بررسي كارايي فرآيند الكترو/ پرسولفات با استفاده از الكترود آهن جهت حذف فورفورال از محيط هاي آبي

Efficiency of Electro/persulfate Process by Iron Electrode in Removing Furfural from Aqueous Solution

سابقه و هدف: در پساب صنايع نفت و پتروشيمی، تركيبات آلی آروماتيكی نظير فورفورال در مقياس وسيع توليد می‌شود كه غير قابل تجزيه بوده و يا به عنوان يك عامل بازدارنده برای سيستم‌های بيولوژيكی عمل می‌كنند. به منظور توليد راديكال‌های سولفات (SO4●-)، می‌توان پرسولفات (PS, S2O82-) را با حرارت، اشعه UV و فلزات واسطه نظير يون‌های آهن فعال كرد. هدف از اين مطالعه، بررسی كارايی پرسولفات فعال شده با آهن توليد شده به روش الكتريكی با استفاده از الكترود آهن (فرآيند نوين الكترو/ پرسولفات) جهت حذف فورفورال بود. مواد و روش‌ها: در اين مطالعه، يك راكتور منقطع الكتروشيميايی در مقياس آزمايشگاهی مجهز به 4 الكترود و منبع برق مستقيم به منظور حذف فورفورال مورد استفاده قرار گرفت. مهم‌ترين پارامترهای مؤثر بر فرآيند شامل pH، ولتاژ، غلظت اوليه پرسولفات و غلظت اوليه فورفورال بررسی شد. هم‌چنين ميزان تغييرات pH در خلال فرآيند، هم افزايی فرآيندها در سيستم در شرايط بهينه بررسی شد. يافته‌ها: : نتايج نشان داد pH اوليه محلول، غلظت اوليه پرسولفات و ولتاژ، دارای تأثير قابل توجهی در حذف فورفورال می‌باشند. كارايی حذف فورفورال در شرايط اسيدی، بيش تر بود و با افزايش pH كارايی حذف فورفورال كاهش پيدا كرد، به طوری كه 98 درصد از فورفورال بعد از 60 دقيقه در pH برابر 3، ولتاژ 10 ولت و غلظت پرسولفات برابر mM4/8 حذف شد. هم چنين با افزايش غلظت فورفورال، راندمان حذف كاهش يافت. در pH برابر 5، 7، 9 و 11، بعد از 60 دقيقه در همين شرايط، كارايی حذف فورفورال به ترتيب 66، 53، 48 و 12 درصد به دست آمد. با افزايش ولتاژ از 5/2 تا 30 ولت، كارايی حذف فورفورال افزايش يافت به طوری كه تا ولتاژ 10 ولت بيش‌ترين ميزان حذف اتفاق افتاد. كاربرد پرسولفات به‌طور مجزا در زمان واكنش 60 دقيقه تنها در حدود 5/18 درصد از فورفورال را حذف‌كرد، در همين شرايط فرآيند الكتروشيميايی به تنهايی 37 درصد كارايی داشت. اين درحالی بود كه فرآيند تلفيقی الكترو/پرسولفات توانست 98 درصد فورفورال را حذف كند. استنتاج: استفاده از آنيون پرسولفات در راكتورهای الكتروشيميايی با الكترود آند آهن می‌تواند كارايی خوبی در حذف فورفورال داشته باشد. لذا استفاده از فرآيند الكترو/ پرسولفات با الكترودهای آهن (EPS) می‌تواند برای بهره‌برداران تصفيه‌خانه‌های فاضلاب های صنعتی فرآيندی خوش‌آتيه باشد.

Background and purpose: In oil and petrochemical industries, organic aromatic compounds such as furfural are produced on a large scale. They are degradable or act as a deterrent for biological systems. In order to generate sulfate radical (SO4), persulfate (S2O8-2, PS) is often activated by heat, UV irradiation and intermediate metals like iron ions. The aim of this study was to investigate the efficiency of activated S2O8-2 by electrically produced iron using the iron electrode (modern process of electro/ persulfate) for furfural removal. Material and methods: In this study, a lab-scale batch reactor equipped to 4 electrodes and direct power source was used to remove furfural. The effects of key parameters such as pH, voltage, initial concentration of S2O8-2 and furfural on the process were studied. Furthermore, we investigated the changes in pH during the process and the effect of the optimized situation Results: The findings showed that initial pH, S2O8-2 initial concentration and voltage played an important role in furfural removal. Under acidic situations, an increase in the efficiency was seen, and by raising pH the amount of furfural removal decreased. We observed that 98% of furfural was removed in 60 min (pH=3, voltage=10 V, S2O8-2 concentration=8.4 mM). When the concentration of furfural was raised, the efficiency declined. At pH=5, 7, 9 and 11 after 60 min, the efficiencies were 66, 53, 48 and 12, respectively. By increasing voltage to 10 V, the highest rate of efficiency was seen. By applying S2O8-2 separately, after 60 min the efficiency was 39% while at these conditions, the efficiency of the electrochemical process was only 28%. By contrast, electro/persulfate could remove 98% of furfural. Conclusion: The use of S2O8-2 ion in electrochemical reactors equipped to iron electrode can increase the efficiency of the process. Thus, the application of this novel process could be of great benefit for industrial wastewater plants operators.