بررسی کارایی فرآیند الکتروشیمیایی سه بعدی با آند گرافیت در حذف فورفورال از محلول‌های آبی

خلاصه فارسی

زمینه و هدف: در چند دهه اخیر آلودگی محیط‌زیست به مرحله ای رسیده که ضرورت کاربرد راهکارهای جدید برای رفع بحران آن، دو چندان شده است. یکی از انواع آلاینده های آلی آب، فورفورال است که از محصولات جانبی صنایع نفت و پتروشیمی، کاغذ و مقواسازی به شمار می رود و به عنوان حلال در صنایع مختلف استفاده می گردد. لذا این مطالعه با هدف بررسی میزان کارایی تخریب الکتروکاتالیستی فورفورال با استفاده از آند گرافیت در یک راکتور الکتروشیمیایی انجام شد. مواد و روش‌ها: اين مطالعه به‌صورت تجربي و در مقياس آزمايشگاهي در سيستم بسته انجام گرفت. ساختار و مرفولوژی الکترودهای ذره ای با استفاده از تکنیک های BET،VSM، XRD، FE-SEM وFTIR بررسی شد. آزمایش ها بر اساس طرح آماری مرکب مرکزی با چهار پارامتر ورودی از قبیل زمان واکنش، pH، چگالی جریان و غلظت اولیه فورفورال در چهار سطح مورد ارزیابی قرار گرفت. سینتیک فرآیند در غلظت های مختلف برای ارزیابی فرآیند اکسیداسیون مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل از آنالیزهای فیزیکی-شیمیایی صحت ساختار الکترود ذره¬ای را تائید کرد. یافته‌ها: آنالیزهای BET،VSM ، XRD، FE-SEM وFTIR ماهیت و ساختار الکترود های ذره ای را تائید کردند. با توجه به تجزیه و تحلیل وارایانس (ANOVA) و مدل درجه دوم پیشنهادی، چگالی جریان و pH به عنوان مهم‌ترین پارامترها در کارایی فرآیند الکترواکسیداسیون شناخته شدند. همچنین نتایج نشان داد که با افزایش تراکم جریان کاربردی و زمان الکترولیز، بازده حذف فورفورال و COD افزایش یافته و با افزایش غلظت اولیه فورفورال و pH کاهش می¬یابد. در شرایط بهینه پارامترهای مورد بررسی شامل5 =pH ، زمان الکترولیز 69 دقیقه، غلظت اولیه فورفورال mg/L 201 و ولتاژ V 19 بالاترین کارایی تخریب فورفورال 98/22%، COD 78/5% و TOC 74/18% بدست آمد. نتیجه‌گیری: براساس نتایج بدست آمده فرآیند مورد بررسی را می توان به عنوان روشی مناسب برای از بین بردن ترکیبات آلی مقاوم از جمله فورفورال استفاده کرد. همچنین می توان نتیجه گرفت که الکترودهای ذره ای می تواند با بهینه سازی شرایط آزمایش توسط طرح مرکب مرکزی به عنوان ماده ای که هم مقرون به صرفه بوده و هم در دسترس است برای اکسیداسیون فورفورال استفاده شود. با توجه به تجزیه و تحلیل وارایانس (ANOVA) و مدل درجه دوم پیشنهادی، چگالی جریان و زمان به عنوان مهمترین پارامتر مثبت و pH و غلظت به عنوان مهمترین پارامتر منفی در کارایی فرآیند الکترواکسیداسیون شناخته می شوند. همچنین نتایج نشان داد که با افزایش تراکم جریان کاربردی و زمان الکترولیز، بازده حذف فورفورال و COD افزایش یافته و با افزایش غلظت اولیه فورفورال و pH کاهش می یابد. تخریب فورفورال از دنباله سینتیک شبه مرتبه اول است. از این مطالعه نتیجه می گیریم که روش الکتروشیمیایی با GAC/Fe3O4 می تواند با راندمان بالا برای اکسیداسیون فورفورال استفاده شود.

عنوان انگليسی

Survey efficiency of three-dimensional electrochemical process with graphite anode in removal of furfural from aqueous solutions

خلاصه انگلیسی

Background and Objectives: In recent decades, environmental pollution has reached a point where the need for new solutions to the crisis has doubled. One of the types of organic water pollutants is furfural, which is a by-product of the oil and petrochemical industries, paper and cardboard and is used as a solvent in various industries. Therefore, this study was conducted to investigate the efficiency of furfural electrocatalytic degradation using graphite anode in an electrochemical reactor. Materials and Methods: This study was performed experimentally and on a laboratory scale in a closed system. The structure and morphology of the particle electrodes were investigated using BET, VSM, XRD, FE-SEM and FTIR techniques. The experiments were evaluated based on a central composite statistical design with four input parameters such as reaction time, pH, voltage and initial furfural concentration at four levels. Process kinetics at different concentrations were examined to evaluate the oxidation process. The results of physicochemical analysis confirmed the accuracy of the particle electrode structure. Results: BET, VSM, XRD, FE-SEM and FTIR analyzes confirmed the nature and structure of particle electrodes. According to the analysis of variance (ANOVA) and the proposed quadratic model, current density and pH are known as the most important parameters in the efficiency of the electrooxidation process. The results also showed that with increasing applied current density and electrolysis time, the removal efficiency of furfural and COD increases and decreases with increasing initial furfural concentration and pH. The highest efficiency of furfural degradation was 98.22%, COD was 78.5% and TOC was 78.17%. Under optimal conditions, the studied parameters include pH = 5 electrolysis time 69minutes, initial furfural concentration 201mg / l and voltage 19V. Conclusion: The results of the experiments of the studied process can be used as a suitable method for the elimination of resistant organic compounds such as furfural. We also conclude from this experiment that particle electrodes can be used for furfural oxidation by optimizing the test conditions by a central composite design as an adsorbent that is both cost-effective and available.

Document Downloads