احياي فتوكاتاليستي نيترات از محيط‌هاي آبي با استفاده از فرايند TiO2/UV آلايش شده با نقره

Photocatalytic Reduction of Nitrate in Aqueous Solutions using Ag-doped TiO2/UV Process

[ زمينه و هدف: آلودگی منابع آب به نيترات يكی از مشكلات زيست محيطی در بسياری از مناطق جهان است كه باعث بيماری متهموگلوبينميا شده و احتمالا در بروز بيماری‌هايی از قبيل سرطان سيستم لنفاوی و سرطان خون نيز نقش دارد.  بنابراين بايد به كنترل و حذف آن از منابع آب اقدام نمود. با توجه به اين كه امروزه استفاده از نانو مواد در تصفيه آلاينده‌های محيط بسيار مورد توجه است، در اين مطالعه حذف نيترات با استفاده از نانو ذرات دی اكسيد تيتانيوم غنی شده با نقره  (Ag-TiO2) و سنتز شده به روش هم‌رسوبی نوری و تحت تابش فرابنفش مورد مطالعه قرار گرفت. روش بررسی: غلظت‌های مورد بررسی نيترات در اين تحقيق شامل سه غلظت mg/L 20، 50 و 100 در نظر گرفته شد. به منظور بررسی اثر غلظت نانو ذره Ag-TiO2 در احيای نيترات از غلظت های g/L 1/0، 4/0 ، 8/0 و 2/1 نانوذره استفاده شد. برای تعيين اثر pH نيز، سه ميزان 5، 7 و 9 منظور شد. در اين تحقيق هم چنين از نانو ذره Ag-TiO2 در شرايط تاريكی و كاربرد پرتو فرابنفش به صورت جداگانه در حذف نيترات استفاده شد. هم‌چنين تاثير حضور مداخله‌گرهای سولفات و كلرايد نيز مورد مطالعه قرار گرفت. يافته‌ها: كارايی بهينه حذف نيترات (5/95%) در شرايط غلظت mg/L 100 نيترات، pH اسيدی و غلظت Ag-TiO2، g/L 8/0 به دست آمد. تاثير افزايش غلظت نانو ذره بر كارايی حذف نيترات، تا غلظت g/L 8/0 مثبت بود ولی با افزايش غلظت نانوذره به g/L 2/1 كارايی حذف كاهش يافت. كارايی حذف نيترات در شرايط تابش فرابنفش به تنهايی، حداكثر 32% و در شرايط تاريكی حداكثر3/23 % بود.  اين بررسی نشان داد كه حضور يون‌های سولفات و كلرايد در محيط آبی، كارايی حذف نيترات را كاهش می‌دهد. نتيجه‌گيری: نتيجه اين بررسی نشان داد كه نانوفتوكاتاليست  Ag-TiO2كارايی مطلوبی در حذف نيترات از محيط‌های آبی دارد.

Background and Objectives: Pollution of water resources to nitrate is an environmental problem in many parts of the world. This problem possibly causes diseases such as methemoglobinemia, lymphatic system cancer and Leukemia. Hence, nitrate control and removal from water resources is necessary. Considering that application of nanomaterials in treatment of environmental pollutants has become an interesting method, in this research use of Ag-doped TiO2 nanoparticles synthesized through photodeposition produced under UV irradiation was studied for removal of nitrate from aqueous solutions.Materials and Methods: Three nitrate concentrations of 20, 50, and 100 mg/L were considered. In order to determine the effect of Ag-doped TiO2 nanoparticles on  nitrate removal, dosages of  0.1, 0.4, 0.8 and 1.2 g/L nanoparticles were used; pH range of 5-9 was also considered. The effect of Ag-doped TiO2 nanoparticles both in darkness and under UV irradiation was studied. Moreover, the presence of chloride and sulfate anions on the system removal efficiency was investigated.Results: The optimum performance of nitrate removal (95.5%) was obtained using nitrate concentration of 100 mg/L, in acidic pH and 0.8 g/L Ag-TiO2. Increase of nanoparticle dosage up to 0.8 g/L, increased the removal efficiency, but for 1.2 g/L dosage of nanoparticles, the removal efficiency decreased. Maximum reduction performance without nanoparticles, under UV irradiation and under darkness conditions were 32% and 23.3% , respectively. In addition, we found that presence of sulfate and chloride anions in aqueous solution reduced efficiency of nitrate removal.Conclusion: Results of this study showed that Ag-doped TiO2 nanoparticles may be efficiently used for nitrate removal from aqueous solutions.