بهینه سازی تجزیه فتوکاتالیستی رنگ رودامین بی با استفاده از نانوکامپوزیت کربن نیترید گرافیتی در نور مرئی و تحلیل اعتبارسنجی تجربی آن با بررسی سینتیک درشرایط بهینه

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه آلودگی های محیط زیست، دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران

2 پژوهشکده علوم محیطی، دانشگاه شهید بهشتی

3 گروه محیط‌زیست، دانشکده منابع طبیعی و محیط‌زیست، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران.

چکیده

رشد صنایع و به دنبال آن افزایش منابع آلاینده به ویژه پساب رنگی آلی ناشی از صنایع نساجی، داروسازی و غیره باعث ایجاد تغییرات نامطلوب آنتروپوژنیک بر منابع آبی شده است. بهره‌گیری از فتوکاتالیست‌ها به عنوان مطلوب‌ترین راهکار جهت پالایش این آلاینده‌ها مطرح می‌شوند. در این مقاله، نانوفتوکاتالیست (CNMS) از طریق تثبیت نانوذره کربن نیترید گرافیتی (CNNP) طی فرآیند هیدروترمال بر روی بستر ارگانوسیلیکای مزوحفره تناوبی (PMO) سنتز شد و مطالعه کارایی آن در تجزیه فتوکاتالیستی رنگ رودامین بی (RhB) در فتوراکتور نور مرئی LED با تفکیک رنگ RGBW صورت پذیرفت. شباهت ویژگی‌های ساختاری و نوری CNMS با CNNP و PMO در نتایج آنالیز XRD و SAXRD، FTIR و DRS نشان می‌دهد که ساختار و چهارچوب CNMS حفظ شده و متاثر از هر دو پیش‌ماده بوده است. بهینه‌سازی پارامترهای موثر بر کارایی فتوکاتالیست در آنالیز پاسخ سطحی (RSM) با روش باکس-بنکن (BBD) در سه متغیر زمان، دوز فتوکاتالیست و طول موج نور انجام شد. براساس نتایج ANOVA، دقت و اعتبار مدل برازش شده درجه دوم (quadratic) با بالا بودن F-value و تمامی ضرایب همبستگی، معنی‌داری پارامتر p-value، کوچک‌بودن %C.V. و عدم خود‌همبستگی براساس نتایج آزمون D-W تایید شد. متغیر طول موج (C) و متغیر تعاملی طول موج و دوز (BC) بیشترین تاثیر را در کارایی تجزیه فتوکاتالیستی دارند. در نهایت با تحلیل سینتیک در شرایط بهینه، مقدار تجربی حذف برابر با 04/90 محاسبه گردید که با مقدار پیش‌بینی‌شده برابر با 20/92 درصد مطابقت داشته و در محدوده پیش‌بینی (PI 95%) قرار گرفته است و بدین صورت اعتبار مدل تایید می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Optimization of photocatalytic degradation of rhodamine B dye using graphite carbon nitride nanocomposite in visible light and analyzing its experimental validation in kinetics under optimal conditions

نویسندگان [English]

  • Ahmadreza Zeynali 1
  • Afsaneh Shahbazi 2
  • Alireza Pourkhabbaz 3
1 Ph.D. student of Environmental pollution, Faculty of Environmental and Natural Resources, University of Birjand, Birjand, Iran
2 Associate Professor of Environmental Pollution, Environmental Sciences Research Institute, Shahid Beheshti University, 1983969411, Tehran, Iran
3 Associate Professor of Environmental, Faculty of Environmental and Natural Resources, University of Birjand, Birjand, Iran
چکیده [English]

The growth of industries has led to an increase in pollutant sources, especially organic dyes wastewater from the textile, pharmaceutical, etc. industries have caused an adverse anthropogenic effects in water resources. Photocatalysis is considered the most desirable solution to treat these pollutions. In this paper, nanophotocatalyst (CNMS) was synthesized by stabilization of graphitic carbon nitride nanoparticles (CNNP) during the hydrothermal process on periodic mesoporous organosilica (PMO) based and its efficiency studied in photocatalytic degradation of rhodamine B(RhB) under RGBW LED photoreactor. The similarity of structural and optical properties of CNMS with BCN and PMO in the results of XRD, SAXRD, FTIR, and DRS analysis showed that the structure and framework of CNMS have been preserved and have been affected by both precursors. Optimization of parameters affecting photocatalyst activity was performed in surface response analysis (RSM) and by Box-Benken (BBD) model in three variables of time, photocatalyst dosage and light wavelength. According to ANOVA results, accuracy and validity of the quadratic model were accepted with high F-value and all correlation coefficients, the significance of p-value parameter, small% C.V. And lack of autocorrelation on D-W test results. The wavelength variable (C) and the interaction wavelength and dosage (BC) variable have the most significant impact on photocatalytic degradation. Finally, by kinetic analysis under optimal conditions, the experimental degradation value was calculated to be 90.04, which corresponds to the predicted value of 92.20% and is within the predicted interval (PI 95%), thus confirming the model’s validity.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nanophotocatalyst
  • graphitic carbon nitride
  • periodic mesoporous organosilicas
  • RSM optimization
  • Rhodamine B