فرهاد رحمانی چیانه

نگرانی روزافزون در مورد آلاینده های محیط زیستی آب، نیاز به استفاده از فرآیندهای موثر حذف را ضروری می سازد. فرآیند فتوکاتالیستی یک روش موثر و ارزان برای تخریب کامل آلاینده های آبی و جایگزینی برای روش های موجود مطرح است. با این حال، چالش هایی از قبیل بازترکیب سریع الکترون-حفره، جذب پایین نور مرئی و سینتیک پیچیده مانع از صنعتی شدن این فرآیند شده است. در راستای موانع موجود، توجه محققان به سنتز فتوکاتالیست های ناهمگون از طریق اتصال بین دو نیمه رسانا و بارگذاری بر روی پایه جاذب در راستای افزایش فعالیت فتوکاتالیستی معطوف شده است. لذا در این تحقیق کارایی نانوکامپوزیت سنتز شده CuO-10%TiO2/MCM-41 با درصدهای مختلف وزنی مس اکسید با دو روش بارگذاری تلقیح و التراسوند در تخریب تتراسایکلین مورد بررسی قرار گرفت. خصوصیات نانوکامپوزیت های سنتز شده با استفاده از آنالیزهای XRD ،FESEM ،EDX ، BET،DRS و PLS مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج XRD تشکیل ساختار کریستالی مس و تیتانیا را تایید کرد. آنالیز FESEM تولید ذرات کوچک در مقیاس نانومتری با توزیع یکنواخت را نشان داد. آنالیز BET سطح ویژه بالا و مزوحفره بودن را برای کاتالیست های نانوساختار سنتزی تایید کرد. نتایج بدست آمده از DRS و PLS تاثیر مثبت افزودن مس اکسید را برای کاهش شکاف انرژی و بازترکیب الکترون-حفره اثبات کرد. جهت ارزیابی عملکرد فتوکاتالیست ها، نمونه های سنتز شده در فرآیند تخریب تتراسایکلین مورد استفاده قرار گرفتند. مشاهدات نشان داد که افزودن % 5 وزنی مس اکسید منجر به افزایش فعالیت فتوکاتالیستی به دلیل پراکندگی مناسب ذرات و جلوگیری موثر از بازترکیب الکترون-حفره شده است. همچنین در مقایسه دو روش سنتز، روش التراسونیک به دلیل توزیع یکنواخت ذرات عملکرد بهتری را در تخریب تتراسایکلین نشان داد. اث‍ر پ‍ارام‍ت‍ره‍ای اصلی از ج‍م‍ل‍ه غلظت اولیه آلاینده ، دوز فتوکاتالیست، pH، شدت نور و زم‍ان واک‍ن‍ش ب‍ر روی ب‍ازده‍ی تخریب م‍ورد م‍طال‍ع‍ه ق‍رار گرفت. مدل سازی و بهینه سازی فرآیند فتوکاتالیستی تخریب تتراسایکلین ب‍ا اس‍ت‍ف‍اده از طرح مرک‍‍ب م‍رک‍زی (CCD) بررسی ش‍د و نتایج ب‍دس‍ت آم‍ده ب‍ا مقادیر پیش بینی شده ت‍وس‍ط ش‍ب‍ک‍ه عصبی مصنوعی (ANN) مقایسه ش‍د. م‍دل ANN ب‍ه ص‍ورت پ‍س ان‍ت‍ش‍ار خ‍طا و ت‍وپ‍ول‍وژی 5:9:1 ب‍ا ت‍اب‍ع ان‍ت‍ق‍ال سیگموئید ب‍رای لایه ی میانی ت‍وس‍ع‍ه داده ش‍د. ت‍طاب‍ق بسیار خوبی بین مقادیر پیش بینی شده ت‍وس‍ط م‍دل ه‍ای بکارگرفته شده م‍ش‍اه‍ده گردید. مقادیر R2 ب‍رای م‍دل ه‍ای CCD و ANN به ترتیب ب‍راب‍ر ب‍ا 995/0 و 997/0 بدست آمد. در شرایط بهینه عملیاتی (غ‍ل‍ظت آلاینده mg/L81/22، دوز فتوکاتالیست 1/15 g/L، سه لامپ، pH=7 و مدت 110 دقیقه) بیشترین مقدار تخریب 91 درصد بدست آمد.