حذف فتوكاتاليستي كروم شش ظرفيتي از محيط‌هاي آبي با استفاده از نانوذرات اكسيد روي در شرايط هوازي و بي‌هوازي: مطالعه سينتيكي

Photocatalytic Removal of Hexavalent Chromium from Aquatic Solution by Using of Zinc Oxide (ZnO) Nanoparticle in Aerobic and Anaerobic Condition: Kinetic Study

چكيده مقدمه: يكي از عمده‌ترين آلاينده‌هاي محيط زيست كه در پساب صنايع مختلف، از جمله آب‌كاري وجود دارد، كروم شش ظرفيتي است كه براي انسان و محيط زيست، بسيار سمي است. هدف: هدف از اين تحقيق، بررسي حذف فتوكاتاليستي كروم شش ظرفيتي از محيط‌هاي آبي با استفاده از نانوذرات اكسيد روي در شرايط هوازي و بي‌هوازي درسيستم ناپيوسته بود. مواد و روش‌ها : ابتدا طراحي و ساخت راكتور صورت گرفت و بعد از آن، تاثير pH، غلظت اوليه كروم شش ظرفتي در مقدار اوليه اكسيد روي برابر با gr/L1در حضور گاز نيتروژن و اكسيژن به ميزان L/min 2 بررسي شد. غلظت باقيمانده كروم شش ظرفيتي نيز به روش 5/1 دي فنيل كربازايد توسط دستگاه اسپكتروفتومتر (UV/VIS Shimadzo-1700, Japan)، در طول موج540 نانومتر تعيين گرديد. نتايج: نتايج مشخص ساخت كه كارايي حذف كروم شش ظرفيتي با افزايش pHاز 4 به 8 در شرايط ثابت، از 65/57% به 63/30% و از 5/79% به 67/68% به ترتيب در شرايط هوازي وبي‌هوازي كاهش يافت. هم‌چنين با افزايش غلظت اوليه كروم از10 به50 ميلي گرم بر ليتر،كارايي حذف در شرايط هوازي از 34/79% به 56/30%، و در شرايط بي‌هوازي از 98/98% به 46/40% كاهش يافت. ميزان كارايي حذف در شرايط هوازي كمتر از شرايط بي‌هوازي بود. هم‌چنين، در كليه موارد، فرآيند مورد مطالعه از سينتيك درجه يك بهتر پيروي كرد. نتيجه‌گيري: به طور كلي، نتايج نشان داد كه مي‌توان از فرآيند مورد استفاده، به عنوان يك روش موثر در حذف كروم شش ظرفيتي از محيط‌هاي آبي استفاده كرد. هم‌چنين، ميزان اكسيژن محلول از احياي كروم شش به سه ظرفيتي، به طور چشمگيري جلوگيري مي‌كند.

Abstract Introduction: Industrial wastewater containing heavy metals, is one of the important sources of environmental pollution. As a heavy metal, hexavalent chromium exists in electroplating wastewater and is harmful for human health and environment Objective: The research was carried out to investigate the photocatalytic removal of hexavalent chromium from aquatic solution using zinc Oxide (ZnO)nanoparticle in aerobic and anaerobic conditions in batch system. Materials and Methods: At first, a reactor was designed and made. Effects of solution pH, contact time and initial Cr(VI) concentration on the purging of oxygen and nitrogen gas were investigated, with ZnO dosage equal to 1g/L. Cr(VI) residual concentration was analyzed by the 1,5-diphenylcar-bazide method using a spectrophotometer (Shimadzu UV-160A), at a wavelength of 540 nm. Results: The results showed that removal efficiency of chromium in constant conditionwas decreased from57.65% to 30.63%and 79.5% to 68.67% by increasing of pH from 4 to 8 in aerobic and anaerobic conditions, respectively. Also, by increasing of initial chromium concentration from 10 to 50 mg/L,removal efficiency was decreased from 79.34% to 30.56% in aerobic condition and 98.98% to 40.46% in anaerobic condition. Removal efficiency in the presence of nitrogen gas was more than that of oxygen gas. The reduction pattern was better described by the first-order kinetic model. Conclusion: Overall, the results of this study show that the studied methodology in this research can be used as an effective method in the removal of hexavalent chromium from aquatic solution. Finally, dissolved oxygen shows a greater inhibition effect on the reduction of Cr(VI) than the nitrogen gas which exhibits a noticeable reduction.