انجمن آب و فاضلاب ایران علوم و مهندسی آب و فاضلاب 2588-3941 11 1 2026 03 21 Optimization of Methyl Orange Removal from Aqueous Solutions Using Sol–Gel Synthesized TiO2-ZnO Nanophotocatalyst: Application of Response Surface Methodology (RSM) بهینه‌سازی حذف متیل اورانژ از محلول‌ آبی با استفاده از نانو فتوکاتالیست TiO2-ZnO سنتز شده به‎روش سل-ژل: کاربرد روش سطح پاسخ (RSM 75 91 239721 10.22112/jwwse.2026.540204.1459 FA سجاد شهسواری دانش‎آموخته کارشناسی ارشد، گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی، دانشگاه گلستان، علی‎آباد کتول، ایران. محمد صالح شفیعیان استادیار گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی، دانشگاه گلستان، علی‎آباد کتول، ایران. 0000-0002-7798-2714 Journal Article 2025 08 13 In this study, TiO₂–ZnO nanocomposites were synthesized via the sol–gel method in three different weight ratios (1:3, 1:1, and 3:1) to enhance their photocatalytic performance. The synthesized nanocomposites were thoroughly characterized using X-Ray Diffraction (XRD), Field Emission Scanning Electron Microscopy (FESEM), Fourier Transform Infrared spectroscopy (FT-IR), and UV–Vis spectroscopy to evaluate their crystal structure, surface morphology, functional groups, optical band gap, and light absorption characteristics. The photocatalytic activity of the nanocomposites was investigated for the degradation of Methyl Orange (MO) dye in aqueous solution under Ultraviolet (UV) irradiation. Experimental design and statistical modeling were performed using Response Surface Methodology (RSM) based on Central Composite Design (CCD). The four input variables were varied within defined ranges, including UV light intensity (6-18 W), initial dye concentration (10-30 ppm), reaction time (0.2-5.5 hr), and catalyst dosage (0.1-1.9 g/L), and were used to develop the predictive regression model. The degradation of MO occurred predominantly through photocatalytic oxidation by the TiO2–ZnO nanocomposite, and the pH of all experiments was maintained at a constant value of 4. Analysis of variance (ANOVA) confirmed the statistical significance and robustness of the developed quadratic regression model, with a high coefficient of determination (R2 > 0.99) and a p-value below 0.0001, indicating excellent predictive capability and model accuracy. The optimal conditions for achieving the maximum dye removal efficiency of 96.36% were determined to be an initial dye concentration of 13.68 ppm, UVA irradiation at 17.55 W, a reaction time of 2.37 hr, and a catalyst dosage of 0.62 g/L. Enhanced light absorption in the UV region compared to individual TiO2 or ZnO nanoparticles demonstrated the superior photocatalytic performance of the synthesized TiO2-ZnO nanocomposite in degrading the target organic pollutant. در این پژوهش، نانوکامپوزیت TiO2-ZnO با هدف ارتقای عملکرد فتوکاتالیستی در سه نسبت وزنی متفاوت )1:3، 3:1 و 1:1( به‎روش سل-ژل سنتز شد. به‌منظور شناسایی ساختار بلوری، مورفولوژی سطح، گروه‌های عاملی، گاف انرژی و خواص نوری نمونه‌ها از آزمون‌های پراش پرتو ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FESEM)، طیف‌سنجی مادون قرمز با تبدیل فوریه (FT-IR) و طیف‌سنجی UV-Vis استفاده شد. کارایی فتوکاتالیستی نانوکامپوزیت‌های سنتزشده برای حذف رنگ متیل اورانژ (MO) از محلول آبی تحت تابش نور فرابنفش (UV) ارزیابی شد. در طراحی آزمایش‌ها از روش سطح پاسخ (RSM) مبتنی بر طراحی مرکب مرکزی (CCD) استفاده‎شد تا تأثیر چهار متغیر شامل شدت تابش نور (18-6 وات)، غلظت اولیه رنگ ( ppm30-10)، مدت زمان واکنش (5/5-0/2 ساعت) و مقدار کاتالیست (1/9-0/0 گرم بر لیتر) بر بازده حذف رنگ مورد بررسی و مدل‎سازی قرارگیرد. حذف رنگ متیل اورانژ عمدتاً از طریق اکسیداسیون فتوکاتالیستی توسط نانوکامپوزیت TiO2-ZnO صورت‎گرفت و pH آزمایش‌ها در مقدار ثابت 4 حفظ شد. برپایه نتایج تحلیل واریانس، مدل رگرسیونی توسعه‌یافته با مقدار ضریب تعیین (R2) بیشتر از 99/0 و ضریب احتمال (p-value) کمتر از 0001/0، تطابق و دقت آماری مناسبی را در پیش‌بینی راندمان حذف رنگ نشان‎داد. شرایط بهینه برای دستیابی به حداکثر بازده حذف رنگ معادل 36/96%، شامل غلظت اولیه رنگ ppm 68/13، شدت تابش UVA برابر با 55/17 وات، مدت زمان واکنش 37/2 ساعت و مقدار کاتالیست 62/0 گرم بر لیتر تعیین شد. جذب نوری تقویت‌شده در ناحیه UV نسبت به هر یک از نانو ذرات منفرد TiO2 و ZnO نشان‌دهنده کارایی بالای نانوکامپوزیت سنتز ‌شده در تجزیه این آلاینده‌ آلی است.

https://www.jwwse.ir/article_239721_8598757f55952f677dd19c8f8c3ec358.pdf