sjku.muk.ac.irsjku.muk.ac.ir/article-1-4794-fa.pdf · /' 0 12 3 4 4 4 3 '#$ 1 5&$ $ ' 67)("("1 84 4...

Scientific Journal of Kurdistan University of Medical Sciences No.106/ May-June 2020/93-111

Photodegradation of the Herbicide 2,4-Dichlorophenoxyacetic Acid in the Presence of TiO2 and P25/βCD Nano Photocatalysts in the Photoreactor

Sorur Safa1,2, Majid Mirzaei3

1. Ph.D student of Environmental Health Engineering, International Campus of Shahid Sadoughi University of Medical Sciences, Yazd, Iran., (Corresponding Author), Tel: +9824-33414386, Email: [email protected], ORCID ID: 0000-0002-0954-2469 2. Student Research Committee, Shahid Sadoughi University of Medical Sciences, Yazd, Iran. 3. MSc of Photonics, Department of Physics, Institute for Advanced Studies in Basic Sciences (IASBS), Zanjan, Iran. ORCID ID: 0000-0003-3573-6985

ABSTRACT Background and Aim: The dichlorophenoxyacetic acid (2,4-D) is common and toxic herbicide used around the world to control wide leaf weeds present in cereal crops. This herbicide is resistant to biodegradation and chemical degradation in the environment. The main purpose of this study is synthesis and optimizing of titania nanoparticles and evaluating their effectiveness in photodegradation of 2,4-D from aqueous solutions in both batch and flow photoreactors including light emitting diod (LED). Materials and Methods: The First, the P25/βCD nano photocatalst was synthesized and then its efficiency in the 2,4-D photo degradation was compared with commercial P25 nanophotocatalyst in both of the batch and flow photoreactors. Effective parameters include; the effects of nanocatalyst dose, select the best bed of catalyst, the β-CD amount on bed catalyst, irradiation time, kind of photoreactor on the photocatalytic degradation efficiency were investigated. The degradation was monitored using a UV-Vis spectrophotometer in 2,4-D absorption band at 284 nm. Results: The optimum amount of P25, P25/β-CD nano photocatalysts were 1 and 0.1 g/L, respectively. In batch photoreactor the photodegradation efficiency of 2,4-D after 5 h with P25 and P25/β-CD as a photocatalyst were approximately 81 and 85% respectively. Also, in flow photoreactor 2,4-D degradation yeild after 5 h in presence of P25 and P25/β-CD nano photocatalysts were 88.8 and 90.4% respectively. Also, after 5 consecutive periods of irradiation, photodegradation efficiency in presence of P25 and P25/β-CD nano photocatalysts were maintained 82.6 and 84%, respectively which indicates their remarkable stability. Conclusion: The using of photodegradation process for the removal of organic pollutants, such as herbicides from aqueous solutions, is successful. Keywords: 2,4-Dichlorophenoxyacetic Acid Herbicide, P25 and P25/β-CD Nano Photocatalysts, LED, Batch-mode Photoreactor, Flow-mode Photoreactor Received: Feb 16, 2019 Accepted: Dec 23, 2019

Copyright © 2018 the Author (s). Published by Kurdistan University of Medical Sciences. This is an open access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution-Non Commercial License 4.0 (CCBYNC), where it is permissible to download, share, remix, transform, and buildup the work provided it is properly cited. The work cannot be used commercially without permission from the journal

How to cite the article: Sorur Safa, Majid Mirzaei. photodegradation of 2,4dichlorophenoxyacetic acid in the presence of TiO2 and P25/βCD nano photocatalysts in the photoreactor SJKU 2020;25(2):93-111.

Dow

nloa

ded

from

sjk

u.m

uk.a

c.ir

at 1

5:02

+03

30 o

n W

edne

sday

Jan

uary

20t

h 20

21

http://sjku.muk.ac.ir/article-1-4794-fa.html

93- 1399/111 خرداد و تیر/ مپنجدوره بیست و / مجله علمی دانشگاه علوم پزشکی کردستان

نانو P25/βCDو TiO2استیک اسید در حضور کلروفنوکسیدي- 4و2کش تخریب نوري آفت

نورکاتالیزگر در راکتور نوري

3، مجید میرزایی1،2سرور صفا

پست ،024- 33414386:بتثا ، تلفن)مسئولنویسنده ( الملل دانشگاه علوم پزشکی شهید صدوقی یزد، یزد، ایراندانشجوي دکتراي مهندسی بهداشت محیط، دانشکده بین .1

0000- 0002- 0954-2469: کد ارکید، [email protected]:الکترونیک

.کمیته تحقیقات دانشجویی، دانشگاه علوم پزشکی و خدمات بهداشتی درمانی شهید صدوقی یزد، یزد، ایران .2

0000- 0003-3573- 6985: کد ارکید. کده فیزیک، دانشگاه تحصیالت تکمیلی علوم پایه زنجان، زنجان، ایرانارشد فوتونیک، دانش یکارشناس .3

چکیده

بردن اي براي از بیناست که به طور گسترده کش معروف و سمیید یک علفاس یکاستکلروفنوکسیدي - 4و2: زمینه و هدف

شیمیایی در محیط و بیولوژیکی برابر تجزیه کش دراین علف. شودهاي هرز پهن برگ در محصوالت غالت استفاده میعلف

از یداس یکاستکلروفنوکسیدي- 4و2تیتانیا در تخریب نوري نانو ذراتسازي هدف از این مطالعه، سنتز و بهینه .است زیست مقاوم

نوري کنندهساطعشامل دایودهاي )flow(و جریان پیوسته ) batch(هاي آبی در هر دو راکتور نوري جریان ناپیوسته محلول

)LED (است.

-کلروفنوکسیدي- 4و2سنتز شد و سپس کارایی آن در تخریب نوري P25/βCDابتدا نانو نورکاتالیزگر :هامواد و روش

یرگذار تأثپارامترهاي . در هر دو راکتور نوري با جریان ناپیوسته و پیوسته مقایسه شد P25با نانو نورکاتالیزگر تجاري ید اس یکاست

بر روي بستر نانو نورکاتالیزگر، زمان نوردهی و β-CDشامل دوز نانو نورکاتالیزگر، انتخاب نانو نورکاتالیزگر مناسب، مقدار اولیه

در طول موج UV-Visارزیابی بازده تخریب نوري، با بازده جذب هر نمونه با اسپکتروفتومتر . نوع راکتور نوري بررسی شدند

.نجام شدنانومتر ا 284

- دي- 4و2بازده تخریب نوري . بود 1/0و g/L 1به ترتیب P25/β-CDو P25مقدار بهینه نانو نورکاتالیزگر : هایافته

این بازده . درصد بود 85و 81ساعت به ترتیب 5در راکتور نوري با جریان ناپیوسته در مدت زمان بهینه ید اسیکاستکلروفنوکسی

درصد 4/90و 8/88به ترتیب P25/β-CDو P25 ساعت در حضور نانو نورکاتالیزگر 5ر مدت زمان در راکتور جریان پیوسته، د

به P25/β-CDو P25دوره متوالی از کاربرد نانو نورکاتالیزگرها، بازده تخریب نوري در حضور 5همچنین پس از . آمد به دست

.است ها آنتوجه دهنده پایداري قابلآمد که نشان به دستدرصد 84و 6/82ترتیب

آمیزي هاي آبی کاربرد موفقیتها از محیطکشهاي آلی همچون علففرآیند تخریب نوري براي حذف آالینده: گیرينتیجه

.دارد

راکتور ،P25/β-CD ،LEDو P25، نانو نورکاتالیزگرهاي یداس یکاستکلروفنوکسیدي- 4و2 کشعلف :کلیديکلمات

