نشریه محیط زیست طبیعی

بررسی وبهینه سازی حذف آلاینده کشاورزی پارکوات(گراماکسون) با استفاده از نانوفتوکاتالیست بهبود یافتهTiO2/La,S

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 آزمایشگاه پژوهشی فرآیندهای جداسازی

2 آزمایشگاه پژوهشی فرآیندهای جداسازی (SPRG) دانشگاه کاشان

3 دانشکده مهندسی شیمی و نفت، دانشگاه صنعتی شریف

4 استادیار دانشکده گیاه پزشکی پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران

چکیده

افزایش روزافزون پساب‌های کشاورزی به‌خصوص آفت‌کش‌ها در روان آب‌ها، آب‌های سطحی و زیر سطحی و ایجاد خطرات زیست‌محیطی ناشی از این آلاینده‌ها سبب گردیده است که حذف آن‌ها از پساب‌های صنعتی، شهری و روستایی از اهمیت ویژه‌ای برخوردار گردد. وجود آفت‌کش‌ها در پساب‌ها و مخاطرات زیست‌محیطی ناشی از آن، نگرانی‌های عمیقی را درباره سلامت عمومی ایجاد کرده است. پاراکوات (از جمله پرمصرف‌ترین علف‌کش‌ها در ایران و جهان می‌باشد که به‌دلیل فعالیت‌های انسانی، به‌طور پیوسته مقدار آن در آب در حال افزایش می‌باشد. از عوارض عمده این آلاینده، بیماری پارکینگسون می‌باشد. در سال‌های اخیر، استفاده از فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته، بر پایه تولید گونه‌های اکسنده قوی جهت حذف کامل این ترکیبات پیچیده و خطرناک، بسیار مورد توجه قرار گرفته است. در میان روش‌های اکسیداسیون پیشرفته، فرایندهای فتوکاتالیستی کارایی بالایی در تخریب انواع مواد آلی به مواد زیست‌تخریب‌پذیر، کربن‌دی‌اکسید و آب دارند. در این تحقیق، ابتدا به بررسی دقیق فرایند فتوکاتالیستی پرداخته و سپس با استفاده از نانوفتوکاتالیست اکسید تیتانیوم (TiO2 )بهینه‌شده با لانتانید و گوگرد، اقدام به حذف آلاینده خطرناک کشاورزی پارکوات (گراماکسون) تحت تابش نور مرئی گردید. همچنین اثر پارامترهای عملیاتی شامل میزان نانوفتوکاتالیست، مقدار پراکسیدهیدروژن و حجم آلاینده بر روی بازدهی حذف فتوکاتالیستی مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان می‌دهد که با به‌کارگیری مقدار 1/0 گرم نانوفتوکاتالیست و دو میلی‌لیتر پراکسیدهیدروژن در 50 میلی‌لیتر آلاینده، می‌توان 8/71درصد از آلاینده گراماکسون را طی مدت چهار ساعت تحت تابش نور مرئی، تجزیه کرد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Investigation and Optimization of Removal of Agricultural Pollutant (Paraquat) using Modified TiO2/La,S Photocatalyst

نویسندگان [English]

  • S. Mohammad Esmaeil Zakeri 1
  • Morteza Asghari 2
  • Manuchehr Vosughi 3
  • Ghodratollah Sabahi 4

1

2 Separation Processes Research Group - SPRG

3

4

چکیده [English]

