در اين پژوهش، الكترود نانو کامپوزیتی Ti/SnO2-MWCNTs با روش لايه نشاني الكتروفورتيك (EPD) تهيه شد. مورفولوژي، ساختار كريستالي و فاز‌هاي شيميايي سطح الكترود با استفاده از تکنیک‌های ميكروسكوپ الكتروني روبشي (FESEM)، ميكروسكوپ الكتروني عبوري (TEM) و پراش اشعه ايكس (XRD) موردبررسی قرار گرفت. همچنين خواص الكتروشيميايي و توانايي الكترود با روش‌هاي ولتامتري چرخه‌اي (CV)، اسپكتروسكوپي امپدانس الكتروشيميايي (EIS) وكرونوامپرومتري (CA) شناسايي شد. فرايند اكسيداسيون پيشرفته الكتروشيميايي بر پايه الكترود نانو‌كامپوزيتي Ti/SnO2-MWCNTs به عنوان آند با استفاده از روش پاسخ سطح (RSM)، شامل طراحي مرکب مركزي پنج سطحي (CCD) بررسي شد. pH اوليه، دانسيته جريان، غلظت الکترولیت و زمان واكنش به عنوان متغير‌هاي مستقل در طراحي مرکب مركزي انتخاب شدند و بازده حذف سيپروفلوكساسين به عنوان تابع پاسخ در نظر گرفته شد. در شرايط بهينه، بالاترين بازده حذف آنتي بيوتيك سيپروفلوكساسين 89% است كه بعد از 90 دقيقه به دست آمد. می توانید این تحقیق رشته شیمی را به صورت فایل word دانلود نمایید.
مقدمه
آلودگي آب توسط آلاينده‌هاي آلي ناشي از فعاليت‌هاي صنعتي، كشاورزيشته و انساني، يكي از نگراني‌هاي اصلي جوامع امروزي به شمار مي‌رود. اكثر اين تركيبات در برابر فرايند‌هاي بيولوژيكي و شيميايي مقاوم هستند. وجود اين تركيبات در محيط زيست و منابع آبي سبب به خطر افتادن سلامتي موجودات زنده به ويژه انسان‌ها مي‌گردد. بنابراين تصفيه آب و پساب امري مهم و ضروري است. روش‌هاي متعددي براي تصفيه آب وجود دارد كه از ميان آنها روش اكسيداسيون پيشرفته الكتروشيميايي به دليل مزايايي چون بازده بالا، سازگاري با محيط زيست، آسان و ايمن بودن بسيار مورد توجه است. بازده حذف آلاينده‌ها در فرايند اكسيداسيون پيشرفته الكتروشيميايي به شدت به نوع آند و پوشش آن بستگي دارد. بنابراين تهیه آند‌هايي با فعاليت كاتاليستي بالا، پايداري فيزيكي و شيميايي بالا و مقرون به صرفه، بسيار اهميت دارد. در چند سال اخير تحقيقات متعددي در زمينه اصلاح سطح الكترود توسط نانو مواد و كاربرد آنها در تصفيه پساب و حذف آلاينده‌ها صورت گرفته است. در اين پايان‌نامه، الکترود بر پایه تیتانیم با كامپوزيت نانو لوله‌های کربنی چند ديواره- نانو ذرات اكسيد قلع به روش لایه نشانی الکتروفورتیک پوشش دهی و اصلاح گردید.
مقدمه اي بر تصفیه آب و پساب
امروزه آلودگي‌هاي آب و پساب، يكي از نگراني‌هاي عمده در سراسر جهان به شمار مي‌روند. آلاينده‌هايي مانند داروها، رنگزاها، تركيبات فنلي، فلزات سنگين و غيره باعث آلوده شدن آب مي‌گردند که اين تركيبات در برابر فرآیندهای بیولوژیکی و شیمیایی مرسوم، مقاوم هستند. آلاینده ها به علت سمی بودن و اثرات نامطلوب آنها برسلامتی موجودات زنده، از جمله انسان¬ها، در زمره مشکلات جدی زیست محیطی جای می¬گیرند و منجر به اثرات نا‌مطلوبي در زندگي انسان و ديگر موجودات مي‌شوند. بنابراين با توجه به كاهش منابع آبي، امروزه، مسئله تصفیه پساب امری ضروری محسوب می¬شود.
روش فیزیکو شیمیایی
این فرآیند شامل انعقاد ، جذب ، فيلتراسيون و تبادل يون مي‌باشد. در روش جذب، بيشتر از كربن فعال به عنوان جاذب استفاده ميشود كه مولكول‌هاي آلاينده را در ساختار پر‌منفذ خود جاي مي‌دهد. مسدود شدن حفره‌هاي كربن توسط تركيبات آلي، باعث كاهش بازده جذب شده ونوعی آلودگي ثانويه محسوب ميشود، بنابراین، احیا و حذف تركيبات آلي جذب شده از ساختار جاذب، ضروری است که نیاز به صرف هزينه زيادي دارد[1]. روش تبادل يون براي حذف يون‌هاي فلزات سنگين و ديگر يون‌هاي غير فلزي به كار مي‌رود. در اين روش، يون‌هاي غير فلزي با يون‌هايي با سميت كمتر جايگزين مي‌گردند، بسته به نوع رزين مبادله كننده يون، هزينه مصرفي مي‌تواند متفاوت باشد، از آنجا كه یون هایی از قبیل Ca2+، Na+ و ساير كاتيون‌هاي مشترك براي تبادل، در سایت های فعال رقابت می کنند، توجه به سختي يا شوري آب مهم است. این روش، براي غلظت‌هاي بالا مناسب بوده و رزين‌هاي تبادل كننده يون با حذف يون‌هاي ناخواسته و اضافي، بازسازي مي‌شوند. پس، روش تبادل يون برگشت پذير است.
