بهینه‌سازی فرآیند تجزیه 4-کلروفنول از پساب صنعتی با استفاده از نانوکاتالیزور کربن فعال/مگنتیت و کاربرد اولتراسونیک
الموضوعات : کاربرد شیمی در محیط زیستزهرا حاجیانی 1 , علی منتظری 2 , زهرا پورنوروز نوده 3 , محمد طاهر شفیعی سیف آبادی 4 , علی آقابابایی بنی 5
1 - گروه شیمی، دانشگاه ملی مهارت، تهران، ایران
2 - پژوهشکده انرژی، پژوهشگاه مواد و انرژی، کرج، ایران
3 - گروه شیمی، واحد لاهیجان، دانشگاه آزاد اسلامی، لاهیجان، ایران
4 - شرکت پتروشیمی لاوان، هلدینگ انرژی سپر، تهران، ایران
5 - گروه مهندسی شیمی، دانشکده فنی و مهندسی، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران
الکلمات المفتاحية: کلمات کلیدی: 4-کلروفنول, فرآیند شبه فنتون, نانوکاتالیزور کربن فعال/مگنتیت, اولتراسونیک, پراکسید هیدروژن, پساب صنعتی,
ملخص المقالة :
چکیده
4-کلروفنول یکی از آلاینده‌های مقاوم و سمی در پساب‌های صنعتی است که نیازمند روش‌های کارآمد برای حذف آن از محیط زیست می‌باشد. در این مطالعه، کارایی نانوکاتالیزور کربن فعال/مگنتیت در تجزیه 4-کلروفنول با استفاده از فرآیند سونو-شبه فنتون بررسی شد. در این پژوهش با هدف اقتصادی شدن فرایند، کربن فعال به عنوان پایه ی کاتالیزور از پوست سخت هسته گیلاس تهیه شد. نتایج نشان داد که در pH برابر با 3، دمای 40 درجه سانتی‌گراد و دوز نانوکاتالیزور 2 گرم در لیتر، کارایی حذف به بیش از 90% برای غلظت 500 میلی‌گرم در لیتر 4-کلروفنول رسید. افزایش غلظت 4-کلروفنول موجب کاهش کارایی و افزایش زمان اکسیداسیون شد. همچنین، پراکسید هیدروژن به عنوان عنصر کلیدی در تولید رادیکال‌های هیدروکسیل برای تجزیه آلاینده‌ها نقش داشت و کمبود یا زیاد بودن آن کارایی فرآیند را تحت تأثیر قرار داد.
[1] Z.N. Garba, W. Zhou, I. Lawan, W. Xiao, M. Zhang, L. Wang, L. Chen, Z. Yuan, An overview of chlorophenols as contaminants and their removal from wastewater by adsorption: A review, J. Environ. Manage. 241 (2019) 59–75. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2019.04.004.
[2] A. Abu-nada, A. Abdala, G. Mckay, Journal of Environmental Chemical Engineering Removal of phenols and dyes from aqueous solutions using graphene and graphene composite adsorption : A review, J. Environ. Chem. Eng. 9 (2021) 105858. https://doi.org/10.1016/j.jece.2021.105858.
[3] F. Liu, S. Zhu, D. Li, G. Chen, S.H. Ho, Detecting Ferric Iron by Microalgal Residue-Derived Fluorescent Nanosensor with an Advanced Kinetic Model, IScience. 23 (2020) 101174. https://doi.org/10.1016/j.isci.2020.101174.
[4] Aref Shokri, Employing Sono-Fenton Process for Degradation of 2-Nitrophenol in Aqueous Environment Using Box–Behnken Design Method and Kinetic Study, Russ. J. Phys. Chem. A. 93 (2019) 243–249. https://doi.org/10.1134/S003602441902002X.
[5] M.M. Mian, G. Liu, B. Fu, Conversion of sewage sludge into environmental catalyst and microbial fuel cell electrode material: A review, Sci. Total Environ. 666 (2019) 525–539. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.02.200.
[6] Q. Gan, H. Hou, S. Liang, J. Qiu, S. Tao, L. Yang, W. Yu, K. Xiao, B. Liu, J. Hu, Y. Wang, J. Yang, Science of the Total Environment Sludge-derived biochar with multivalent iron as an ef fi cient Fenton catalyst for degradation of 4-Chlorophenol, Sci. Total Environ. 725 (2020) 138299. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.138299.
[7] Z. Duan, W. Zhang, M. Lu, Z. Shao, W. Huang, J. Li, Y. Li, J. Mo, Y. Li, C. Chen, Magnetic Fe 3 O 4 / activated carbon for combined adsorption and Fenton oxidation of 4-chlorophenol, Carbon N. Y. 167 (2020) 351–363. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2020.05.106.
[8] G. Santana-martínez, G. Roa-morales, E. Martin, R. Romero, B.A. Frontana-uribe, R. Natividad, Electrochimica Acta Electro-Fenton and Electro-Fenton-like with in situ electrogeneration of H 2 O 2 and catalyst applied to 4-chlorophenol mineralization, 195 (2016) 246–256. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2016.02.093.
