فرهاد رحمانی چیانه

در طول چند دهه گذشته، تحقیقات زیادی در مورد حذف فلزات سمی سنگین از بدنه‌های آبی در سراسر جهان انجام شده است. کروم (VI) موجود در پساب صنعتی که دارای سمیت بیولوژیکی بالایی هستند که در حال حاضر به یکی از منابع اصلی آلودگی آب‌ها تبدیل شده است و همچنین به دلیل پایداری شیمیایی حذف آن از پساب‌ها دشوار است. بنابراین جستجوی راه‌های اقتصادی و کارآمد برای کاهش غلظت ترکیبات مرتبط با کروم (VI) از بدنه‌های آبی بسیار مهم است. در این میان، فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته با بکارگیری نیمه‌رسانا اکسید روی به دلیل سازگاری با محیط زیست، عدم تولید آلاینده ثانویه و شرایط عملیاتی محیطی از جمله روش‌های قابل اعتماد و مناسب است که می‌تواند مشکل آلودگی منابع آبی با آلاینده‌های آلی را برطرف کند. با این حال، فعالیت فتوکاتالیستی ZnO با توجه به خواص جذب ضعیف، نرخ نوترکیبی بالای جفت‌های الکترون-حفره و جداسازی دشوار نانوذارت از محلول واکنش برای کاربردهای عملی محدود شده است. به نظر می‌رسد که تثبیت و بارگذاری نیمه-رسانا اکسید روی بر روی پایه با مساحت سطح بالا، می‌تواند تعدادی از مشکلات این نیمه‌رسانا همچون سرعت نوترکیبی الکترون-حفره، تسهیل انتقال مولکول‌های آلاینده از محلول به سطح کاتالیست، قابلیت جذب و استفاده مجدد فتوکاتالیست را تا حد زیادی رفع نماید و در نهایت منجر به افزایش فعالیت فتوکاتالیستی ZnO شود. لذا در این تحقیق، میزان جذب آلاینده کروم با استفاده از پایه‌های زئولیتی کلینوپتیلولیت، زئولیت Y و HZSM-5، تثبیت نیمه‌رسانا اکسید روی بر روی پایه‌های زئولیتی مختلف، مقایسه روش‌های تثبیت نیمه‌رسانا اکسید روی بر روی پایه زئولیتی و نیز بررسی قابلیت استفاده مجدد فتوکاتالیست منتخب مورد مطالعه قرار گرفت. ماهیت کامپوزیت‌های مذکور با استفاده از آنالیزهای XRD، FESEM، UV-vis-DRS و PL مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل از تست‌ها راکتوری نشان می‌دهد که زئولیت‌های کلینوپتیلولیت و HZSM-5 عملکرد بسیار مناسبی به منظور جذب آلاینده کروم از خود نشان می‌دهند. نتایج تایید کننده بهبود کارایی فاز فعال اکسید روی در نتیجه بارگذاری بر روی پایه‌های زئولیتی کلینوپتیلولیت و HZSM-5 است. مطالعات نشان داد در نتیجه استفاده از امواج اولتراسوند در طی فرآیند سنتز فتوکاتالیست، کامپوزیت ZnO-Clinoptilolite (U) بهترین عملکرد را از خود نشان داده است که می‌تواند به سبب توزیع مناسب ذرات فاز فعال، کاهش میزان بازترکیبی حامل‌های بار، مورفولوژی یکنواخت‌تر و کاهش تعداد کلوخه‌ها و انباشتگی‌ها باشد که این نتیجه با نتایج حاصل از آنالیزهای شناسایی مطابقت دارد. تحت 80 دقیقه تابش نور ماوراءبنفش و با استفاده از فتوکاتالیست ZnO-Clinoptilolit (U) و تحت شرایط عملیاتی غلظت آلاینده ppm 20، دوز فتوکاتالیست g/L 8/0و 3=pH، 8/95 % از آلاینده فلزی حذف می‌شود. نتایج حاصل از مقایسه ضرایب همبستگی (R2) مدل‌های سینتیکی برای فتوکاتالیست‌های مختلف، نشان می‌دهد که داده‌های آزمایشگاهی با مدل سینتیکی مرتبه اول تطابق خوبی دارند. به علاوه، مقایسه قابلیت بازیابی و استفاده مجدد فتوکاتالیست ZnO-Clinoptilolite که با دو روش تلقیح و اولتراسوند سنتز شده است، نشان می‌دهد که فتوکاتالیست سنتز شده با روش اولتراسوند پس از 5 دوره استفاده مداوم، حداقل مقدار افت عملکردی را دارد که موید بهبود قابلیت استفاده مجدد فتوکاتالیست در نتیجه استفاده از امواج اولتراسوند می‌باشد.