نوري جریان پیوسته نوري جریان ناپیوسته، راکتور

2/10/98:پذیرش 25/8/98:اصالحیه نهایی 27/11/97:وصول مقاله

Dow

nloa

ded

from

sjk

u.m

uk.a

c.ir

at 1

5:02

+03

30 o

n W

edne

sday

Jan

uary

20t

h 20

21


95سرور صفا

1399 خرداد و تیر/ مپنجدوره بیست و / مجله علمی دانشگاه علوم پزشکی کردستان

مقدمه

به افزایش جمعیت؛ گسترش صنایع مختلف، باتوجهامروزه

باعث تولید ترکیبات جدید، افزایش تولیدات صنعتی،

که هاي جدید و نوظهور شده استپدیدار شدن آالینده

که این امر خود . باشندمقاوم می اغلب آنها به تجزیه زیستی

تواند باعث آلودگی زیست محیطی و تغییر اکوسیسیتم می

هاي مقاوم به تجزیه که با رشد یکی ازآالینده. زیستی شود

دهنده آنها نوع مواد تشکیل همچنین صنعتی میزان مصرف و

دي - 4و2. )1(باشندها میکشزیاد شده است آفت

کش معروف و سمی ید یک علفاس یکاستکلروفنوکسی

هاي آروماتیکی یژگیویدها با اس یکاستاز گروه فنوکسی

اي براي از ضعیف بوده که در سراسر جهان به طور گسترده

هاي هرز پهن برگ در کشتزارهاي برنج، بردن علف بین

- ها و مراتع استفاده میگندم و ذرت و همچنین در پارك

آژانس حفاظت محیط زیست آمریکا حد مجاز این .دشو

بیان کرده ppm 1/0کش را در آب آشامیدنی علف

را به µg/L 70سازمان بهداشت جهانی مقدار . )2(است

-ستیکاکلروفنوکسیدي- 4و2عنوان حداکثر غلظت مجاز

این سازمان . )3(براي آب آشامیدنی بیان کرده است اسید

در IIگروه زا سرطانکش مذکور را در زمره آالینده علف

یل پایداري شیمیایی و بیولوژیکی این به دل. )4(گیردنظر می

بیولوژیکی نتیجه مطلوبی - هاي شیمیاییسم کاربرد روش

هاي اخیر فرآیندهاي اکسیداسیون در سال. )5, 6(ندارند

, 8( پیشرفته براي تجزیه و حذف این سم به کار رفته است

هاي اخیر ها در دههکشاکسیداسیون فتوکاتالیستی آفت. )7

تجزیه نوري یکی از . )6(مورد توجه قرار گرفته است

هاي طبیعی و اقتصادي است و در زمره فرآیندهاي مکانیسم

جهت تصفیه مواد ) AOP(اکسیداسیون پیشرفته

- بی کلروها و پلیکشگزنوبیوتیک در فاضالب مانند آفت

هاي اخیر بحران جدي و فزاینده انرژي در دهه .ها استفنیل

رژي نوري به منجر به تحقیقات وسیعی در زمینه تبدیل ان

. )7- 11(انرژي شیمیایی با فرآیندهاي فتوکاتالیستی گردید

توانایی یک ماده در ایجاد ) PCA(فعالیت فتوکاتالیستی

حفره است که در نتیجه تماس با منبع - یک جفت الکترون

هاي حفره. شودحاصل می) UVطور مثال اشعه به(نور

ها را از مواد یا از محلولی که توانند الکترونلکترونی میا

لذا موادي که توانایی جذب نور . درون آن هستند، بگیرند

نور کاتالیزگر به کار . )11(شونددارند فعال شده و اکسید می

اکسید است که به علت ارزان رفته در این تحقیق تیتانیوم دي

قیمت بودن، عدم سمیت، فعالیت باال و پایداري شیمیایی و

بیولوژیکی باال تحت شرایط نوردهی، مورد توجه بسیار بوده

رساناهاي مورد استفاده یکی از پرکاربردترین نیمه و

اکسید از نظر ساختاري به سه فرم تیتانیوم دي. )12(است

گاف انرژي . )13, 14(آناتاز، روتیل و بروکیت وجود دارد

TiO2 بسته به ساختار و اندازه ذرات در محدودهeV 2/3 -

داراي گاف ) P25(تجاري مورد استفاده TiO2. است 3

هاي با طول است که برابر با انرژي فوتون eV 2/3انرژي

) LED(دیود ساطع کننده نوري . )15(است nm 385موج

که با مصرف انرژي پایین استگزینه مناسبی براي منبع نور

. )16- 18(گرددهاي فتوکاتالیستی استفاده میدر واکنش

ارزان : از اند عبارتها مزایاي عمده استفاده از این المپ

الي فوتون، ولتاژ الکتریسیته قیمت، سازگار با محیط،بازده با

ي ها موج طولپایین، پایداري توان، امکان انتشار در

و ) مادون قرمز، نور مریی و فرابنفش نزدیک(تر گسترده

عدم نیاز به خنک سازي در طول مدت زمان طوالنی فرآیند

سیکلودکسترین - β. )19(هابراي معدنی سازي کامل آالینده

یک الیگوساکارید حلقوي داراي یک حفره هیدروفوبی

هاي آلی ارتباط و این توانایی را دارد که با مولکول است

هدف از پژوهش . )20(برقرار نموده و کمپلکس ایجاد کند

تیتانیا در تخریب نانو ذراتبرد سازي کارحاضر سنتز و بهینه

- اسید از محلول دي کلروفنوکسی استیک - 4و2نوري سم

در هر دو راکتور نوري ناپیوسته است؛ کههاي آبی

)batch ( و پیوسته)flow (ضمن انجام فرآیند . انجام شد

تخریب در راکتور نوري پیوسته، براي پایش لحظه به لحظه

نش، راکتور به کامپیوتر متصل بر واک مؤثرتمامی پارامترهاي

براي تشخیص میزان حذف آالینده مورد نظر از سنجش . شد

Dow

nloa

ded

from

sjk

u.m

uk.a

c.ir

at 1

5:02

+03

30 o

n W

edne

sday

Jan

uary

20t

h 20

21


...تخریب نوري آفت کش 96

1399 خرداد و تیر/ مپنجره بیست و دو/ مجله علمی دانشگاه علوم پزشکی کردستان

LEDهاي فتومتري استفاده شد که در حضور انواع المپ

.مورد مطالعه قرار گرفت

هامواد و روش

مقیاس در که است کاربردي- تجربی مطالعه یک تحقیق این

شیمی دانشکده 4آلی شیمی آزمایشگاه در آزمایشگاهی

شده انجام تحصیالت تکمیلی علوم پایه زنجان دانشگاه

.است ذیل شرح به تحقیق انجام مراحل. است

مواد شیمیایی و وسایل مورد استفاده

هاي تولید تمام مواد و واکنشگرهاي مورد استفاده از شرکت

و )Fluka(، فلوکا)Merck(کننده مواد شیمیایی مرك

براي اطمینان از . دخریداري گردی )Aldrich(آلدریچ

پراکندگی یکنواخت نانو ذرات مصرفی در محلول واکنش

از 4Dمدل E Euronda S.P.A حمام فراصوتاز

kHz ساخت کشور ایتالیا با فرکانس Vicenzaشرکت

که داراي دو مبدل فراصوت در w cm-2 150 توانو 35

- المپ. ردید، استفاده گاستزیر مخزن استیلی ظرف حمام

هاي با LEDدر این پروژه شامل استفادهمورد LEDهاي

وات 20و 10هاي نانومتر با توان 400و 365هاي طول موج

HP Starهمگی از شرکت mW/cm 100با شدت تابش

USP C.A(از فیلترهاي سرسرنگی . خریداري گردید

0.22 µm (ساخت شرکت سارتریوس آلمان براي صاف -

به منظور . ها بعد از انجام واکنش استفاده گردیدسازي نمونه

هاي کش، میزان جذب محلولگیري میزان این علفاندازه

ها توسط یشآزماسنتتیک حاوي این ماده قبل و بعد از انجام

Pharmaciaشرکت UV-Visاسپکتروفتومتر جذبی

Biotech آلمان مدلUltrospec 3100 گیري اندازه

حاصل از سنتز نانو pHي تغییرات گیرجهت اندازه. شدند

که 3- 4محدوده pHو رسیدن به P25/β-CDذرات

مدل Metrohmمتر pHنشان از ساخته شدن آن بود از

طیف سنجی . استفاده گردید ساخت کشور سوئیس 826

UV-Vis کاتالیزوگرهاي نوري تهیه شده با استفاده از

گرفته VARIAN Cary-5دستگاه طیف سنجی مدل

)TEM(تصاویر میکروسکوپ الکترونی عبوري .شد

ساخت کشور هلند در Philips CM-120توسط دستگاه

صحت تشکیل محصوالت . گرفته شدند keV 120ولتاژ

FT-IRسنجی فروسرخ با استفاده از دستگاه توسط طیف

Bruker vector هايو از بررسی طیف NMR گرفته

ل در حال Bruker 400 MHzشده توسط دستگاه

دار بررسی شده و در موارد الزم از آب کلروفرم دوتریم

آنالیز وزن سنجی حرارتی . دار نیز استفاده شده استدوتریم

)TGA( و آنالیز حرارتی افتراقی)DTA ( با استفاده از

STA 409 PC/4/H LUXX NETZSCHدستگاه

.ساخت کشور آلمان انجام گرفت

یري دستگاه ارگک بهواجذب نیتروژن با - هاي جذبآزمایش

Belsorp-mini-BEL.Inc در ،ساخت کشور ژاپن

الزم به ذکر است که قبل از . صورت گرفت K 77دماي

ساعت در 12ها به مدت ي نمونهانجام این آزمایش، همه

مساحت سطح با استفاده . تخلیه گازي شدند K 373دماي

و توزیع اندازه حفرات از طریق شاخه جذبی BETاز روش

BJH یري روشکارگ بهواجذب نیتروژن با - جذب منحنی

جهت خشک کردن مواد تهیه شده نیز از آون . تعیین شد

Heraeus استفاده گردید.

