5grL-1. Efficiency increased as increasing pH and contact time. The photocatalytic degradation of 4-chlrophenol was best fitted with Langmuir–Hinshelwood model, and can be described by pseudo-first order kinetic. Conclusion: In general, 4-chlorophenols can be significantly degraded from aqueous solution by using sunlight as the energy source for the reaction and nano-sized zinc oxide as catalyst.