تعيين مقدار بهينه نانوذرات دي‌اكسيدتيتانيوم در كامپوزيت دي‌اكسيدتيتانيوم/بنتونيت جهت ‌رنگ‌بري سونوفتوكاتاليستي رنگ متيل‌اورانژ

Optimum Dioxide Titanium Nanoparticles in Dioxide Titanium /Bentonite Composite for Sonophotocatalytic decolorization of Methyl Orange dye

زمينه و هدف: يكي از مهم‌ترين آلاينده هاي محيط زيست در پساب صنايع، رنگ مي باشد كه براي انسان خطرناك بوده و محيط زيست را آلوده مي نمايد. هدف از اين پژوهش تعيين مقدار بهينه نانوذرات دي‌اكسيدتيتانيوم در كامپوزيت دي‌اكسيدتيتانيوم/بنتونيت جهت ‌رنگ‌بري سونوفتوكاتاليستي رنگ متيل‌اورانژ بود. روش بررسي: در اين بررسي، از بنتونيت به عنوان پايه براي تثبيت فتوكاتاليست دي‌اكسيدتيتانيوم استفاده شد و مقدار بهينه نانوذرات تثبيت شده دي‌اكسيدتيتانيوم در كامپوزيت دي‌اكسيدتيتانيوم/بنتونيت جهت ‌رنگ‌بري سونوفتوكاتاليستي رنگ متيل‌اورانژ مورد ارزيابي قرار گرفت و شرايط بهينه عملكرد فرايند سونوفتوكاتاليستي در حذف رنگ شامل اثر پارامترهاي pH ، غلظت متيل اورانژ و غلظت نانوكامپوزيت نيز مورد مطالعه قرار گرفتند. يافته‌ها:خواص ساختاري فتوكاتاليست‌هاي تثبيت شده و نانوذرات دي‌اكسيدتيتانيوم بدون پايه با استفاده از آناليزهاي ميكروسكوپ ‌الكتروني‌ روبشي، اسپكتروفتومتر طيف جذبي و پراش‌پرتوايكس مورد بررسي قرار گرفت. در نهايت، امكان استفاده مجدد از فتوكاتاليست در 3 دوره مورد بررسي قرار گرفت. بر اساس نتايج ميكروسكوپ‌الكتروني‌روبشي، كم كردن مقدار دي‌اكسيدتيتانيوم موجب كاهش تعداد نانو ذرات تشكيل شده بر روي سطح بنتونيت شد. آناليزهاي اسپكتروفتومترطيف‌جذبي و پراش‌پرتوايكس نشانگر تشكيل موفقيت آميز كامپوزيت بود. مقدار بهينه نانوذرات دي‌اكسيدتيتانيوم در كامپوزيت دي‌اكسيدتيتانيوم/بنتونيت جهت ‌رنگ‌بري سونوفتوكاتاليستي رنگ متيل‌اورانژ با نسبت پودر دي‌اكسيدتيتانيوم به بنتونيت 5:1/2 بدست آمد. بحث و نتيجه گيري: تحقيق انجام شده نشان داد افزايش مقدار فتوكاتاليست در محيط واكنش باعث افزايش سرعت و راندمان واكنش رنگبري شده اما افزايش بيش از اندازه آن تاثير منفي بر واكنش داشت. بهترين شرايط به دست آمده در تخريب رنگ مورد مطالعه با استفاده از نانو كامپوزيت دي‌اكسيدتيتانيوم / بنتونيت شامل pH اسيدي 4 بود. با توجه به نتايج به‌دست آمده، با افزايش غلظت رنگزا مدت زمان رنگبري افزايش ‌يافت. در نهايت بازده سونوفتوكاتاليستي كامپوزيت پس از سه بار استفاده مجدد قابل قبول بود.

Background and Objectives: Dye is considered as one of the most important environmental pollutants in industrial wastewater due to its harmful effects on both human and environment. This study was aimed to determine Optimum Dioxide Titanium Nanoparticles in Dioxide Titanium /Bentonite Composite for Sono-photocatalytic de-colorization of Methyl Orange dye. Methods: In this study, bentonite was used as the substrate to stabilize titanium dioxide photo-catalyst and the optimum amount of stabilized titanium dioxide nanoparticles in titanium dioxide/ bentonite composite which was evaluated for sono-photocatalytic removal of methyl orange dye. Accordingly, the optimal conditions for the photocatalytic process performance in dye removal included the effect of pH, methyl orange concentrations and nanocomposite doses. Findings: Structural properties of bentonite/titanium Dioxide composites and pure titanium dioxide nanoparticles were investigated using scanning electron microscope (SEM), Diffuse Reflectance Spectroscopy (DRS) and X-ray diffraction (XRD). Finally, the possibility of reuse of photo-catalyst was investigated in three periods. Based on SEM results, reducing the amount of titanium dioxide reduced the number of nanoparticles formed on the bentonite surface. XRD and DRS analyses showed successful composite formation. The optimum amount of titanium dioxide nanoparticles in titanium dioxide/bentonite composite was obtained for sono-photocatalytic dye removal of methyl orange with the titanium dioxide powder to bentonite ratio of 1: 2.5 in the primary mixture. Discussion and Conclusion: The study showed that increasing the amount of photo-catalyst in the reaction medium increased the speed and efficiency of the dye removal but its excessive increase had a negative effect on the reaction. The best conditions for dye degradation were obtained using titanium dioxide/bentonite nanocomposite at pH 4. According to the results, the increase in concentration increased dye removal time. Finally, the sono-photocatalytic composite efficiency was acceptable after three times of reuse.