P25/βCDدستور کار سنتز نانو ذرات

10ته گرد، مقدار لیتريمیلی 25 پیرکس بالن یک در

لیتري آب تقطیر شده و نسبت هاي مختلف یلیم

نسبت مولی (میلی گرم 20- 5ه سیکلودکسترین در محدود

به 1به سیکلودکسترین اسید ستیکاکلروفنوکسیدي- 4و2

گرم یلیم 50ریخته و مقدار ) 5/2به 1و 2به 1، 5/1به 1، 1

دقیقه تحت امواج 15به آن اضافه شد و به مدت P25تیتانیا

سپس درب واکنش به خوبی بسته و . فرا صوت قرار داده شد

400وات با طول موج LED 20مپ سپس تحت تابش ال

در ابتدا pH. ساعت قرار گرفت 14تا 12نانومتر به مدت

بنابراین با گذشت ؛ تغییر کرد 4و با گذشت زمان به 7حدود

.در محلول واکنش ایجاد شد P25/β-CDزمان ترکیبی از

Dow

nloa

ded

from

sjk

u.m

uk.a

c.ir

at 1

5:02

+03

30 o

n W

edne

sday

Jan

uary

20t

h 20

21


97سرور صفا


براي P25/β-CDکاتالیزگرنوري جداسازي کار دستور

هاي شناسایی یشآزماانجام

30گرم از سیکلودکسترین در 3/0منظور مقدار این براي

میلی گرم 60میلی لیتر آب به طور کامل حل و سپس مقدار

این محلول به . به آن اضافه شد P25از تیتانیاي تجاري

وات با طول LED 20ساعت در معرض المپ 3مدت

فوق را نانو ذراتسپس . نانومتر قرار گرفت 400موج

نموده و براي اطمینان از حذف سیکلودکسترین سانتریفیوژ

. شستشو داده شد) لیترمیلی 10هر بار (اضافی سه بار با آب

بعد از خشک شدن در دماي P25/β-CD نانو ذراتاین

هاي ساعت براي بررسی 10درجه سلسیوس به مدت 50

.بعدي مورد استفاده قرار گرفت

P25/β-CD و P25دستور کار بازیافت کاتالیزگر نوري

سیکل 5با P25قابلیت استفاده مجدد نانو فتوکاتالیست

انجام batchساعت بود در راکتور 5آزمایش که هر سیکل

گرم یلیم 2000میلی لیتر از محلول استوك 1ابتدا . گرفت

لیتر یلیم 50در اسید ستیکاکلروفنوکسیدي- 4و2بر لیتر

با حمام ن نانو ذرهاز ای g/l 1آب مقطر ریخته شد و مقدار

. دقیقه در این محلول پخش گردید 10مدت فراصوت به

بالن ژوژه محتوي مخلوط هتروژن روي استیرر قرار گرفت

وات به 20توان نانومتر و 400با طول موج LEDو المپ

ساعت نمونه مذکور را تحت 5همراه پمپ هوا به مدت

یتر نمونه با لمیلی 3ساعت، 5پس از گذشت . تابش قرار داد

میلی لیتر از 1کمک صافی سرسرنگی برداشت گردید و

به بالن ژوژه اضافه شد و پس از طی مجدداًمحلول استوك

. بار تکرار گردید 5تا مجدداًساعته دوم این روند 5زمان

هاي ، سوسپانسیون موجود در لوله5پس از اتمام سیکل

rpm 5000ا دور فالکون ریخته شدند و سه بار سانتریفیوژ ب

انجام شد تا نانو ذرات موجود از محلول جدا شوند سپس

هاي نانو ذرات در دماي اتاق خشک شدند و براي بررسی

نانو ذراتتمام مراحل ذکر شده در براي . بعدي آماده شدند

P25/β-CD اي انجام گرفتهاي جداگانهنیز طی واکنش.

