Skip to main content
SUPERVISOR
Seyed-Abdolkarim Hoseini,Hossein Izadan
سیدعبدالکریم حسینی (استاد راهنما) حسین ایزدان (استاد راهنما)
 
STUDENT
ALI SAJJADI
علی سجادی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی نساجی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390

TITLE

Application of Photocatalytic Nanofibrous Membranes Containing TiO2 Nanoparticles for Purification of Organic Wastewater
New environmental legislation consider wastewater filtration via surface adsorption and other filtration processes indispensable. Traditional and biological filtration methods for wastewater treatment are not sufficient for the current needs of human society because they reject the highly concentrated wastewater into the environment. One suitable alternative and an industrial solution for wastewater treatment, is the use of advanced oxidation process, which is based on the production of activated species such as hydroxyl radical that filters a wide range of industrial pollutions. The usage of titanium dioxide, is one of the methods of using advanced oxidation process. It is proven that titanium dioxide which is an inorganic photocatalyst, is a simple and effective substance for the removal of organic compounds. In this method of wastewater treatment the release of hydroxyl radicals in titanium dioxide nanoparticles occurred in a UVA wavelength, less than 388 nm. These membranes are very porous and their pores are interconnected. In this research, titanium dioxide nanoparticles were created on polyacrylonitrile nanofiber membranes via sol-gel process. Filtration experiments are categorized into two methods. First, immersing without external pressure and second, using cross-flow process. In all the samples, the retention time of the dye was 24 hours and the electrospinning time of nanofiber was considered 10 hours. In the immersing experiment a 16 cm2 of the filter structure containing a non-woven polyurethane-carbon substrate, polyacrylonitrile nanofiber and titanium dioxide nanoparticles was immersed in 100 cc of methylene blue as the dye solution. Simultaneously the set was put on the UV light with wavelength of 254 nm and the concentration of dye solution was measured every 20 minutes. The filtration efficiency was calculated via Langmuir-Hinshelwood pseudo-first order equations. It was noted that in the two immersing and cross-flow processes, the filtration efficiency of samples using titanium dioxide under ultraviolet beams was higher than that of the samples without titanium dioxide and without the presence of the mentioned beams. Also in comparison to the cross-flow system and the immersing one, with the same assumptions, degradation efficiency of the cross-flow system was higher. In the cross-flow test, the effect of three variables; pressure on the membrane, initial concentration of dye solution and pH of the dye solution was studied with sampling intervals of 5 minutes. In the pressure test, the applied pressures were 1.3, 1.5 and 1.7 bar in the fixed pH of 6.4 and with initial dye solution concentration of 40 ?M. It was noted that the best efficiency was related to the 1.5 bar pressure. In the concentration test, the initial concentrations were considered 45, 50 and 60 ?M on fixed pH of 6.4. It was shown that the best efficiency belonged to the 40 ?M initial concentration. In pH test, the prepared pH values were 4.1, 6.4 and 10.5 with initial dye solution concentration of 40 ?M. It was observed that the best efficiency belonged to the pH of 4.1. Key words: titanium dioxide, photocatalyst, filtration, cross-flow, nanofiber.
