بررسی پارامترهای مؤثر بر سیستم الکتروفنتون با الکترودهای فولاد زنگ‌نزن و گرافیت در حذف رنگزای اسید اورانژ 7 از فاضلاب سنتزی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی عمران و محیط‌زیست- دانشگاه تربیت مدرس

2 دانشگاه تربیت مدرس- دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست- گروه مهندسی محیط زیست

چکیده

رنگزاها از آلاینده‌های متداول موجود در فاضلاب‌های صنعتی‌اند. به‌تازگی فرایند الکتروفنتون به دلیل کاهش میزان مصرف انرژی، قدرت اکسندگی بالا و تولید محصولات جانبی سازگار با محیط‌زیست به صورت گسترده در حذف رنگزا به کار برده می‌شود. در این تحقیق فرایند الکتروفنتون در سلولی به حجم مفید 500 میلی‌لیتر و با کاتدی از جنس گرافیت و آندی از جنس فولاد زنگ‌نزن برای حذف رنگ از فاضلاب سنتزی انجام شد. اثر دانسیتۀ جریان، نرخ هوادهی، pH و سطح الکترود در فاضلاب سنتزی بررسی شد و بهینه‌سازی پارامترها براساس کاهش هزینه‌های مصرفی حذف رنگزا صورت گرفت. نتایج نشان داد که افزایش شدت جریان، هوادهی، سطح الکترود و کاهش pH موجب افزایش بازده حذف رنگزا می‌شود. شرایط بهینۀ پارامترهای مؤثر در فرایند الکترولیز A 6/0=شدت جریان، 5/6=pH، بدون هوادهی، غلظت اولیۀ رنگزا mg/L100، سطح الکترود cm260 و زمان الکترولیز 210 دقیقه به دست آمد. تحت این شرایط بازده حذف 90 درصدی رنگزا با میزان انرژی مصرفی KWh/ppm28/0 حاصل شد. براساس نتایج، استفاده از الکترودهای مذکور در فرایند الکتروفنتون به دلیل تولید الکتروشیمیایی رادیکال‌های هیدروکسیل با قدرت اکسندگی بالا می‌تواند برای تجزیۀ فاضلاب حاوی رنگزا و آلاینده‌های مقاوم استفاده شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


  • اسلامی، ا.، مرادی، م.، قنبری، ف.، راعی شکتایی، ح. 1391. «بررسی عملکرد فرایند الکتروفنتون برای حذف رنگ از فاضلاب واقعی نساجی براساس شاخص ADMI»، نشریۀ علمی- پژوهشی علوم و فناوری رنگ، سال هفتم، شمارۀ سوم، صص 173-180.
  • اسلامی، ا.، مسعودی‌نژاد، م. ر.، قنبری، ف.، مرادی، م. 1391. «بررسی تصفیه‌پذیری فاضلاب واقعی صنعت نساجی به وسیلۀ فرایند تولید الکتروشیمیایی واکنش‌گر فنتون با استفاده از کاتد گرافیت فلت»، مجلۀ سلامت و محیط، فصلنامۀ علمی- پژوهشی انجمن علمی بهداشت محیط ایران، سال پنجم، شمارۀ سوم، صص 273 تا 282.
  • باقری، ا.، موسوی، غ. ر.، خوانین، ع. 1391. «بررسی کارایی فرایند الکتروفنتون در تصفیۀ صنعتی»، انجمن علمی بهداشت محیط ایران، دورۀ پنجم، شمارۀ دوم، صص 143 تا 156.
  • سمرقندی، م. ر.، شعبانلو، ا.، شمسی، خ.، مهرعلی‌پور، ج.، پورعشق، ی. 1392. «بررسی کارایی فرایند الکتروفنتون در حذف سیانید در حضور مداخله گر اسید هیومیک از محیط‌های آبی»، مجلۀ سلامت و بهداشت، دورۀ چهارم، شمارۀ چهارم، صص 293 تا 303.
  • ضرابی، م.، رحمانی، ع. ر.، سمرقندی، م. ر.، برجسته عسکری، ف. 1391. «بررسی کارایی پودر آهن صفر ظرفیتی (ZVI) در حضور نور UV و پراکسید هیدروژن در حذف رنگ‌های اسید اورانژ 7 و راکتیو بلک 5 از محلول آبی»، مجلۀ سلامت و محیط‌زیست، سال پنجم، شمارۀ چهارم، صص 469-478.
  • همزه، ی.، ایزدیار، س.، آزاده، ا.، ابیض، ع.، اسدالهی، ی. 1390. «استفاده از پسماند کانولا به‌عنوان جاذب رنگ اسید اورانژ 7 از محلول آبی»، فصلنامۀ عملی- پژوهشی انجمن علمی بهداشت محیط ایران، سال چهارم، شمارۀ اول، صص 49-56.
  • یزدی، م.، امین‌زاده، ب.، ترابیان، ع. 1392. «تصفیۀ فاضلاب خشکشویی با استفاده از فرایندهای انعقاد و شناورسازی الکتریکی و الکتروفنتون»، مجلۀ محیط‌شناسی، سال سی و نهم، شمارۀ 3، صص 1-12.
    • American Public Health Association (APHA), the American Water Works Association (AWWA), and the Water Environment Federation (WEF). 2012. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater
    • Brillas, E., Sires, I. and Cabot, P. L. 2010. Use of both anode and cathode reaction in wastewater treatment. In: Comninellis, C. and Chen, G. Electrochemistry for the environment, Springer Science Business Media. pp. 515-552.
    • Cruz-González, K., Torres-López, O., García-León, A., Guzmán-Mar, J. L., Reyes, L. H., Hernández-Ramírez, A. and Peralta-Hernández, J. M. 2010. Determination of optimum operating parameters for Acid Yellow 36 decolorization by electro-Fenton process using BDD cathode, ChemicalEngineeringJournal. 160(1): pp. 199-206.
    • Daneshvar, N., Aber, S., Vatanpour, V. and Rasoulifard, M. H. 2008. Electro-Fenton treatment of dye solution containing Orange II:  Influence of operational parameters, Journal or Electro-analytical Chemistry.  615(2): pp. 165-174.
    • De Souza, S. M. D. A. G. U., Bonilla, K. A. S. and de Souza, A. A. U. 2010. Removal of COD and color from hydrolyzed textile azo dye by combined ozonation and biological treatment, Journal of Hazardous Materials. 179(1): pp. 35-42.
    • Ertugay, N. and Acar, F. N. 2013. Removal of COD and color from Direct Blue 71 azo dye wastewater by Fenton’s oxidation: Kinetic study, Arabian Journal of Chemistry, Available online 27 February 2013, In Press, Corrected Proof
    • Flox, C., Ammar, S., Arias, C., Brillas, E., Vargas-Zavala, A. V., & Abdelhedi, R. 2006. Electro-Fenton and photoelectro-Fenton degradation of indigo carmine in acidic aqueous medium. Applied Catalysis B: Environmental, 67(1):pp. 93-104.
    • Kishi, A., Inoue, M., & Umeda, M. 2013. Evaluation of H2O2-generation during oxygen reduction at electrodeposited Pt particles on mask scratched electrodes, Applied Surface Science. 279: pp. 245-249.
    • Lin, W. C., Chen, C. H., Tang, H. Y., Hsiao, Y. C., Pan, J. R., Hu, C. and Huang, C. 2013. Electrochemical Photocatalytic degradation of dye solution with a TiO2– coated stainless steel electrode prepared by electrophotetic deposition, Applied Catalysis B: Environmental. 140: pp. 32-41.
    • Lin, H., Zhang, H., Wang, X., Wang, L. and Wu, J. 2014. Electro-Fenton removal of orange II in a divided cell: Reaction mechanism, degradation pathway and toxicity evolution, SeparationandPurificationTechnology. 122: pp. 533-540.
    • Martínez-Huitle, C. A., & Brillas, E. 2009. Decontamination of wastewaters containing synthetic organic dyes by electrochemical methods: A general review, Applied Catalysis B: Environmental. 87(3): pp 105-145.
    • Merzouk, B., Gourich, B., Sekki, A., Madani, K., Vial, C. and Barkaoui, M. 2009. Studies on the decolorization of textile dye wastewater by continuous electro-coagulatoin process, Chemical Engineering Journal. 149(1): pp. 207-214.
    • Oturan, M. A. and Brillas, E. 2007. Electrochemical advanced oxidation processes for environmental applications, Portugaliae Electrochimica Acta. 25(1): pp. 1-18.
      • Oturan, M. A., Oturan, N., Edelahi, M. C., Podvorica, F. I. and Kacemi, K. E. 2011. Oxidative degradation of herbicide diuron in aqueous medium by Fenton's reaction based advanced oxidation processes, Chemical Engineering Journal. 171(1): pp. 127-135.
      • Özcan, A., Oturan, M. A., Oturan, N. and Şahin, Y. 2009. Removal of acid orange 7 from water by electrochemically generated Fenton's reagent, Journal of Hazardous Materials. 163(2): pp. 1213-1220.
      • Özcan, A., Şahin, Y., Koparal, A. S. and Oturan, M. A. 2009. A comparative study on the efficiency of electro-Fenton process in the removal of propham from water. AppliedCatalysisB:Environmental. 89(3): pp. 620-626.
      • Pekakis, P. A., Xekoukoulotakis, N. P. and Mantzavinos, D. 2006. Treatment of textile dye-house wastewater by TiO2 photocatalysis, WaterResearch. 40(6): pp. 1276-1286.
      • Peng, Y. P., Yassitepe, E., Yeh, Y. T., Ruzybayev, I., Ismat Shah, S. and Huang, C.P. 2012. Photo-electrochemical degradation of azo dye over pulsed laser deposited nitrogen-doped TiO2 thin film, Applied Catalysis B: Environmental. 125: pp. 465-472.
      • Serra, A., Domenech, X., Arias, C., Brillas, E. and Parel, J. 2009. Oxidation of α- methyl-phenyl-glycine under Fenton and electro-Fenton conditions in the dark and in the presence of solar light, Applied Catalysis B: Environmental.  89(1): pp. 12-21.
      • Wang, C. T., Hu, J. L., Chou, W. L. and Kuo, Y. M. 2008. Removal of color from real dyeing wastewater by electro-Fenton technology using a three-dimensional graphite cathode, Journal of Hazardous Materials. 152(2): pp. 601-606
      • Yu, F., Zhou, M., & Yu, X. 2015. Cost-effective electro-Fenton using modified graphite felt that dramatically enhanced on H2O2 electro-generation without external aeration, Electrochimica Acta. 163: pp. 182-189.
      • Zhou, M., Yu, Q., Lei, L. and Barton, G. 2007. Electro-Fenton method for the removal of methyl red in an efficient electrochemical system, Separation and Purification Technology. 57(2): pp. 380-387.