بررسي حذف كاتكول از محيط هاي آبي توسط روش ازناسيون كاتاليزوري با نانوذرات مغناطيسي اكسيد آهن دوپ شده با سيليس و تيتانيوم دي اكسيد: مطالعه سينتيكي

Removal of Catechol from Aqueous Solutions Using Catalytic Ozonation by Magnetic Nanoparticles of Iron Oxide Doped with Silica and Titanium Dioxide: A Kinetic Study

سابقه و هدف: كاتكول تركيب آلي حلقوي با سميت بالا است كه در صنايع پتروشيمي، داروسازي و توليد آفت كش كاربرد دارد و در صورت تخليه به محيط زيست، اثرات نامطلوبي بر سلامت انسان و محيط زيست مي گذارد. هدف از اين مطالعه حذف كاتكول توسط روش ازناسيون كاتاليزوري با نانوذرات مغناطيسي اكسيد آهن دوپ شده با سيليس و تيتانيوم دي اكسيد از محيط هاي آبي بود. مواد و روش ها: در اين مطالعه بنيادي-كاربردي، ابتدا نانوذرات مغناطيسي Fe3O4@SiO2@TiO2 با روش سل ژل سنتز شد. جهت تعيين مشخصات نانوذرات از آزمايش XRD، SEM و EDX استفاده گرديد. سپس تاثير پارامترهايي چون تاثير pH محلول (10-2)، زمان واكنش (60-0 دقيقه)، دوز كاتاليست (3-0/2 گرم در ليتر)، غلظت اوليه كاتكول (1000-50 ميلي گرم در ليتر)، آزمايش بازيافتي (7 مرتبه)، تعيين ميزان معدني سازي و تاثير بدام انداز راديكال بر كارايي حذف مورد بررسي قرار گرفت. غلظت باقيمانده كاتكول با استفاده از دستگاه كروماتوگرافي مايع با عملكرد بالا در طول موج 275 نانومتر اندازه گيري شد. يافته ها: pH بهينه براي فرايند ازن زني كاتاليزوري برابر با 8 تعيين گرديد. حداكثر كارايي فرآيند در شرايط بهينه (غلظت كاتكول 1000 ميلي گرم در ليتر، 8=pH، دوز كاتاليست 3 گرم در ليتر و دوز ازن 0/38 گرم بر ساعت) پس از زمان تماس 60 دقيقه، برابر با 100 درصد تعيين گرديد. سينتيك تجزيه كاتكول از مدل درجه يك پيروي كرد. ميزان معدني سازي پس از پايان زمان واكنش 91/5 درصد تعيين گرديد. قابليت استفاده مجدد كاتاليست تا 7 مرتبه با كاهش راندمان حدود 4 درصد را داراست و بدام انداز راديكال (1 گرم بر ليتر ترت بوتانول) راندمان حذف كاتكول را 4/16 درصد كاهش مي دهد. استنتاج: فرايند ازن زني كاتاليزوري با استفاده از نانوذرات مغناطيسي اكسيد آهن دوپ شده با سيليس و تيتانيوم دي اكسيد در pH قليايي به طور موثري، غلطت هاي بالاي كاتكول را حذف مي نمايد.

Background and purpose: Catechol is a ring form organic compound with high toxicity that is used in petrochemical, pharmaceutical and manufacturing of pesticide. It has adverse effects on human and environmental health if discharged into the environment. The purpose of this study was removal of catechol using catalytic ozonation using core-shell magnetic nanoparticles of iron oxide doped with silica and titanium dioxide from aqueous solution. Materials and methods: We conducted a basic-applied study in which magnetic nanoparticle Fe3O4@SiO2@TiO2 was synthesized using sol-gel method. To determine the characteristics of nanoparticle, XRD, SEM and EDX tests were used. Then effect of different parameters on removal efficiency were investigated. These included solution pH (2-10), reaction time (0-60 min), dose of catalyst (0.2-3 gr/L), initial concentration of catechol (50-1000 mg/L), recycled test (7 times), and determining the mineralization and scavenger effect. The residual concentration of catechol was measured using high-performance liquid chromatography at 275 nm. Results: The optimal pH for the catalytic ozonation process was 8. The maximum efficiency of the process in optimal conditions (catechol concentration 1000 mg/l, pH=8, catalyst dosage 3 gr/L and dose of ozone 0.38 gr/hr) was 100% after 60 minutes of contact time. Kinetics of degradation of catechol followed first degree model. After reaction time the amount of mineralization was 91.5%. Reusability of catalyst was done 7 times and its efficiency decreased by about 4%. Scavenger (1 gr/l tert-butanol) decreased removal of catechol by 4.16%. Conclusion: The catalytic ozonation process using Fe3O4@SiO2@TiO2 nanoparticles in an alkaline pH was found to be capable of eliminating high concentrations of catechol effectively.