راکتور نوري

کلرو فنوکسی استیک دي 4و 2جهت تخریب نوري سم

جداگانه استفاده طور به flowو batchاسید از دو راکتور

.گردید

)batch-mode(راکتور نوري جریان ناپیوسته

نانومتر و 400با طول موج LEDاین راکتور شامل المپ

وات است که روي هیت سینک نشانده شده است 20 توان

ون از فویل براي جلوگیري از تابش نور به بیر). 1شکل(

براي به حداقل رساندن افزایش . آلومینیومی استفاده شد

دماي واکنش از یک فن کوچک در کنار هیت سینک

LEDاین یکی از مزایاي استفاده از المپ . استفاده شد

براي تخریب نوري آالینده است که با گذشت مدت زمان

طوالنی، دماي محلول واکنش به کمک یک فن کوچک

اي هاي جیوهماند و مانند المپمحیط باقی میدر حد دماي

.کنندیا زنونی دماي باال ایجاد نمی

)batch(راکتور نوري با جریان ناپیوسته .1شکل

)flow-mode(راکتور نوري جریان پیوسته

میلی لیتر که 500این راکتور شامل یک ارلن به گنجایش

پمپ مگنتیک روي هیتر استیرر قرار گرفته به همراه یک

. براي پمپاژ محلول داخل ارلن به محفظه واکنش است

محفظه واکنش شامل منبع نوردهی است که این منبع

3عدد دیود 20اي از دیودهاي پرتوان که شامل مجموعه

ولت 2/3نانومتر که ولتاژ مصرفی هر کدام 365-400وات

د عدد دیو 4ي عالوه آمپر است به میلی 600و جریان مصرفی

ولت و 12- 15نانومتر با ولتاژ مصرفی 365- 400وات 10

وات 3عدد دیود 5هر . آمپراست میلی 900جریان مصرفی

Dow

nloa

ded

from

sjk

u.m

uk.a

c.ir

at 1

5:02

+03

30 o

n W

edne

sday

Jan

uary

20t

h 20

21



1399 خرداد و تیر/ مپنجره بیست و دو/ مجله علمی دانشگاه علوم پزشکی کردستان

صورت سري بسته شده و روي یک برد آلومینیومی به

یک مجموعه از رایانه دستور پذیر هستند و با یک عنوان به

با (این دیودها با چسب سیلیکونی . شوند ین میتأممنبع تغذیه

شوند و به بردهاي آلومینیومی متصل می) هدایت گرمایی باال

ي آلومینیومی داخلی با چسب سیلیکونی به بدنه بردهااین

هاي در این راکتور از لوله. اند اتاقک نوردهی متصل شده

مارپیچی پیرکس براي قسمت نوردهی استفاده شده است که

ول با شیلنگ هاي سیلیکونی مخصوص جهت انتقال محل

همچنین محلی براي . اندوصل شده به همواکنش

شده یهتعبهاي مختلف در راکتور ي در زمانبردار نمونه

مؤثربه منظور کنترل لحظه به لحظه تمامی پارامترهاي . است

افزار بر واکنش، راکتور به کامپیوتر متصل گردیده که با نرم

).2شکل (نویسی شده است برنامه ویولب

)flow(شماتیک راکتور نوري با جریان پیوسته .2شکل

Dow

nloa

ded

from

sjk

u.m

uk.a

c.ir

at 1

5:02

+03

30 o

n W

edne

sday

Jan

uary

20t

h 20

21


99سرور صفا


هاتجزیه و تحلیل داده

- دي- 4و2جهت ارزیابی و پایش بازده تخریب نوري

لیتر از سوسپانسیون میلی 5مقدار اسید، ستیکاکلروفنوکسی

22/0میلی پور، ( یسرسرنگهر یک ساعت توسط فیلتر

آنالیز برداشت گردید تا نانو ذرات جامد قبل از ) میکرون

. حذف شوند

-دي- 4و2سپس براي تشخیص بازده تخریب آالینده

، بازده جذب هر نمونه با اسیدستیکاکلروفنوکسی

نانومتر 284در طول موج UV-Visاسپکتروفتومتر

)اسیدستیکاکلروفنوکسیدي- 4و2حداکثر پیک جذب (

محلول در قسمت پایانی هر آزمایش غلظت . قرائت شد

که در (اولیه و نهایی اسیدستیکانوکسیکلروفدي- 4و2

با یکدیگر مقایسه شده ) فرآیند تخریب نوري شرکت نموده

:محاسبه گردید) 1(ي طبق معادله درصد تخریب

)1( 100× )- C/Cо1 (= %تخریب

- دي- 4و2محلول بیانگر مقدار جذب اولیه C0که در اینجا

از انجام واکنش تخریب قبل اسیدستیکاکلروفنوکسی

- 4و2مقدار جذب ثانویه محلول دهندهنشان C نوري و

بعد از انجام واکنش تخریب اسید ستیکاکلروفنوکسیدي

.استنوري

هایافته

P25@β-CD نانو ذراتیابی ساختاري مشخصه

-محلول ساخته شده اندازه pHپس از سنتز نانو ذرات مقدار

تغییر 4و با گذشت زمان به 7د در ابتدا حدو pH. گیري شد

در P25/βCDبنابراین با گذشت زمان ترکیبی از ؛ کرد

نتایج حاصل از ). 3شکل (شود محلول واکنش ایجاد می

نانو ذرات ) TEM(طیف میکروسکوپ الکترونی عبوري

4 به ترتیب در شکل P25/βCDو سنتزي P25تجاري

یز وزن سنجی بعالوه نتایج حاصل از طیف آنال. آمده است

نانو ) DRS(و طیف نفوذي انعکاسی ) TGA( یحرارت

6و 5هاي به ترتیب در شکل P25/βCD سنتزي ذرات

نتایج حاصل از تشخیص 1جدول . نشان داده شده است

دهد که خصوصیات فیزیکی سطح کاتالیزگر را نشان می

گیري میزان سنجی جهت اندازهبدین منظور از آنالیز تخلخل

P25/β-CD وP25 هايدر مساحت سطح گونهتغییرات

1از طرفی مطابق نتایج جدول ). 1جدول (استفاده شد

P25 ،m2/gنانو نورکاتالیزگر ) SSA(مساحت سطح ویژه

سیکل 5و مساحت سطح ویژه همین نانو ذرات پس از 70

دهنده وجود کاهش یافت که نشان m2/g 55متوالی به

.استکی این نانو ذرات تغییرات اندك در ساختار فیزی

Dow

nloa

ded

from

sjk

u.m

uk.a

c.ir

at 1

5:02

+03

30 o

n W

edne

sday

Jan

uary

20t

h 20

21


...خریب نوري آفت کشت 100

1399 خرداد و تیر / مپنجدوره بیست و / مجله علمی دانشگاه علوم پزشکی کردستان

زدایی از در نتیجه پروتون LEDگیري تغییرات اسیدیته محیط شامل تیتانیا و سیکلودکسترین تحت تابش اندازه .3شکل

.TiO2هاي هیدروکسیل سیکلودکسترین روي سطح گروه

-P25/βو ) 5بعد از سیکل a (P25 ،)b (P25/β-CD ،)c (P25 )(تصاویر میکروسکوپ الکترونی نانونورکاتالیزگر .4شکل

CD ) 5بعد از سیکل(

a b

d c

b

c

Dow

nloa

ded

from

sjk

u.m

uk.a

c.ir

at 1

5:02

+03

30 o

n W

edne

sday

Jan

uary

20t

h 20

21


101سرور صفا


P25/β-CDنانو نورکاتالیزگر ) TGA(حرارتی سنجیوزنآنالیز .5شکل

P25/β-CDو P25انعکاسی نانونورکاتالیزگرهاي -طیف نفوذي .6شکل

Dow

nloa

ded

from

sjk

u.m

uk.a

c.ir

at 1

5:02

+03

30 o

n W

edne

sday

Jan

uary

20t

h 20

21


...خریب نوري آفت کشت 102

1399 خرداد و تیر / مپنجدوره بیست و / مجله علمی دانشگاه علوم پزشکی کردستان

لیزگرهاي نوريخصوصیات فیزیکوشیمیایی نانوکاتا .1جدول

اسیدستیکانوکسیکلروفدي-4و2 تاثیر مقدار نانو ذرات بر راندمان تخریب نوري .2جدول

)ساعت 1: ، زمان تابشLED 20W 400nm: راکتور با جریان ناپیوسته، نوع المپ(

اسیدستیکاکلروفنوکسیدي- 4و2تاثیر نوع کاتالیزگر انتخابی بر راندمان تخریب نوري . 3جدول

)ساعت 1: ، زمان تابشLED 20W 400nm: راکتور با جریان ناپیوسته، نوع المپ(

متوسط حجم

حفرات

(cm3/g)

متوسط قطر

حفرات

(nm)

BET (m2/g)

نانوذرات

13 3/37 70 P25

7/12 5/32 55 P25

(cycle 5)

8/10 3/44 46 P25/ β-CD

4/11 7/38 49 P25/ β-CD

(cycle 5)

تخریب نوري

)درصد(

β-CD

)گرم بر لیتر(

P25

) گرم بر لیتر( ردیف

8 - 5/0 1

34 - 1 2

31 - 2 3

21 - 3 4

17 - 4 5

15 05/0 1 6

57 1/0 1 7

55 2/0 1 8

53 3/0 1 9

49 4/0 1 10

تخریب نوري

) درصد(

غلظت

) گرم بر لیتر(

ردیف نانوذرات

34 1 P25 1

rutile 2 1 بدون واکنش

anatase 3 1 بدون واکنش

20 1 rutile/β-CD 4

کنشبدون وا 1 anatase/β-CD 5

Dow

nloa

ded

from

sjk

u.m

uk.a

c.ir

at 1

5:02

+03

30 o

n W

edne

sday

Jan

uary

20t

h 20

21


103سرور صفا


اثر دوز نانو نورکاتالیزگر

، با افزایش دوز نانو ذره از 2مطابق نتایج مندرج در جدول

g/L 5/0 بهg/L 1 بازده تخریب در طی مدت زمان یک

د و با افزایش دوز نانو کاتالیزگر به برابر ش 4یباً تقرساعت،

g/L 4 کاهش چشمگیري در بازده تخریب نوري ایجاد

g/Lباالترین بازده تخریب در دوز نانو ذره برابر با . شود یم

P25بهینه عنوان بهلذا این مقدار . مشاهده شده است 1

.انتخاب شد

اثر انتخاب نانو نورکاتالیزگر

هایی بر روي یشآزماتالیستی، براي انتخاب بهترین بستر کا

، فرم آناتاز P25اکسید تیتانیوم فرم نانو فتوکاتالیزگرهاي دي

. آبی انجام شد در محلول) g/L 1با مقدار (و فرم روتیل

عنوان بهکه از آناتاز و روتیل یهنگام، 3مطابق جدول

نورکاتالیزگر استفاده شد، هیچ بازده تخریب نوري در مدت

در مورد . در راکتور جریان ناپیوسته دیده نشدساعت 1زمان

نانو نورکاتالیزگر روتیل حتی با بهبود فعالیت نوري این نانو

نیز موفقیتی در تخریب نوري βCDنورکاتالیزگر توسط

-دي- 4و2و لیکن بازده تخریب نوري . حاصل نشد

-rutile/βبا نانو نورکاتالیزگر اسیدستیکاکلروفنوکسی

CD درصد بود که در 20جریان ناپیوسته حدود در راکتور

تحت شرایط مشابه واکنش، P25/β-CDیا P25مقایسه با

.بازده کمتري داشت

بر روي بستر نانو نورکاتالیزگر β-CDاثر مقدار اولیه

بر روي g/L 4/0 - 05/0با غلظت β-CDیر مقدار اولیه تأث

مورد 2 اسیدستیکاکلروفنوکسیدي- 4و2 تخریب نوري

بر طبق نتایج حاصله، با افزایش غلظت . بررسی قرار گرفت

β-CD ازg/L 05/0 بهg/L 1/0 بازده تخریب نوري

. برابر شد 4در حدود اسیدستیکاکلروفنوکسیدي- 4و2

هرچند با افزایش غلظت بیش از این مقدار، بازده تخریب

آمده، غلظت بهینه به دستنتایج بر اساس. نوري افت نمود

β-CD ،g/L 1/0 2جدول (تعیین شد.(

اثر حضور بتا سیکلودکسترین بر بهبود بازده تخریب نوري

اسیدستیکاکلروفنوکسیدي- 4و2

دکسترین بر فرآیند نتایج حاصل از بررسی حضور بتاسیکلو

در قالب اسید ستیکاکلروفنوکسیدي- 4و2تخریب نوري

ذشت نشان داد که پس از گ P25/β-CD سنتزي نانو ذرات

یک ساعت از فرآیند تخریب نوري، بازده تخریب با نانو

درصد بود که در شرایط 34حدود P25نورکاتالیزگر

درصد 57به P25/β-CDمشابه این بازده در حضور

).4جدول (افزایش یافت

و P25نانو فتوکاتالیزگرهاي با اسیدستیکاکلروفنوکسیدي-4و2مقایسه راندمان تخریب نوري .4جدول

