بررسی عوامل موثر فرآیندی در تخریب علف کش بنتازون در آب‌های آلوده توسط نانواکسیدهای فلزی تیتانیوم (IV) و آهن (III) بر پایه زئولیت طبیعی

نوع مقاله: مقالات علمی

نویسندگان

1 اصفهان ، خیابان هزارجریب ، دانشگاه اصفهان ، دانشکده فنی و مهندسی ، گروه مهندسی شیمی

2 دانشجوی کارشناسی ارشد دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران

3 دانش آموخته کارشناسی ارشد گروه مهندسی شیمی، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران

چکیده

در این پژوهش فتوکاتالیست ترکیبی اکسید تیتانیوم و اکسید آهن بر پایه زئولیت طبیعی کلینوپتیلولایت به روش هم‌رسوبی شیمیایی سنتز شد و عملکرد آن در تخریب بنتازون به‌عنوان یکی از پرمصرف‌ترین علف کش‌ها در کشاورزی مورد ارزیابی قرار گرفت. اثر همزمان عوامل فرآیندی شامل غلظت آلاینده (mg/l 40-1)، pH محلول (10-4) و غلظت هیدروژن پراکساید (mg/l 100-25) بر بازده تخریب فتوکاتالیستی بنتازون با استفاده از طراحی آزمایش‌ها به روش سطح پاسخ بررسی گردید. مشخصه یابی فتوکاتالیست سنتز شده توسط آنالیزهای XRD، XRF، FT-IR، FE-SEM و EDX انجام گرفت. نتایج XRD، FT-IR و EDX حضور نانو ذرات اکسید تیتانیوم و اکسید آهن را بر سطح زئولیت کلینوپتیلولایت تأیید کردند. نتایج FE-SEM ضمن تأیید لایه نشانی اکسید تیتانیوم و اکسید آهن بر سطح زئولیت کلینوپتیلولایت، سایز تقریبی نانو ذرات را nm 52 نشان داد. مطابق با نتایج XRF، نانو ذرات سنتز شده با نسبت مولی بهینه Fe3+ به TiO2 برابر با 06/0 حاصل شدند. نتایج این پژوهش نشان داد که غلظت محلول بنتازون، pH اولیه محلول و غلظت هیدروژن پراکساید به ترتیب بیش‌ترین اثر را بر بازده تخریب فتوکاتالیستی بنتازون دارند. مطابق با نتایج تجربی در شرایط بهینه (pH اولیه محلول، غلظت آلاینده و غلظت هیدروژن پراکساید به ترتیب برابر با 10، mg/l 10 و mg/l 50) بازده تخریب بنتازون 97% به دست ‌آمد و در حداکثر غلظت‌ آلاینده (mg/l 40) بازده تخریب 78% حاصل شد. این پژوهش نشان داد که فتوکاتالیست سنتز شده بازده قابل قبولی در تخریب آلاینده زیست تخریب ناپذیر و حذف سموم کشاورزی از آب‌های آلوده دارد.

کلیدواژه‌ها


Ahmad, R., Ahmad, Z., Khan, A.U., Mastoi, N.R., Aslam, M., and Kim, J., (2016), "Photocatalytic systems as an advanced environmental remediation: Recent developments, limitations and new avenues for applications", Journal of Environmental Chemical Engineering, 4, 4143-4164.

Arimi, A., Farhadian, M., Solaimany Nazar, A.R., and Homayoonfal, M., (2016), "Assessment of operating parameters for photocatalytic degradation of a textile dye by Fe2O3/TiO2/clinoptilolite nanocatalyst using Taguchi experimental design", Research on Chemical Intermediates, 42, 4021-4040.

Ayranci, E., and Hoda, N., (2004), "Adsorption of bentazon and propanil from aqueous solutions at the high area activated carbon-cloth", Chemosphere, 57, 755-762.

Battisha, I.K., Afify, H.H., and Ibrahim, M., (2006), "Synthesis of Fe2O3 concentrations and sintering temperature on FTIR and magnetic susceptibility measured from 4 to 300K of monolith silica gel prepared by sol–gel technique", Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 306, 211-217.

Beltran-Heredia, J., (1996), "Photolytic decomposition of bentazone", Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 66(2), 206-212.

Chen, S., and Liu, Y., (2007), "Study on the photocatalytic degradation of glyphosate by TiO2 photocatalyst", Chemosphere, 67, 1010-1017.

Davari, N., Farhadian, M., Solaimany Nazar, A.R., and Homayoonfal, M., (2017), "Metronidazole degradation from contaminated water using TiO2/Fe2O3/clinoptilolite nanophotocatalyst", Iranian Chemical Engineering Journal, 15, 51, (In Persian).

De, A., Bose, R., Kumar, A., and Mozumdar, S., (2014), Chapter 2: Worldwide Pesticide Use. Targeted Delivery of Pesticides Using Biodegradable Polymeric Nanoparticles, Chapter 2: Worldwide pesticide use, Springer Briefs in Molecular Science.

Esmaili, Z., Cheshmberah, F., Solaimany Nazar, A.R., and Farhadian, M., (2017), "Treatment of florfenicol of synthetic trout fish farm wastewater through nanofiltration and photocatalyst oxidation", Environmental Technology, 38, 2040-2047.