[9] Z. Yang, X. Zhang, S. Pu, R. Ni, Y. Lin, Y. Liu, Novel Fenton-like system ( Mg / Fe-O 2 ) for degradation of, Environ. Pollut. 250 (2019) 906–913. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2019.04.096.
[10] Y. Su, Y. Long, J. Chen, S. Zhao, C. Li, F. Qu, B. Han, Z. Zhang, B. Zhang, Applied Surface Science In situ synthesis of Tree-branch-like Copper-manganese oxides nanoarrays supported on copper foam as a superior efficiency Fenton-like catalyst for enhanced degradation of 4-chlorophenol, Appl. Surf. Sci. 593 (2022) 153241. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2022.153241.
[11] Y. Liu, Q. Fan, Y. Liu, J. Wang, Fenton-like oxidation of 4-chlorophenol using H 2 O 2 in situ generated by Zn-Fe-CNTs composite, J. Environ. Manage. 214 (2018) 252–260. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2018.03.024.
[12] S. Hadi, E. Taheri, M. Mehdi, A. Fatehizadeh, Synergistic degradation of 4-chlorophenol by persulfate and oxalic acid mixture with heterogeneous Fenton like system for wastewater treatment : Adaptive neuro-fuzzy inference systems modeling, J. Environ. Manage. 268 (2020) 110678. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2020.110678.
[13] H. Zhou, X. Zhu, B. Chen, Science of the Total Environment Magnetic biochar supported α -MnO 2 nanorod for adsorption enhanced degradation of 4-chlorophenol via activation of peroxydisulfate, Sci. Total Environ. 724 (2020) 138278. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.138278.
[14] K. Wei, X. Liu, S. Cao, H. Cui, Y. Zhang, Z. Ai, Fe 2 O 3 @ FeB composites facilitate heterogeneous Fenton process by efficient Fe ( III )/ Fe ( II ) cycle and in-situ H 2 O 2 generation, Chem. Eng. J. Adv. 8 (2021) 100165. https://doi.org/10.1016/j.ceja.2021.100165.
[15] H. Niu, Y. Zheng, S. Wang, L. Zhao, S. Yang, Continuous generation of hydroxyl radicals for highly efficient elimination of chlorophenols and phenols catalyzed by heterogeneous Fenton-like catalysts yolk / shell Pd @ Fe 3 O 4 @ metal organic frameworks, J. Hazard. Mater. 346 (2018) 174–183. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2017.12.027.
[16] Y. Zhu, W. Fan, W. Feng, Y. Wang, S. Liu, Z. Dong, A critical review on metal complexes removal from water using methods based on Fenton-like reactions : Analysis and comparison of methods and mechanisms, J. Hazard. Mater. 414 (2021) 125517. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.125517.
[17] J. Lu, Y. Zhou, L. Ling, Y. Zhou, Enhanced activation of PMS by a novel Fenton-like composite Fe 3 O 4 / S-WO 3 for rapid chloroxylenol degradation, Chem. Eng. J. 446 (2022) 137067. https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.137067.
[18] F. Duan, Y. Yang, Y. Li, H. Cao, Y. Wang, Y. Zhang, Heterogeneous Fenton-like degradation of 4-chlorophenol using iron / ordered mesoporous carbon catalyst, J. Environ. Sci. 26 (2014) 1171–1179. https://doi.org/10.1016/S1001-0742(13)60532-X.
[19] T. Bao, J. Jin, M. Mezemir, K. Wu, Z. Ming, Green synthesis and application of nanoscale zero-valent iron / rectorite composite material for P-chlorophenol degradation via heterogeneous Fenton reaction, J. Saudi Chem. Soc. (2019) 864–878. https://doi.org/10.1016/j.jscs.2019.02.001.
[20] S. Lu, L. Liu, H. Demissie, G. An, D. Wang, Design and application of metal-organic frameworks and derivatives as heterogeneous Fenton-like catalysts for organic wastewater treatment : A review, Environ. Int. 146 (2021).
[21] X. Pan, Z. Gu, W. Chen, Q. Li, Science of the Total Environment Preparation of biochar and biochar composites and their application in a Fenton-like process for wastewater decontamination : A review, Sci. Total Environ. 754 (2021) 142104. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.142104.
[22] H. Pang, L. Liu, Z. Bai, R. Chen, H. Tang, Y. Cai, S. Yu, B. Hu, X. Wang, Fabrication of sulfide nanoscale zero-valent iron and heterogeneous Fenton-like degradation of 2 , 4-Dichlorophenol, Sep. Purif. Technol. 285 (2022) 120408. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2021.120408.
[23] W. Qu, H. Wen, X. Qu, Y. Guo, L. Hu, W. Liu, S. Tian, Chemosphere Enhanced Fenton-like catalysis for pollutants removal via MOF-derived Co x Fe 3 − x O 4 membrane : Oxygen vacancy-mediated mechanism, Chemosphere. 303 (2022) 135301. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2022.135301.