P25/β-CD )راکتور با جریان ناپیوسته، نوع المپ :LED 20W 400nmساعت 1: ، زمان تابش(

تخریب نوري

(%)

غلظت

نورکاتالیزگر

(g/L)

ردیف نانوذرات

34 1 P25 1

57 1 P25/β-CD 2

Dow

nloa

ded

from

sjk

u.m

uk.a

c.ir

at 1

5:02

+03

30 o

n W

edne

sday

Jan

uary

20t

h 20

21




اثر زمان تماس

به طور 7یر مدت زمان تابش در شکل تأثنتایج حاصل از

مطابق شکل . دهدبازده تخریب را نشان می واضح ، افزایش

ساعت بازده تخریب نوري نانو 5مذکور طی مدت زمان

85و 81 ترتیب به P25/βCDو P25نورکاتالیزگرهاي

همچنین با افزایش مدت زمان تابش نور، افزایش . درصد بود

- اکلروفنوکسیدي- 4و2اي در بازده تخریب قابل مالحظه

- ستیک

ساعت به عنوان زمان 5لذا زمان تابش . حاصل نشد اسید

.بهینه براي هر دو نانو نورکاتالیزگر انتخاب گردید

P25/β-CDو ) mg 50( P25با نانو نورکاتالیزگر ) mg/L 20( اسیدستیکاکلروفنوکسیدي-4و2تخریب نوري .7شکل

)mg 55 (در راکتور نوري با جریان ناپیوسته )منبع تابش :LED نانومتر و شدت جذب 400وات، طول موج 20توان با

mW/cm 100(

- دي- 4و2اثر نوع راکتور نوري در فرآیند تخریب نوري

اسید ستیکاکلروفنوکسی

طی مدت زمان یک ساعت بازده تخریب 8مطابق شکل

در راکتور نوري اسیدستیکاکلروفنوکسیدي- 4و2نوري

-P25/βو P25 جریان پیوسته در حضور نانوکاتالیزگر

CD درصد بود و پس از گذشت 5/75و 63به ترتیب

ساعت از تابش نور به مخلوط واکنش این 5مدت زمان

سپس . درصد افزایش یافت 4/90و 8/88مقادیر به ترتیب به

اي در با افزایش مدت زمان تابش نور، افزایش قابل مالحظه

این در اسیدستیکاکلروفنوکسیدي- 4و2بازده تخریب

لذا براي راکتور نوري جریان پیوسته نیز . راکتور حاصل نشد

.زمان بهینه انتخاب گردید عنوان بهساعت 5مدت زمان

Dow

nloa

ded

from

sjk

u.m

uk.a

c.ir

at 1

5:02

+03

30 o

n W

edne

sday

Jan

uary

20t

h 20

21


105سرور صفا


-P25/βو ) mg 500( P25با نانو نورکاتالیزگر ) mg/L 20( اسیدستیکاکلروفنوکسیدي-4و2تخریب نوري .8شکل

CD )mg 550 (وستهدر راکتور نوري با جریان پی )مجموع : منبع تابشLED نانومتر و شدت جذب 365وات، طول موج 100ها با توان

mW/cm 100(

قابلیت استفاده مجدد نانو نورکاتالیزگر

- اکلروفنوکسیدي- 4و2در تخریب نوري P25/β-CDو P25قابلیت استفاده مجدد نانوکاتالیزگرهاي 9مطابق نتایج شکل

.آمد به دستدرصد 84و 6/82به ترتیب ) ساعت 5(جریان ناپیوسته طی مدت زمان بهینه در راکتور نوري اسیدستیک

- ستیکاکلروفنوکسیدي-4و2در تخریب نوري a (P25 ،)b (P25/β-CD(بازیافت و کارایی نورکاتالیزگري .9شکل

بعد از mW/cm 100ت جذب نانومتر با شد 400وات و طول موج 20با توان LEDهاي آبی با المپ در محلولاسید