Fadaei, A., Dehghani, M.H., Nasseri, S., Mahvi, A.H., Rastkari, N., and Shayeghi, M., (2012), "Organophosphorous pesticides in surface water of Iran", Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology, 88, 867-869.

Faramarzpour, M., Vossoughi, M., and Borghei, M., (2009), "Photocatalytic degradation of furfural by titania nanoparticles in a floating-bed photoreactor", Chemical Engineering Journal, 146, 79-85.

Gholami, M., Shirzad-Siboni, M., Farzadkia, M., and Yang, J.-K., (2016) "Synthesis, characterization, and application of ZnO/TiO2 nanocomposite for photocatalysis of a herbicide (Bentazon)", Desalination and Water Treatment, 57, 13632-13644.

Heijman, S.G.J. and Hopman, R., (1999), "Activated carbon filtration in drinking water production: model prediction and new concepts", Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 151, 303-310.

Homem, V., and Santos, L., (2011), "Degradation and removal methods of antibiotics from aqueous matrices – A review", Journal of Environmental Management, 92, 2304-2347.

Jonidi-Jafari, A., Shirzad-Siboni, M., Yang, J.-K., Naimi-Joubani, M., and Farrokhi, M., (2015), "Photocatalytic degradation of diazinon with illuminated ZnO–TiO2 composite", Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers, 50, 100-107.

Kannaiyan, D., Kochuveedu, S.T., Jang, Y.H., Jang, Y.J., Lee, J.Y., Lee, J., Lee, J., Kim, J., and Kim, D.H., (2010), "Enhanced photophysical properties of nanopatterned titania nanodots/nanowires upon hybridization with silica via block copolymer templated sol-gel process", Polymers, 2, 490.

Kaur, T., Toor, A.P., and Wanchoo, R.K., (2015), "UV-assisted degradation of propiconazole in a TiO2 aqueous suspension: identification of transformation products and the reaction pathway using GC/MS", International Journal of Environmental Analytical Chemistry, 95, 494-507.

Korkuna, O., Leboda, R., Skubiszewska-Zie’Ba, J., Vrublevs’ka, T., Gun’ko, V.M., and Ryczkowski, J., (2006), "Structural and physicochemical properties of natural zeolites: clinoptilolite and mordenite", Microporous and Mesoporous Materials, 87, 243-254.

Kruithof, J.C., Kamp, P.C., Lute, N.W., Belosevic, M., and Williams, G., (2003), "Implementation of UV/H2O2 treatment for inactivation of microorganisms and pesticide control", 2nd International Congress on Ultraviolet Technologies, Vienna, Austria.

Mahamuni, N.N., and Adewuyi, Y.G., (2010), "Advanced oxidation processes (AOPs) involving ultrasound for waste water treatment: A review with emphasis on cost estimation", Ultrasonics Sonochemistry, 17, 990-1003.

Mir, N.A., Haque, M.M., Khan, A., Muneer, M., and Vijayalakshmi, S., (2014) "Photocatalytic degradation of herbicide Bentazone in aqueous suspension of TiO2: Mineralization, identification of intermediates and reaction pathways", Environmental Technology, 35, 407-415.

Mukherjee, S., Tappe, W., Weihermueller, L., Hofmann, D., Köppchen, S., Laabs, V., Schroeder, T., Vereecken, H., and Burauel, P., (2016), "Dissipation of bentazone, pyrimethanil and boscalid in biochar and digestate based soil mixtures for biopurification systems", Science of The Total Environment, 544, 192-202.

Njoku, V.O., Islam, M.A., Asif, M., and Hameed, B.H., (2014), "Utilization of sky fruit husk agricultural waste to produce high quality activated carbon for the herbicide bentazon adsorption", Chemical Engineering Journal, 251, 183-191.

Pourata, R., Khataee, A.R., Aber, S., and Daneshvar, N., (2009), "Removal of the herbicide Bentazon from contaminated water in the presence of synthesized nanocrystalline TiO2 powders under irradiation of UV-C light", Desalination, 249, 301-307.

Seck, E.I., Doña-Rodríguez, J.M., Fernández-Rodríguez, C., González-Díaz, O.M., Araña, J., and Pérez-Peña, J., (2012), "Photocatalytical removal of bentazon using commercial and sol–gel synthesized nanocrystalline TiO2: Operational parameters optimization and toxicity studies", Chemical Engineering Journal, 203, 52-62.

Wang, C., Shi, H., and Li, Y., (2011) "Synthesis and characteristics of natural zeolite supported Fe3+-TiO2 photocatalysts", Applied Surface Science, 257, 6873-6877.

Wei, X., Gao, N., Li, C., Deng, Y., Zhou, S., and Li, L., (2016), "Zero-valent iron (ZVI) activation of persulfate (PS) for oxidation of bentazon in water", Chemical Engineering Journal, 285, 660-670.

Yalçın, Y., Kılıç, M., and Çınar, Z., (2010), "Fe+3-doped TiO2: A combined experimental and computational approach to the evaluation of visible light activity", Applied Catalysis B: Environmental, 99, 469-477.

Zazouli, M.A., Ghanbari, F., Yousefi, M., and Madihi-Bidgoli, S., (2017), "Photocatalytic degradation of food dye by Fe3O4–TiO2 nanoparticles in presence of peroxymonosulfate: The effect of UV sources", Journal of Environmental Chemical Engineering, 5, 2459-2468.