قوانین زیست محیطی جدید، تصفیه پساب ها از طریق جذب سطحی و سپس انجام سایر مراحل تصفیه را لازم الاجرا دانسته است. شیوه های تصفیه سنتی و زیست محیطی جهت تصفیه پساب ها جوابگوی نیازهای کنونی جامعه بشری نمی باشد، چون مجدداً پساب با غلظت بالا را وارد محیط می گرداند. یک جایگزین مناسب به عنوان راهکاری صنعتی جهت تصفیه پساب ها، استفاده از عملیات اکسیداسیون پیشرفته است که مبنای آن، تولید گونه های فعال، نظیر رادیکال هیدروکسیل بوده که طیف وسیعی از آلودگی های صنعتی را تصفیه می نماید. استفاده از تیتانیوم دی اکسید، یکی از روش های به کارگیری عملیات اکسیداسیون پیشرفته است. به دلیل ثبات بالای رنگزا های جدید، روش های تصفیه زیست محیطی معمول، اغلب کم تاثیر بوده است، چون منجر به تولید زباله های رنگی غلیظ می شود. ثابت شده است، تیتانیوم دی اکسید که یک فتوکاتالیست غیرآلی است یک روش آسان و موثر جهت حذف ترکیبات آلی است. در این روش تصفیه پساب، آزادسازی رادیکال هیدروکسیل در نانو ذرات تیتانیوم دی اکسید در طیف طول موج UVA با طول موج کمتر از nm 388 رخ می دهد. در میان روش های تصفیه پساب، استفاده از فیلتراسیون غشایی توسط غشاهای ساخته شده از نانوالیاف، می تواند گزینه جدیدی باشد. این غشاها بسیار متخلخل بوده و منافذ آن ها از درون به هم پیوسته می باشند. در این تحقیق نانو ذرات تیتانیوم دی اکسید از طریق روش سل- ژل بر روی غشاهای نانوالیاف پلی اکریلونیتریل ایجاد گردید. آزمایشات فیلتراسیون به دو دسته غوطه ورسازی بدون فشار و استفاده از جریان عرضی تقسیم شدند. درکلیه نمونه ها زمان ماند رنگزا 24 ساعت و مدت زمان الکتروریسی نانو الیاف 10 ساعت در نظر گرفته شد. در آزمایش غوطه ورسازی، 16 سانتی مربع از سازه فیلتر حاوی زیرلایه بی بافت از جنس پلی اورتان آغشته به کربن به همراه نانو الیاف پلی اکریلونیتریل که نانوذرات تیتانیوم دی اکسید روی آن ایجاد شد در cc 100 از محلول رنگزای متیلن بلو غوطه ور شد. همزمان مجموعه تحت پرتوهای فرابنفش با طول موج nm 254 قرار گرفت و هر 20 دقیقه یکبار غلظت محلول رنگزا اندازه گیری شد و بازده فیلتراسیون به کمک معادلات کمکی مرتبه اول لانگ میور- هینشلوود محاسبه گردید. مشاهده شد، در دو فرآیند غوطه وری و جریان عرضی، بازده فیلتراسیون با استفاده از تیتانیوم دی اکسید تحت پرتوهای فرابنفش بالاتر از نمونه های بدون تیتانیوم دی اکسید و بدون پرتوهای فرابنفش بود. هم چنین در مقایسه بین سیستم جریان عرضی و غوطه ورسازی، با فرض های یکسان، بازده رنگ زدایی در سیستم جریان عرضی بسیار بالاتر بود. در آزمایش جریان عرضی، اثر سه متغیر فشار وارد بر غشا، غلظت اولیه محلول رنگزا و pH محلول با فواصل نمونه گیری 5 دقیقه مورد بررسی قرار گرفت. در آزمایش فشار، فشارهای کاربردی bar 3/1، 5/1 و 7/1 در pH ثابت و برابر 4/6 و غلظت اولیه رنگزا 40 میکرومولار بود. مشاهده گردید بهترین بازده مربوط به فشار 5/1 بار است. در آزمایش غلظت، غلظت های اولیه 40، 50 و 60 میکرومولار در pH ثابت و برابر 4/6 در نظر گرفته شد. مشاهده گردید بهترین بازده مربوط به غلظت 40 میکرومولار است. در آزمایش pH، مقادیر تهیه شده در pH های 1/4، 4/6 و 5/10، در غلظت اولیه رنگزا 40 میکرومولار بود. مشاهده شد بهترین بازده مربوط به pH برابر 1/4 است. کلمات کلیدی: تیتانیوم دی اکسید، فتوکاتالیست، فیلتراسیون، جریان عرضی، نانوالیاف.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی