بررسی تخریب سونوشیمیایی مالاشیت سبزدرمحلول آبی در حضوررادیکالهای پرسولفات فعال شده توسط یونهای کبالت و آهن

هدف از این مطالعه توسعه روشی جدید برای تخریب مالاشیت سبز (MG) از محلول های آبی می باشد. این روش جدید بر پایه افزایش سرعت تخریب توسط پرسولفات (PS) و کاتالیزورها تحت تابش امواج ماورای صوت (US) است. نتایج نشان داد که سینتیک تخریب از مرتبه اول پیروی می کند. یک حمام التراسونیک با فرکانس  kHz35 برای بررسی تأثیر روش های مختلف که شامل امواج التراسونیک (US) به تنهایی ، با پرسولفات ،آهن ، کبالت ، رزین آهن ، رزین کبالت ، آهن و پرسولفات ، کبالت و پرسولفات مورد استفاده قرار گرفته است. تأثیرات ناشی از pH ، دز پرسولفات، دز آهن، دز کبالت، دز رزین آهن، دز رزین کبالت و مناسب ترین زمان تخریب مورد بررسی قرار گرفته اند. طیف سنجی FT-IR تغییرات در پیوندها را در تخریب التراسونیکی تعیین کرده است. نتایج نشان دادند که سیستم التراسونیکی توأم با پرسولفات و کبالت بیشترین بازده را در میان بقیه روش ها دارند.

کلمات کلیدی : تخریب التراسونیکی، حمام التراسونیک، فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته، مالاشیت سبز

فهرست مطالب:

چکیده

فصل اول : کلیات

1-1-  مقدمه .................................................................................................................................2

1-2-   آلودگی آب ها ...................................................................................................................3

1-3-   روش‌های نوین تصفیه آب‌های آلوده..................................................................................4

   1-3-1- استفاده از فرایند‌های اکسیداسیون پیشرفته ..................................................................4

 1-3-2- کاربرد امواج التراسونیک در تصفیه آب .....................................................................6

1-4-  قوانین التراسوند  ..............................................................................................................6

1-4-1- انرژی صوت ...............................................................................................................7

1-4-2- اهمیت فراصوت توانی در صنعت ...............................................................................9

1-4-3-جوش فراصوتی ..........................................................................................................11

1-4-4-تمیزکاری فراصوتی .....................................................................................................12

1-4-5-استفاده های فراصوت در تلفیق با روش های دیگر ....................................................12

1-5-کاتالیز نمودن ......................................................................................................................13

1-6- تولید فراصوت ..................................................................................................................15

1-7- آستانه‌ی حفره‌سازی ..........................................................................................................15

1-7-1-تعیین آستانه‌ی حفره‌سازی براساس آشکارسازی حباب‌ها .......................................16

1-7-2-تعیین آستانه‌ی حفره‌سازی با آشکارسازی سونولومینسانس .....................................16

1-7-3-تعیین آستانه‌ی حفره‌سازی با شروع واکنش‌های شیمیایی ........................................17

1-8- حفره‌سازی – اساس تأثیرات سونوشیمیایی ......................................................................17

1-8-1- پارامترهایی که در سونوشیمی تأثیر دارند ................................................................19

1-8-2- مکانیسم فرایند التراسونیک  ...................................................................................23

1-8-3- نمونه‌هایی از تجهیزات سونوشیمیایی .....................................................................25

1-9- سونوشیمی زیست محیطی ................................................................................................29

1-10- پیشینه پژوهش ................................................................................................................30

1-11- اهداف پژوهش ...............................................................................................................36

فصل دوم : مواد و روش ها

2-1- نرم‌افزارها و دستگاه‌های مورد استفاده .............................................................................38

2-2- مواد مورد نیاز ...................................................................................................................39

2-3- روش تهیه محلول‌ها .........................................................................................................40

2-3-1- محلول مادر MG ...................................................................................................40

2-3-2- محلول مادر پرسولفات ..........................................................................................40

2-3-3- محلول مادر کبالت (Π) .........................................................................................40

2-3-4- محلول مادر آهن (Π) ............................................................................................41

2-3-5- رزین کاتیونی اشباع‌شده کبالت ..............................................................................41

2-3-6- رزین کاتیونی اشباع‌شده آهن .................................................................................41

2-4- روش اندازه‌گیری غلظت MG .........................................................................................42

