حذف آلاينده متيلن بلو از پساب با استفاده از نانو كامپوزيتZnFe2O4-ZnO-perlite در راكتور ناپيوسته (Batch)

Removal of Methylene Blue Pollutant from Wastewater Using ZnFe2O4-ZnO-Perlite Nanocomposite in Batch Reactor

متيلن ﺑﻠﻮ رايج‌ترين ﻣﺎده رﻧﮕﯽ در جهان براي رﻧﮓ‌آميزي پنبه، ﭘﺸﻢ و اﺑﺮيشم با مصرف زياد است كه در پساب صنايع نساجي به مقدار زياد يافت مي‌شود. در اين پژوهش واكنش تجزيه فوتوكاتاليزگري متيلن بلو در پساب با استفاده از نانوكامپوزيت ZnFe2O4-ZnO-perlite در حالت سوسپانسيون و تابش نورهاي فرابنفش و مرئي LED در فوتوراكتور ناپيوسته انجام شد. براي تهيه نانوكامپوزيت ZnFe2O4-ZnO-perlite، ابتدا تركيب نانوگوي‌هاي ZnFe2O4 با استفاده از روش هيدروترمال سنتز شد. در ادامه، نانوذرات اكسيد روي در محيط حاوي پرليت و ZnFe2O4 با روش سل-ژل سنتز شد. براي شناسايي نانوكامپوزيت تهيه شده از تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي، طيف سنجي تبديل فوريه-زير قرمز و همچنين الگوي پراش پرتو ايكس استفاده شد. تأثير عوامل عملياتي در تجزيه فوتوكاتاليزگري نظير مقدار كاتاليزگر، توان لامپ‌هاي UV و مرئي LED، مدت زمان تابش و دماي واكنش بررسي شد و بيشترين كارايي در شرايط بهينه با مقدار نانو فوتوكاتاليزگر 3 گرم در ليتر، توان لامپ‌هاي فرابنفش و مرئي LED 20 وات، مدت زمان تابش 120دقيقه و دماي 35 درجه سلسيوس مشاهده شد. واكنش از نظر سينتيكي در شرايط بهينه بررسي شد و نتايج نشان داد كه سينتيك آن شبه مرتبه اول بود و نتايج قابل قبولي در اين بررسي‌ها به دست آمد. بر اساس اين نتايج روشي براي تجزيه فوتوكاتاليزگري با استفاده از نانوكامپوزيت ZnFe2O4-ZnO-perlite به‌دست آمد كه مي‌‌توان با گسترش آن به شكل صنعتي، براي تجزيه پساب‌هاي رنگي در صنايع استفاده نمود.

Methylene blue is the most common colored material that is used to stain cotton, wool and silk; it has a high global consumption, and is found in high-tech textile wastewater. In this study, the photocatalysis degradation reaction of methylene blue (MB) in polluted water was performed using a ZnFe2O4-ZnO-perlite nanocomposite in suspension condition under UV and visible LED illumination in a batch photoreactor. To prepare ZnFe2O4-ZnO-perlite nanocomposite, first, ZnFe2O4 nanospheres were synthesized by hydrothermal route, ZnO nanoparticles were prepared via sol-gel method in media containing perlite and ZnFe2O4. To detect prepared nanocomposite, scanning electron microscopy (SEM) images, Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR) and X-ray powder diffraction (XRD) pattern were used. Effects of operating factors on photocatalyst degradation such as catalyst amount, powers of UV and visible LED lamps, radiation duration and reaction temperature were investigated. The highest efficiency was obtained under optimal conditions (3 g/L photocatalyst amount, UV power and LED power of 20 watts, the radiation time of 120 minutes and temperature of 35 ºC). The kinetic reaction was investigated in optimal conditions and the results showed that its kinetics was first order and the results were acceptable in these studies. Based on these results, a method for photocatalytic degradation was obtained using a ZnFe2O4-ZnO-perlite nanocomposite, which can be used to expand it into industrial form, for wastewater treatment in industry.