دوره در راکتور نوري با جریان ناپیوسته 5

Dow

nloa

ded

from

sjk

u.m

uk.a

c.ir

at 1

5:02

+03

30 o

n W

edne

sday

Jan

uary

20t

h 20

21


...وري آفت کشتخریب ن 106


بحث

، P25@βCD نانو ذراتگیري براي بررسی شکل

محیط واکنش قبل و بعد از انجام pHتغییرات بازده

که طور همان. واکنش سنتز نوري مورد آزمایش قرار گرفت

-P25/βشود پس از سنتز نانو ذرات مشاهده می 3در شکل

CDگیري بازده ، با اندازهpH محلول به طور تجربی، به

انتظار . آمیز این نانو ذرات پی بردیمساخته شدن موفقیت

رود اتصال سیکلودکسترین به سطح تیتانیا در نتیجه می

ي هیدروکسیل آن با تیتانیاي برانگیخته ها گروهبرهمکنش

در. شده در سطح نورکاتالیزگر در اثر تابش خورشید باشد

تواند در نتیجه تشکیل پیوند ها میواقع این برهمکنش

کواالنسی، جذب فیزیکی و یا تشکیل پیوندهاي هیدروژنی

-این برهمکنش گروه. با سطح اکسید فلزي صورت پذیرد

هاي هیدروکسیل با سطح تیتانیا باعث جداشدن پروتون

هیدروکسیلی سیکلودکسترین شده و افزایش اسیدیته محیط

pHگیري بنابراین اندازه؛ )21(واهد داشترا در پی خ

ییدي مناسب براي برقراري این اتصال با سطح تأمحیط نیز

نتایج مشاهده شده مربوط به طیف. تیتانیا است

4در شکل ) TEM(میکروسکوپ الکترونی عبوري

نانو ذرات، حاکی از این مطلب است که در )د- الف(

تغییر سیکلودکسترین هیچ گونه - تیتانیاي تجاري و تیتانیا

از طرف دیگر مطابق . شکل و تفاوت ساختاري وجود ندارد

حتی پس از کاربرد نانو نورکاتالیزگر ) ج و د( 4نتایج شکل

P25 وP25/β-CD سیکل متوالی نیز تغییري در 5در

ساختار این نانو ذرات مشاهده نشد که نشان از پایداري

-کلروفنوکسیدي- 4و2در طی واکنش تخریب نوري ها آن

نانو ذراتاین نتایج با نتایج بررسی . استاسید ستیکا

از روش آنالیز . )22(مطابقت دارد P25/β-CDهیبریدي

ید اتصال و تائبه منظور ) TGA(وزن سنجی حرارتی

در . حضور سیکلودکسترین بر روي سطح تیتانیا استفاده شد

یک P25/β-CD ی حرارتی کاتالیزگروزن سنجآنالیز

25- 130کاهش وزن مربوط به حذف رطوبت در دماي بین

TGAهمچنین بررسی . درجه سلسیوس مشاهده شد

ی سیکلودکسترین را در حرارتتخریب P25/β-CDگونه

میزان . درجه سلسیوس نشان داد 350تا 220دماي حدود

کاهش وزن تقریبی سیکلودکسترین بر روي سطح تیتانیا

در این راستا، مطابق با . درصد محاسبه شد 3/13حدود

اطالعات موجود در زمینه افزایش جذب نور مرئی توسط

هاي ، بررسی)23(کسترینتیتانیاي اصالح شده با سیکلود

. انجام شد P25/β-CD الزم در مورد جذب نورکاتالیزگر

تفاوت اندکی در میزان جذب نور مرئی در 6براساس شکل

سبت به تیتانیاي تجاري قابل ن P25/β-CDمورد ترکیب

ناشی از احتماالًاین اندك تفاوت . مشاهده است

هاي هیدروکسیل سیکلودکسترین با هاي گروهبرهمکنش

هاي حاصل روي سطح تیتانیا با تابش نور مرئی خواهد حفره

که میزان طور همانبود؛ بنابراین پوشش سیکلودکسترینی

دهد، میزان توانایی یپراکندگی تیتانیا را در آب افزایش م

جذب نور مرئی را نیز نسبت به حالت بدون حضور

این افزایش هرچند . سیکلودکسترین افزایش خواهد داد

اندك در توانایی جذب نور مرئی، در نهایت به بهبود

آیی نورکاتالیزگري تیتانیا تجاري در تخریب نوري کار

حضور . منجر شداسید ستیکاکلروفنوکسیدي- 4و2

لودکسترین بر روي سطح تیتانیا در نتیجه تابش نور سیک

خورشید سبب کاهش مساحت سطح تیتانیاي تجاري خواهد

سنجی به منظور با این پیش فرض از آنالیز تخلخل. شد

P25هايگیري میزان تغییرات در مساحت سطح گونهاندازه

1هاي مربوطه در جدول داده. استفاده شد P25/β-CDو

-Brunauerروش بر اساست؛ همچنین خالصه شده اس

Emmett-Teller (BET) مساحت سطح ویژه ،

P25/β-CD )m2/g 46 ( بود که کمتر از مساحت سطح

P25/β-CDکاهش نسبی مساحت سطح . است P25ویژه

در مقایسه با تیتانیاي تجاري شاهدي بر حضور و اتصال

هرچند مساحت . سیکلودکسترین بر روي سطح تیتانیا است

سیکل متوالی تغییر 5پس از P25/β-CDح ویژه سط

دهنده عدم تغییر که نشان) m2/g 49(چشمگیري نداشت

.در ساختار فیزیکی این نانو ذرات است

Dow

nloa

ded

from

sjk

u.m

uk.a

c.ir

at 1

5:02

+03

30 o

n W

edne

sday

Jan

uary

20t

h 20

21


107سرور صفا


اثر مقدار نانو نورکاتالیزگر مصرفی

کش علفیر دوز نانو نورکاتالیزگر بر تخریب نوري تأث

مورد P25با مقدار اولیه اسید ستیکاکلروفنوکسیدي- 4و2

، مقدار 2مطابق نتایج حاصل از جدول . بررسی قرار گرفت

تعیین شد که متعاقب P25 ،g/L 1بهینه نانو نورکاتالیزگر

آن این مقدار نانو ذره در ساخت نانو نورکاتالیزگر با نسبت

که از نتایج مشخص شده است طور همان. انتخاب شد 1:1

د مشخصی تجاوز مقدار نانو نورکاتالیزگر از ح که یزمان

Achari. گذاردکند بر بازده تخریب نوري اثر معکوس می

گزارش دادند که در صورت افزایش ) 2013(و همکاران

، مقدار تابش نور در دسترس براي P25مقدار نانوکاتالیزگر

یابد و از طرفی افزایش مقدار یمتخریب نوري کاهش

بیده شده به نانوکاتالیزگر، سبب پراکندگی و انعکاس نور تا

گردد و بازدهی تخریب نوري را بشدت تحت آالینده می

.)12(دهدیر قرار میتأث

بر روي بستر نانو نورکاتالیزگر β-CDاثر مقدار اولیه

- دي- 4و2بر روي تخریب نوري β-CD یر مقدار اولیهتأث

مطابق . مورد بررسی قرار گرفتاسید ستیکاکلروفنوکسی

تعیین g/L 1/0غلظت بهینه بتاسیکلودکسترین، 2جدول

با افزایش غلظت بیش از این مقدار، بازده تخریب . گردید

این امر ممکن است به دلیل کاهش . نمایدنوري افت می

-ستیکاکلروفنوکسیدي- 4و2با آالینده P25سطح تماس

در . باشد β-CDگرفتگی سطح کاتالیست با به خاطراسید

) 2013(و همکاران Velusamyید این مطلب، تائ

برابر AY99به رنگ β-CDگزارشی مبنی بر نسبت بهینه

.)24(منتشر نمودند 1:1

اثر حضور بتاسیکلودکسترین بر تخریب نوري

- دي- 4و2حضور بتاسیکلودکسترین روند تخریب نوري

را بهبود بخشید و بازده تخریباسید ستیکاکلروفنوکسی

سایر بر اساس. ساعت افزایش یافت 5در مدت زمان

سبب P25، حضور بتاسیکلودکسترین بر روي ها گزارش

-کاهش می- افزایش بازده فرآیندهاي تخریب و اکسایش

به P25جذب بتا سیکلودکسترین بر روي . )24- 26(شود

به دست )27(نگمیرالیه با ایزوترم جذب الصورت تک

OHهاي طریق پیوند هماهنگ بین گروه آمده است که از

اکسید تیتانیوم و يدبتاسیکلودکسترین و اکسیژن موجود در

اکسید تیتانیوم قابل متعاقب آن افزایش فعالیت کاتالیستی دي

. )28(استاثبات

دهد که ي اخیر نشان میها سالارائه شده در ي ها گزارش

ي میزبان بر روي سطح تیتانیا منجر به ها مولکولاستفاده از

خواهد شد با تابش TiO2افزایش فعالیت نورکاتالیزگري

نیمه رساناي تیتانیا، نانو ذراتنور خورشید و برانگیخته شدن

. حفره بر روي سطح آن تشکیل خواهد شد- زوج الکترون

ي سیکلودکسترین منجر به جذب و در ها مولکول حضور

به صورت TiO2/β-CDترکیبی نانو ذراتنتیجه رشد

هاي بنابراین حضور حفره؛ گردداي مینانوفیبرهاي رشته

یز سیکلودکسترینی در این ساختار منفذ دار جایگاه گر آب

بسیار مناسبی براي ترکیبات آلی بوده و در نهایت سبب

اصالح . )29(هاي آلی در آب خواهد شدتخریب این گونه

TiO2 هاي بین گروهبا بتاسیکلودکسترین از طریق واکنش-

سبب TiO2هاي هیدروکسیل بتاسیکلودکسترین و

هاي آلی در نزدیک سطح نورکاتالیزگر قرارگیري ملکول

هاي آلی با شود که در نتیجه واکنش بین گروهمی

نورکاتالیزگر افزایش یافته و همچنین قابلیت بازتولید

و Zhangبررسی . )30(نورکاتالیزگري بهبود پیدا کند

یر تأثنشان داد که اصالح سیکلودکسترین )2009( همکاران

اکسید قابل توجهی در ساختار نانوکاتالیزگر فرم آناتاسِ دي

در TiO2/β-CDتیتانیوم داشت و شدت جذب نوري

لذا بتاسیکلودکسترین . به مراتب بهتر بود TiO2مقایسه با

برانگیخته شده توسط TiO2ال بار را از تواند بازده انتقمی

. )27(نور به ملکول مهمان پذیرنده الکترون افزایش دهد

Deng نیز افزایش فعالیت )2004( همکارانو

را پس از اصالح با TiO2نورکاتالیزگري