2-5- روش کار............................................................................................................................44

2-5-1- روش کار بررسی اثر غلظت اولیه MG در فرایند تخریب سونوشیمیایی ...............44

2-5-2- روش کار بررسی اثر امواج ماورا صوت در تخریب سونوشیمیایی MG ...............44

2-5-3- روش کار بررسی اثر پرسولفات در تخریب التراسونیکی MG ..............................44

2-5-4- روش کار بررسی اثر آهن در فرایند تخریب سونوشیمیایی MG ...........................45

2-5-5- روش کار بررسی اثر پرسولفات فعال‌شده توسط آهن در تخریب سونوشیمیاییMG ...............................................................................................................................................45

2-5-6- روش کار بررسی اثر رزین آهن در فرایند تخریب سونوشیمیایی MG .................45

2-5-7- روش کار بررسی اثر کبالت در فرایند تخریب سونوشیمیایی MG .......................46

2-5-8- روش کار بررسی اثر پرسولفات فعال شده توسط کبالت در تخریب سونوشیمیایی MG ....................................................................................................................................46

2-5-9- روش کار بررسی اثر رزین کبالت در فرایند تخریب سونوشیمیایی MG ............46

2-5-10- روش کار بررسی اثر pH ..................................................................................47

2-6- نحوه ارائه نتایج .............................................................................................................47

فصل سوم : نتایج و بحث

3-1- تأثیر پارامترهای مختلف در تخریب MG توسط فرایند US ...........................................49

3-1-1- اثر غلظت اولیه MG در فرایند US .......................................................................49

3-1-2- اثر کاتالیزورها ........................................................................................................52

3-1-2-1- اثر پرسولفات در فرایند سونوشیمیایی MG ................................................54

3-1-2-2- اثر آهن درفرایند تخریب سونوشیمیایی MG .............................................55

3-1-2-3- اثر پرسولفات توسط آهن در تخریب سونوشیمیایی  MG..........................57 

3-1-2-4- اثر رزین آهن در تخریب سونوشیمیایی MG .............................................58

3-1-2-5- اثر کبالت در فرایند سونوشیمیایی MG .......................................................60

3-1-2-6- اثر پرسولفات فعال شده توسط کبالت در تخریب سونوشیمیایی MG ........62

3-1-2-7- اثر رزین کبالت در تخریب سونوشیمیایی MG ...........................................63

3-1-3- اثر pH در تخریب سونوشیمیایی MG در حضور رزین آهن ...............................65

3-1-4- اثر pH در تخریب سوتوشیمیایی MG در حضور رزین کبالت ............................66

3-1-5- اثر مقدار پرسولفات در حضور رزین آهن در تخریب سونوشیمیایی MG ...........67

3-1-6- اثر مقدار پرسولفات در حضور رزین کبالت در تخریب سونوشیمیایی MG .........68

3-1-7- اثر مقدار رزین آهن در تخریب سونوشیمیایی MG ..............................................70

3-1-8- اثر مقدار رزین کبالت در تخریب سونوشیمیایی MG ...........................................71

3-1-9- اثر زمان در تخریب سونوشیمیایی MG در حضور کاتالیزور آهن ........................72

3-1-10- اثر زمان در تخریب سونوشیمیایی MG در حضور کاتالیزور کبالت ..................72

3-2- FT-IR  ..........................................................................................................................73

3-2-1- بررسی تغییرات طیف‌سنجی  FT-IR برای تخریب سونوشیمیایی MG در حضور کاتالیزور آهن......................................................................................................................73                          

3-2-2- بررسی تغییرات طیف‌سنجی FT-IR برای تخریب سونوشیمیایی MG در حضور کاتالیزور کبالت .................................................................................................................75

3-3- نتیجه‌گیری ....................................................................................................................77

3-4- پیشنهادات ....................................................................................................................78

فهرست منابع ...................................................................................................................................79

چکیده انگلیسی

فهرست جدول ها:

 جدول 1-1- ثابت سرعت درجه دوم رادیکال‌های هیدروکسیل با ترکیبات آلی متعدد ........................4

جدول1-2- کاربردهای فراصوت تشخیصی در شیمی .........................................................................9

جدول 1-3- بعضی کاربردهای صنعتی توانی .....................................................................................10

جدول 1-4- کاربردهای صنعتی اختلاط فراصوتی .............................................................................19

