بررسي عملكرد فتوكاتاليستي ZIF-67 و Zn/Co-ZIF در حذف آلاينده‌هاي آلي از پساب

The Study of Photocatalytic Performance of ZIF-67 and Zn/Co-ZIF for the Removal of Organic Pollutants from Wastewater

با توجه به مشكلات محيط‌زيستي ناشي از آلودگي منابع آبي با آلاينده‌هاي آلي، پژوهش در جهت ارائه روش‌هاي كارآمد براي حذف اين آلاينده‌ها بسيار حائز اهميت است. در اين پژوهش استفاده از چارچوب‌هاي فلزي-آلي براي تصفيه فتوكاتاليستي پساب حاوي آلاينده آلي و عوامل مؤثر بر فرايند حذف آلاينده بررسي شد. با توجه به تخلخل بالا، گاف انرژي و مقاومت حرارتي و شيميايي مناسب، ZIF-67 انتخاب شد تا در حذف فتوكاتاليستي آلاينده‌هاي آلي از پساب استفاده شود. فتوكاتاليست ZIF-67 سنتز و شناسايي با آناليز‌هاي XRD، FTIR، BET، ICP و UV-DRS انجام شد. به‌منظور بررسي عملكرد فتوكاتاليستي ZIF-67، حذف فتوكاتاليستي متيلن‌بلو به‌عنوان آلاينده آلي مدل و تأثير پارامترهاي عملياتي شامل دوز كاتاليست، غلظت آلاينده وpH بررسي شد. به‌منظور بهبود عملكرد ZIF-67 اثر اضافه كردن فلز روي به ساختار بر فعاليت فتوكاتاليستي نيز بررسي شد. طبق نتايج BET، سطح ويژه كاتاليست حدود m2/g 1750 و قطر متوسط حفرات nm 59/1 است كه بر اساس دسته‌بندي IUPAC ساختار سنتز شده در دسته ميكروحفرات قرار مي‌گيرد. با دوز كاتاليست به‌ميزان 5/0 گرم بر ليتر حدود 68 درصد از متيلن‌بلو موجود در پساب با غلظت اوليه ppm 15 و زمان تابش 2 ساعت حذف شد. با اضافه كردن فلز روي و سنتز ساختار Zn/Co-ZIF علاوه بر شكل‌گيري بهتر كريستال‌ها، افزايش بازده حذف فتوكاتاليستي تا 79 درصد نيز مشاهده شد. همچنين افزايشpH از 4 به 8 و دوز كاتاليست از 1/0 گرم بر ليتر به 1 گرم بر ليتر نيز باعث رسيدن بازده فرآيند به محدوده 90 درصد شد. هر دو ساختار ZIF-67 و Zn/Co-ZIF به‌عنوان فتوكاتاليست با افزايش pH و در محدوده بازي pH معادل 8 تا 12 عملكرد مناسب‌تري داشتند. اگرچه با افزايش دوز كاتاليست بازده افزايش مي‌يابد اما كدورت ايجاد شده در مقدار بالا مي‌تواند تأثير منفي بر بازده بگذارد. نتايج مربوط به آناليز گاف انرژي نشان داد كه هر دو ساختار ZIF-67 و Zn/Co-ZIF مي‌توانند تحت تابش نور مرئي فعال باشند و ممكن است بتوانند در حذف آلاينده‌هاي آب به‌كار روند.

Due to environmental issues caused by pollution of water resources with organic pollutants, research to provide effective methods for removing these pollutants has received considerable attention. In the present work, the application of Metal Organic Frameworks for the photocatalytic treatment of wastewater containing organic pollutants was studied. Due to the high porosity, suitable band gap, good thermal and chemical stability, ZIF-67 was selected for photocatalytic removal of organic pollutants from wastewater. The ZIF-67 photocatalyst was synthesized and characterized by XRD, FTIR, BET, ICP and UV-DRS techniques. To study the photocatalytic activity of ZIF-67, degradation of methylene blue as an organic model compound has been performed and the effects of catalyst loading, dye concentration and pH on MB removal were studied. Also, the effect of zinc addition to ZIF-67 strucure on the performance of photocatalytic activity was studied. According to the BET results, the specific surface area of catalyst was measured about 1750 m2/g which indicates the high porous structure of ZIF-67. A catalyst loading of 0.5 g/L resulted in 68% removal of MB with initial concentration of 15 ppm after 2 hours of exposure. By addition of zinc to the structure, Zn/Co-ZIF was synthesized and not only showed better crystallization, but also photocatalytic activity increased to 79%. Also, increasing pH and catalyst loading resulted in higher removal efficiency. Both ZIF-67 and Zn/Co-ZIF structures exhibited higher activity in the basic environment (pH 8-12). Although increasing catalyst loading increases removal efficiency, it entails the increase of turbidity which could affect the removal efficiency inversely for higher values. Band gap measurements by UV-DRS analysis indicated that both ZIF-67 and Zn/ZIF-67 can be active under visible light irradiation, and hence may be applicable for degradation of organic pollutant in wastewater.