. ید نمودندتائیتاسیکلودکسترین، در کلرزدایی محلول رنگ

ادعا کردند که بتاسیکلودکسترین با تشکیل پیوند روي ها آن

- یل کمپلکس، سبب واکنش بین آنیونو تشک TiO2سطح

هاي شده و تحت تابش نور گونه TiO2هاي رنگ با سطح

.)31(شوندتشکیل می TiO2فعال از

Dow

nloa

ded

from

sjk

u.m

uk.a

c.ir

at 1

5:02

+03

30 o

n W

edne

sday

Jan

uary

20t

h 20

21


...وري آفت کشتخریب ن 108


اثر زمان تماس

-دي- 4و2 کش علفخریب یر زمان تماس بر بازده تتأث

با استفاده از نانو نورکاتالیزگرهاي اسید ستیکاکلروفنوکسی

P25 وP25/βCD در راکتور جریان ناپیوسته مورد

. آمده است 7بررسی قرار گرفت که نتایج آن در شکل

بازده تخریب نوري با افزایش زمان تابش، افزایش کمتري

امر به دلیل حضور نسبت به ساعات اولیه واکنش دارد و این

- 4و2محصوالت واسطه طی مدت زمان تخریب و تبدیل

به این محصوالت واسطه اسیدستیکاکلروفنوکسیدي

با افزایش زمان تابش، رقابتی بین واکنشگر و لذا. است

طور همان. افتدمحصوالت واسطه براي تخریب اتفاق می

-دي- 4و2مشخص است بازده تخریب نوري 7که در شکل

در راکتور جریان ناپیوسته طی اسیدستیکاوفنوکسیکلر

مدت زمان یک ساعت در حضور نانو نورکاتالیزگرهاي

P25 وP25/βCD 2/57و 2/34به ترتیب در حدود

ساعت از 5که با طی مدت زمان درصد بوده در حالی

3/85و 2/81ي و بازده هر یک به ترتیب به ور بهرهواکنش،

شود نانو که مشاهده می طور همان. ستدرصد افزایش یافته ا

نورکاتالیزگرهاي مذکور در یک ساعت اول سرعت

تخریب باالتري نسبت به ساعات بعدي داشتند که ممکن

تبدیل آهسته کلرهاي - 1: است ناشی از عوامل زیر باشد

غیرفعال - 2 ماده آلی به ترکیبات کلردار اکسید شده معدنی

اتالیزگر بر اثر رسوب زیاد هاي فعال نانو نورکشدن مکان

...محصوالت جانبی مانند کربن و

- 4و2کش یب نوري علفدر تخراثر نوع راکتور نوري

اسیدستیکاکلروفنوکسیدي

هاي تخریب نوري از مقیاس به منظور ارتقا سیستم

آزمایشگاهی به مقیاس صنعتی، استفاده از راکتورهاي نوري

در این . گیردیش قرار میجریان پیوسته مورد بررسی و آزما

-دي- 4و2مطالعه، اثر نوع راکتور در بازده تخریب نوري

از طریق مقایسه راکتور جریان اسید ستیکاکلروفنوکسی

مطابق نتایج . ناپیوسته و راکتور جریان پیوسته صورت گرفت

- اکلروفنوکسیدي- 4و2آمده از تخریب نوري به دست

بازده تخریب نوري در در هر دو راکتور نوري، اسیدستیک

نسبت به راکتور جریان ) 8شکل (راکتور جریان پیوسته

به نتایج . دهدمیزان افزایشی نشان می) 7شکل (ناپیوسته

یر راکتور نوري با جریان پیوسته در حذف تأثآمده از دست

.)32- 35(ها با مطالعات دیگر همخوانی داردآالینده

قابلیت استفاده مجدد از نانو نورکاتالیزگر

یکی از موارد بسیار حیاتی در فرآیندهاي نورکاتالیزگري

در حین فرایندهاي نانو موادبررسی بازده پایداري و کارایی

یه بر پا. )36- 38(نوري کاتالیزگرهاي بازیافت شده است

نور يندهاآیعوامل در فر ینتر مهممی سبز، اصول شی

نانو يداریو پا يزوریاند از بهبود کاتال عبارت کاتالیزگري

یآب يها در محلول یآل هاي یندهآال در زمان تخریبذرات

موضوع، عملکرد نیمطالعه ا يبرا. دوره تابش انیدر پا

P25/β-CDو ) الف 9شکل ( P25 نورکاتالیزگري

پس . دوره مورد بررسی قرار گرفت 5پس از ) ب 9شکل (

-دي- 4و2سیکل، بازده تخریب نوري 5از پایان مدت زمان

براي این دو نانو نورکاتالیزگر به اسیدستیکاکلروفنوکسی

بازده ی درکاهش جزئ. درصد بود 84و 6/82ترتیب

یبخش رفتناز دست لینانو ذرات به دلنورکاتالیزگري این

. )39(است تخریب نوري ندیفرآ انیردر ج نورکاتالیزگراز

یند همچنین تخریب سیکلودکسترین در طول فرآ

تواند عامل نیز می LEDنورکاتالیزگري تحت تابش

دیگري از کاهش بازده تخریب نوري در مرحله پنجم

فعالیت نورکاتالیزگري دهندهنشان جینتا نیا .بازیافت باشد

.نانو ذرات پس از پنج دوره، است نیخوب ا

گیرينتیجه

کلروفنوکسی استیک دي - 4و2کش تخریب نوري علف

کتور نوري جریان ناپیوسته تحت شرایط بهینه اسید در را

20توان LED، المپ g/L 1مقدار کاتالیست مصرفی

ساعت با 5نانومتر، مدت زمان تابش 400وات و طول موج

داراي P25/β-CDو P25حضور نانو نورکاتالیزگرهاي

درصد بود که نتایج نشان 85و 81بازده تخریب به ترتیب

سبب افزایش P25ترین بر روي داد حضور بتاسیکلودکس

Dow

nloa

ded

from

sjk

u.m

uk.a

c.ir

at 1

5:02

+03

30 o

n W

edne

sday

Jan

uary

20t

h 20

21


109سرور صفا


. اکسید تیتانیوم گردیده استفعالیت نورکاتالیزگري دي

همچنین بازده تخریب نوري این آالینده در راکتور نوري

و P25جریان پیوسته با حضور نانو نورکاتالیزگرهاي

P25/β-CD 8/88ساعت به ترتیب 5در مدت زمان ،

-دي- 4و2 لذا تخریب نوري. آمد به دستدرصد 4/90

در راکتور نوري جریان پیوسته در اسیدستیکاکلروفنوکسی

شرایط مشابه واکنش، بازده باالتري نسبت به راکتور نوري

قابلیت استفاده مجدد این نانو . جریان ناپیوسته نشان داد

بار 5نورکاتالیزگرها بررسی شد و نتایج نشان داد که پس از

نوري همچنان بازده استفاده متوالی در فرآیند تخریب

تخریب باالیی دارند که نشان از عملکرد مناسب این نانو

جهت کاربردي نمودن نتایج حاصل از . نورکاتالیزگرها دارد

این مطالعه، کاربرد این نانو نورکاتالیزگرها و نیز سایر

ها در بررسی بازده تخریب نوري بر روي نمونه کاتالیست

مذکور کش علفده به واقعی آب یا زهاب کشاورزي آلو

.تواند مفید باشدمی

تشکر و قدردانی

هاي مادي و معنوي کمیته تحقیقات این مطالعه با حمایت

دانشجویی دانشگاه علوم پزشکی شهید صدوقی یزد انجام

وسیله ینبددانند لذا نویسندگان الزم می. گردیده است

و مراتب قدردانی و سپاسگزاري خود را از معاونت پژوهشی

.سرپرست کمیته تحقیقات اعالم نمایند

منابع

1. Khaniabadi YO, Basiri H, Nourmoradi H, Mohammadi MJ, Yari AR, Sadeghi S, et al. Adsorption

of congo red dye from aqueous solutions by montmorillonite as a low-cost adsorbent. INT J

CHEM REACT ENG. 2017;16(1).

2. Madsen JD. Analysis of 2, 4-D and Endothall Residues from Michigan Drinking Water Wells.

2015.

3. Han D, Jia W, Liang H. Selective removal of 2, 4-dichlorophenoxyacetic acid from water by

molecularly-imprinted amino-functionalized silica gel sorbent. J Environ Sci (China).

2010;22(2):237-41.

4. Tang L, Zhang S, Zeng G-M, Zhang Y, Yang G-D, Chen J, et al. Rapid adsorption of 2, 4-

dichlorophenoxyacetic acid by iron oxide nanoparticles-doped carboxylic ordered mesoporous

carbon. J Colloid Interface Sci. 2015;445:1-8.

5. Tang Y, Luo S, Teng Y, Liu C, Xu X, Zhang X, et al. Efficient removal of herbicide 2, 4-

dichlorophenoxyacetic acid from water using Ag/reduced graphene oxide co-decorated TiO2

nanotube arrays. J Hazard Mater. 2012;241:323-30.

6. Tang Y, Zhang G, Liu C, Luo S, Xu X, Chen L, et al. Magnetic TiO2-graphene composite as a

high-performance and recyclable platform for efficient photocatalytic removal of herbicides from

water. J Hazard Mater. 2013;252:115-122.

7. Han C, Yang M-Q, Weng B, Xu Y-J. Improving the photocatalytic activity and anti-

photocorrosion of semiconductor ZnO by coupling with versatile carbon. Phys Chem Chem Phys.

2014;16(32):16891-903.

8. Zhang N, Zhang Y, Yang M-Q, Xu Y-J. Progress on graphene-based composite photocatalysts for

selective organic synthesis. Curr Org Chem 2013;17(21):2503-15.

9. Gholami M, Farzadkia M, Zandsalimi Y, Sadeghi S, Abouee Mehrizi E. Efficacy of Cr doped ZnO

nanoparticles in removal of reactive black 5 dye from aqueous solutions in presence of solar

radiation. J Mazandaran Univ Med Sci 2016; 26: 59-69.