جدول 2-1- داده‌های جذب در غلظت‌های متفاوت اولیه از MG ....................................................43

جدول 3-1- تأثیر پرسولفات در میزان تخریب سونوشیمیایی MG ...................................................54

جدول 3-2- تأثیر آهن در میزان تخریب سونوشیمیایی MG ............................................................56

جدول 3-3- تأثیر پرسولفات فعال شده توسط آهن در میزان تخریب سونوشیمیایی MG ................57

جدول 3-4- تأثیر رزین آهن در میزان تخریب سونوشیمیایی MG ...................................................59

جدول 3-5- تأثیر کبالت در میزان تخریب سونوشیمیایی MG ..........................................................61

جدول 3-6- تأثیر پرسولفات فعال شده توسط کبالت  در میزان تخریب سونوشیمیایی MG ............62

جدول 3-7- تأثیر رزین کبالت در میزان تخریب سونوشیمیایی MG ................................................64

جدول3-8 - تأثیر pH در میزان تخریب سونوشیمیایی MG در حضور  Fe......................................65

جدول3-9 - تأثیر pH در میزان تخریب سونوشیمیایی MG در حضور Co .....................................66

جدول3-10- تأثیر پرسولفات در حضور رزین آهن در میزان تخریب سونوشیمیایی   MG...............68

جدول3-11- تأثیر پرسولفات در حضور رزین کبالت در میزان تخریب سونوشیمیایی MG .............69

جدول3-12- تأثیر رزین آهن در تخریب سونوشیمیایی MG ...........................................................70

جدول3-13- تأثیر رزین کبالت در تخریب سونوشیمیایی MG .........................................................71

فهرست اشکال:

شکل 1-1- فرایند‌های اکسیداسیون پیشرفته .........................................................................................6

شکل1-2- نمایش حرکت صوت .........................................................................................................8

شکل 1-3- محدوده‌های فرکانس صوت ..............................................................................................8

شکل 1-4- رشد و فروریختن حباب های ناشی از حفره سازی ........................................................19

شکل 1-5- تخریب مکانیکی پلیمرهای حل شده ..............................................................................25

شکل 1-6-حمام تمیزکاری ماورای صوتی مورد استفاده در سونوشیمی ............................................27

شکل1-7- سیستم پروب ماورای صوتی مورد استفاده در سونوشیمی ...............................................28

شکل 2-1-ساختمان مالاشیت سبز اسیدی .........................................................................................39

شکل 2-2- طیف UV-Vis محلول MG با غلظت اولیه از mgL-130 ..............................................42

شکل 2-3- نمودار کالیبراسیون محلول MG در λmax=617nm .....................................................43

شکل 3-1- تأثیر غلظت اولیه در میزان تخریب MG در فرایند  US..................................................50

شکل3-2-نمودار نیمه لگاریتمی غلظت  MG بر حسب زمان سونیکاسیون در فرآیند US ...............51

شکل3-3-درصد رنگ زدایی برحسب زمان سونیکاسیون در تخریب سونوشیمیایی MG ................51

شکل 3-4-تأثیر PS در میزان تخریب سونوشیمیاییMG ........................55

شکل3-5 :درصد رنگ زدایی برحسب زمان سونیکاسیون در حضور Fe در تخریب سونوشیمیاییMG ...............56

شکل3-6 :درصد رنگ زدایی برحسب زمان سونیکاسیون در حضور PS+Fe در تخریب سونوشیمیایی MG ................58

شکل3-7 :درصد رنگ زدایی برحسب زمان سونیکاسیون در حضور زرین Fe در تخریب سونوشیمیایی  MG .........60

شکل3-8 :درصد رنگ زدایی برحسب زمان سونیکاسیون در حضور Co در تخریب سونوشیمیاییMG .................61

شکل3-9 :درصد رنگ زدایی برحسب زمان سونیکاسیون در حضور PS+Co در تخریب سونوشیمیایی MG ..........63

شکل3-10 :درصد رنگ زدایی برحسب زمان سونیکاسیون در حضور زرین Co در تخریب سونوشیمیایی MG .............64

شکل 3-11:طیف FT-IR برای تخریب سونوشیمیایی MG در حضور کاتالیزور آهن .......................74

شکل 3-12:طیف FT-IR برای تخریب سونوشیمیایی MG در حضور کاتالیزور کبالت ....................76