Increasing agricultural waste especially pesticides in runoff, water surface and subsurface as well as environmental risks posed by these contaminants has led to its removal from industrial effluents, urban and rural waste water are particular importance. Occurrence of pesticides in wastewater and environmental hazards resulting from its, has created deep concerns about the public health. Paraquat is the most widely used herbicides in Iran and the world. Due to human activities, constant amount of this herbicide is being increasing in the water. Parkinson's disease is the major effect of this pollutant. In recent years, the use of advanced oxidation processes on the basis of strong oxidizing species has received much attention In order to completely remove the dangerous and complex compounds. Among the advanced oxidation methods, Photocatalytic processes have high efficiency in the degradation of various organic materials to biodegradable matter, carbon dioxide and water. In this study, first, the process of photocatalytic has been reviewed. Then, the degradation of paraquat under the visible light in the presence of La,S-TiO2 synthesized Nanophotocatalyst were done. Moreover, for the first time, the effect of operating parameters, including the catalyst dose, H2O2 amount and volume of contamination on the photocatalytic removal efficiency were investigated and evaluated. The results show that the use of H2O2 of 2mL, catalytic dose of 100 mg and volume of contamination of 50 mL, 71.8 % of the Paraquat “Gramoxone” was removed over four hours under visible light irradiation. Furthermore, the results show that the modified synthesized photocatalysis (La,S-TiO2) has much higher photocatalytic activity than undoped TiO2 for the degradation of paraquat at the optimum point.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nanophotocatalyst
  • pesticides
  • Paraquat
  • Visible light
  • hydrogen peroxide
Ahmed, S., Rasul, M.G., Brown, R., Hashib, M.A., 2011.Influence of parameters on the heterogeneous photocatalytic degradation of pesticides and phenolic contaminants in wastewater: A short review. Journal of Environmental Management 92, 311-30
Ahmed, S., Rasul, M.G., Martens, W.N., Brown, R., Hashib, M.A., 2010.Heterogeneous photocatalytic degradation of phenols in wastewater: A review on current status and developments. Desalination 261, 3-18
Bidaye, P.P., Khushalani, D., Fernandes, J. B., 2010.A simple method for synthesis of S-doped TiO2 of high photocatalytic activity. Catal. Lett 134, 169-174
Chinnamuthu, C.R.,MurugesaBoopathi, P., 2009.Nanotechnology and Agroecosystem. Madras AgriculturalJournal 96,17-31
Chong, M.N., Jin, B., Chow, C.W.K., Saint, C., 2010.Recent developments in photocatalytic water treatment technology: A review. Water Research 44, 2997-3027
Esplugas, S.,Giménez,J., Contreras, S., Pascual, E., Rodríguez, M., 2002.Comparison of different advanced oxidation processes for phenol degradation. Water Res36, 1034–1042
Fujishima, A., Zhang, X.,Tryk, D., 2008. TiO2photocatalysis and related surface phenomena.Surface Science Reports 63, 515 – 582
Herman, J.M.,1999. Water treatment by heterogeneous photo-catalysis. In: Janssen FJJG(Eds.), van Santen RA, editors, Environmental catalysis, London: Imperial College Press, p. 171–193
Leite, M.P., dos Reis, L.G.T., Robaina, N.F., Pacheco, W.F., Cassella, R.J., 2013.Adsorption of paraquat from aqueous medium by Amberlite XAD-2 and XAD-4 resins using dodecylsulfate as counter ion. Chemical Engineering Journal 215, 691-698
Mitoraj, D., Beranek,R.,Kisch, H., 2010. Mechanism of aerobic visible light formic acid oxidation catalyzed by poly(tri-s-triazine) modified titania. Photochem. Photobiol 9, 31
Monteagudo, J.M., Carmona M., Durán A., 2005, Photo-Fenton-assisted ozonation of p-Coumaric acid in aqueous solution. Chemosphere 60, 1103-1110
Padmanabhan, P.V.A., Sreekumar, K.P., Thiyagarajan, T.K., Satpute, R.U., Bhanumurthy, K., Sengupta, P., Dey, G.K., Warrier, K.G.K., 2006. Nano-crystalline titanium dioxide formed by reactive plasma synthesis .Vacuum 80,11
Pera-Titus, M., Garcı´a-Molina, V., Ban˜os, M.A., Gime´nez, J.,Esplugas, S., 2004. Degradation of chlorophenols by means of advanced oxidation processes: a general review. Appl. Catal. B:Environ 47, 219
So, C.M., Cheng, M.Y., Yu, J.C., Wong, P.K., 2002.Degradation of azo dye Procion Red MX-5B by photocatalytic oxidation. Chemosphere 46, 905-12
Sun, J.H., Shi, S.H., Lee, Y.F., Sun, S.P., 2009.Fenton oxidative decolorization of the azo dye Direct Blue 15 in aqueous solution. Chemical Engineering Journal 155, 680-3
TalebiJahromi,K., 2012. pesticides Toxicology,University. Press,Tehran,579 p, in Persian
Tizaoui, C., Mezughi, K., Bickley, R., 2011.Heterogeneous photocatalytic removal of the herbicide clopyralid and its comparison with UV/H2O2 and ozone oxidation techniques. Desalination 273, 197-204
Zakeri, S.M.E., Asghari, M., Feilizadeh, M., Vossoughi, M., 2014. AVisible Light Driven Doped TiO2 Nanophotocatalyst: Preparation and Characterization. International Journal of Nano Dimension (IJND) 5(4) 329-335
Zaleska, A., 2008. Doped-TiO2: A Review.Recent Patents on Engineering 2, 157-164
Zhao, N.M., Yao, M., Li, F., Lou, F. P., 2011. Microstructures and photocatalytic properties of Ag+ and La3+ surface codoped TiO2 films prepared by sol–gel method. J. Sol. Stat. Chem184, 2770–2775
نشریه محیط زیست طبیعی
دوره 71، شماره 1
خرداد 1397
صفحه 53-64