Dow

nloa

ded

from

sjk

u.m

uk.a

c.ir

at 1

5:02

+03

30 o

n W

edne

sday

Jan

uary

20t

h 20

21


...کشتخریب نوري آفت 110


10. Zandsalimi Y, Sadeghi S, Reshadmanesh N, Gharamani E. Efficacy of photocatalytic removal of

Chromium in the presence of organic matter from aqueous medium by useing TiO2 nanoparticles

synthesized by sol gel. Sci J Kurdistan Univ Med Sci. 2018 22(6):84-95.

11. Ren L, Qi X, Liu Y, Huang Z, Wei X, Li J, et al. Upconversion-P25-graphene composite as an

advanced sunlight driven photocatalytic hybrid material. J Mater Chem. 2012;22(23):11765-71.

12. Yu L, Achari G, Langford CH. LED-based photocatalytic treatment of pesticides and

chlorophenols. J Environ Eng (New York). 2013;139(9):1146-51.

13. Djaoued Y, Brüning R, Bersani D, Lottici P, Badilescu S. Sol–gel nanocrystalline brookite-rich

titania films. Mater Lett. 2004;58(21):2618-22.

14. Ohno T, Sarukawa K, Tokieda K, Matsumura M. Morphology of a TiO2 photocatalyst (Degussa,

P-25) consisting of anatase and rutile crystalline phases. J Catal. 2001;203(1):82-6.

15. Song X, Li Y, Wei Z, Ye S, Dionysiou DD. Synthesis of BiVO4/P25 composites for the

photocatalytic degradation of ethylene under visible light. Chem Eng J. 2017;314:443-52.

16. Gao Y, Li S, Li Y, Yao L, Zhang H. Accelerated photocatalytic degradation of organic pollutant

over metal-organic framework MIL-53 (Fe) under visible LED light mediated by persulfate. Appl

Catal B. 2017;202:165-74.

17.Hossieni S, Sadeghi S, Saghi MH, Ghadiri SK. Evaluation of photocatalytic process using

GO/ZnO nanocomposites under LED irradiation for removal of Endocrine Disrupting Chemicals

(EDCs) from aqueous solutions. Sci J Kurdistan Univ Med Sci. 2019;24(4):1-9.

18. Natarajan K, Bajaj HC, Tayade RJ. Photocatalytic efficiency of bismuth oxyhalide (Br, Cl and I)

nanoplates for RhB dye degradation under LED irradiation. J Ind Eng Chem. 2016;34:146-56.

19. Tayade RJ, Natarajan TS, Bajaj HC. Photocatalytic degradation of methylene blue dye using

ultraviolet light emitting diodes. Ind Eng Chem Res. 2009;48(23):10262-267.

20. Freitag M, Galoppini E. Molecular host–guest complexes: Shielding of guests on semiconductor

surfaces. Energy Environ Sci. 2011;4(7):2482-94.

21. Lannoy A, Kania N, Bleta R, Fourmentin S, Machut-Binkowski C, Monflier E, et al.

Photocatalysis of Volatile Organic Compounds in water: Towards a deeper understanding of the

role of cyclodextrins in the photodegradation of toluene over titanium dioxide.

J Colloid Interface Sci. 2016;461:317-25.

22. Chen X, Liu D, Wu Z, Cravotto G, Wu Z, Ye B-C. Microwave-assisted rapid synthesis of Ag-β-

cyclodextrin/TiO2/AC with exposed {001} facets for highly efficient naphthalene degradation

under visible light. Catal Commun. 2018;104:96-100.

23. Du M-H, Feng J, Zhang S. Photo-oxidation of polyhydroxyl molecules on TiO2 surfaces: From

hole scavenging to light-induced self-assembly of TiO2-cyclodextrin wires. Phys Rev Lett.

2007;98(6):066102.

24. Velusamy P, Pitchaimuthu S, Rajalakshmi S, Kannan N. Modification of the photocatalytic

activity of TiO2 by β-cyclodextrin in decoloration of ethyl violet dye. J Adv Res. 2014;5(1):19-25.

25. Zhang X, Wu F, Deng N. Efficient photodegradation of dyes using light-induced self assembly

TiO2/β-cyclodextrin hybrid nanoparticles under visible light irradiation. J Hazard Mater.

2011;185(1):117-23.

26. Deljoo S, Rabiee N, Rabiee M. Curcumin-hybrid nanoparticles in drug delivery system. Asian j

nanosci mater. 2019;2(1):66-91.

27. Zhang X, Wu F, Wang Z, Guo Y, Deng N. Photocatalytic degradation of 4, 4′-biphenol in TiO2

suspension in the presence of cyclodextrins: a trinity integrated mechanism. J Mol Catal A Chem.

2009;301(1-2):134-9.

Dow

nloa

ded

from

sjk

u.m

uk.a

c.ir

at 1

5:02

+03

30 o

n W

edne

sday

Jan

uary

20t

h 20

21


111سرور صفا


28. Meksi M, Kochkar H. Penicillin G Adsorption Isotherms and Kinetic Studies Using TiO2

Nanotubes Free and Modified with β-Cyclodextrin. Chem Lett. 2015;44(10):1289-91.

29. Sherje AP, Dravyakar BR, Kadam D, Jadhav M. Cyclodextrin-based nanosponges :a critical

review. Carbohydr Polym. 2017;173:37-49.

30. Mohammadi A, Mousavi SH. Enhanced Photocatalytic Performance of TiO2 by β-Cyclodextrin

for the Degradation of Organic Dyes. Water Environ Nanotechnol. 2018;3(3):254-64.

31. Lu P, Wu F, Deng N. Enhancement of TiO2 photocatalytic redox ability by β-cyclodextrin in

suspended solutions. Appl Catal B. 2004;53(2):87-93.

32. Gao W, Zhang X, Su X, Wang F, Liu Z, Liu B, et al. Construction of bimetallic Pd-Ag enhanced

AgBr/TiO2 hierarchical nanostructured photocatalytic hybrid capillary tubes and devices for

continuous photocatalytic degradation of VOCs. Chem Eng J. 2018;346:77-84.

33. Pajootan E, Rahimdokht M, Arami M. Carbon and CNT fabricated carbon substrates for TiO2

nanoparticles immobilization with industrial perspective of continuous photocatalytic elimination

of dye molecules. J Ind Eng Chem. 2017;55:149-63.

34. Petala A, Spyrou D, Frontistis Z, Mantzavinos D, Kondarides DI. Immobilized Ag3PO4

photocatalyst for micro-pollutants removal in a continuous flow annular photoreactor.

Catal Today. 2019;328:223-9.

35. Sacco O, Sannino D, Vaiano V. Packed bed photoreactor for the removal of water pollutants

using visible light emitting diodes. Appl Sci (Basel). 2019;9(3):472.

36. Li J, Ren Y, Ji F, Lai B. Heterogeneous catalytic oxidation for the degradation of p-nitrophenol in

aqueous solution by persulfate activated with CuFe2O4 magnetic nano-particles. Chem Eng J.

2017;324:63-73.

37. Zhang W, Li G, Wang W, Qin Y, An T, Xiao X, et al. Enhanced photocatalytic mechanism of

Ag3PO4 nano-sheets using MS2 (M= Mo, W)/rGO hybrids as co-catalysts for 4-nitrophenol

degradation in water. Appl Catal B. 2018;232:11-8.

38. Luo R, Liu C, Li J, Wang J, Hu X, Sun X, et al. Nanostructured CoP: An efficient catalyst for

degradation of organic pollutants by activating peroxymonosulfate. J Hazard Mater. 2017;329:92-

101.

39. Teixeira S, Martins P, Lanceros-Méndez S, Kühn K, Cuniberti G. Reusability of photocatalytic

TiO2 and ZnO nanoparticles immobilized in poly (vinylidene difluoride)-co-trifluoroethylene.

Appl Surf Sci. 2016;384:497-504.

Dow

nloa

ded

from

sjk

u.m

uk.a

c.ir

at 1

5:02

+03

30 o

n W

edne

sday

Jan

uary

20t

h 20

21


sjku.muk.ac.irsjku.muk.ac.ir/article-1-4794-fa.pdf · /' 0 12 3 4 4 4 3 '#$ 1 5&$ $ ' 67)("("1 84 4...

Documents

Transcript of sjku.muk.ac.irsjku.muk.ac.ir/article-1-4794-fa.pdf · /' 0 12 3 4 4 4 3 '#$ 1 5&$ $ ' 67)("("1 84 4...