تصفيه بیولوژیکی
این فرآیند شامل روش های لجن فعال ، محيط كشت ميكروب مخلوط و محيط كشت ميكروب خالص می باشد[1].
روش های بیولوژیکی، سازگار با محیط¬زیست هستند ، نسبت به سیستم های فیزیكو شیمیایی، لجن کمتری تولید می¬کنند و نسبتا ارزان می‌باشند[1, 2]. این فرآیند در تخريب آلاينده هاي آلي چندان موثر عمل نمی کند زیرا بسياري از تركيبات آلي از لحاظ شيميايي در برابر حمله ميكرواورگانيسم ها مقاوم هستند [1, 3]. از آنجايي كه کارایی تصفيه ميكروبيولوژيكي به فعاليت ميكرواورگانيسم‌ها وابسته است عواملي مانند تركيب آب، سرعت بارگذاري، درجه حرارت، ميزان هوادهي از پارامترهاي موثر در تصفيه ميكروبيولوژيكي مي‌باشند[3] علاوه برا این؛ روش تصفيه ميكروبيولوژيكي به فضای وسیع نیاز دارد.
روش الكتروشيميايي
روش الکتروشیمیایی، يكي از روش‌هاي نوين تصفیه آب و پساب، به¬منظور حذف آلاینده¬های آلی موجود درپساب به شمار مي‌رود.[4]. مزيت اصلي اين روش سازگاري با محيط زيست است، زیرا واكنش‌دهنده اصلي اين روش، الكترون است. از مزایای ديگر اين روش، می‌توان به بهره¬برداری آسان، امکان کنترل سرعت انتقال الکترون، عدم نیاز به تجهیزات پیچیده، حجم بسیار کم لجن تولیدی، قابلیت اجرایی شدن در دما وفشار محیط اشاره نمود[1, 2].
این فرآیند، روش¬های انعقاد الكتريكي ، کاهش الکتروشيمیایی ، اكسيداسيون الکتروشیمیایی ، اکسایش غیر مستقیم با اکسنده¬های قوی و روش¬های فتو الکتروشیمیایی را شامل می¬شود.
روش¬های از قبیل اکسایش الکتروشیمیايي، اکسایش غیر مستقیم با اکسنده¬های قوی مانند کلرفعال و الکتروفنتون و روش¬های نورکمکی مانند فوتوالکتروکاتالیست و فوتوالکتروفنتون بر پایه¬ی اکسیداسیون پیشرفته الکتروشیمیایی (EAOPs) هستند.
روش انعقاد الکتریکي (EC)
روش انعقاد الكتريكي برای حذف رنگزا¬ها و دیگر آلاینده¬های باردار از پساب بطور گسترده استفاده مي‌گردد. در روش EC، الکترود¬های Fe یا Al، به عنوان آند، درمحلول پساب فرو برده می¬شوند. سپس با عبور جریان الکتریکی، یون‌های Fe2+ یاFe3+ و یا Al3+ در آند تولید شده و با یون هیدروکسید حاصل از احیای آب در کاتد واکنش داده و تولید هیدروکسید فلزی می کنند، که به عنوان جاذب برای حذف آلاینده‌ها عمل می‌کند. همچنین، آزاد سازی گاز H2 در کاتد صورت می¬¬گیرد. گاز هیدروژن، می-تواند ذرات لخته شده را به سطح محلول انتقال دهد به اين ترتيب ذرات لخته شده از محلول جدا ميشود[1, 5].
مزاياي روش انعقاد الكتريكي (EC)، عبارت اند از: بازده بالاي رنگبري، عدم نياز به كنترل pH، استفاده از مواد شيميايي در مقادیر كم، مقدار كم لجن توليد شده و هزينه كم.
از معايب اين روش، غیر فعال شدن آند، رسوب لجن بر سطح الکترودها و همچنین حضور یون-های آلومینیوم و آهن در محیط در مقادیر بیش از حد مجاز، مي‌توان اشاره كرد.
این پژوهش به سه فصل دسته بندی شده است.
فصل اول: مقدمه، تئوري و مروري بر پژوهش‌هاي انجام‌شده
فصل دوم: مواد، تجهيزات و روش‌هاي تجربي
فصل سوم: بحث و نتيجه گيري
در فصل اول، پيرامون انواع روش‌هاي تصفيه آب به ويژه روش‌هاي تصفيه الكتروشيميايي، روش لايه نشاني الكتروفورتيك، مباني طراحي آزمايش، مروري بر تحقيقات انجام شده در زمينه توليد، اصلاح الكترودها و حذف انواع آلاينده‌ها طي فرايند اكسيداسيون پيشرفته الكتروشيميايي توضيحاتي ارائه خواهد شد. در فصل دوم به معرفی مواد شيميايي مصرفي، دستگاه‌ها و انواع روش‌ها و آزمايشات انجام شده مي‌پردازيم.
در فصل سوم نتايج حاصل از بررسی‌های مورفولوژی، کریستالی، خواص الكتروكاتاليستي و پايداري الكترود نانو كامپوزيتي Ti/SnO2-MWCNTs و كاربرد آن در حذف آنتي بيوتيك سيپروفلوكساسين (CIP) مورد بحث و بررسي قرار خواهد گرفت.