previous next

جلسه دفاع از پایان نامه آقای حامد محمدی دانشجوی دکتری مهندسی بهداشت محیط

تحت عنوان «مقایسه فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته الکتروفنتون سه بعدی و اکسیداسیون آندی در حذف داروهای ضد التهاب غیر استروئیدی (ایبوپروفن و ناپروکسن) از محلول­های آبی» به راهنمایی    آ قای دکتر افشين ابراهيمي و مشاور آفای  دکتر بیژن بینا روز دوشنبه ۱۱/۴/۹۷در تالار میعاد دانشکده برگزار شد .

مقدمه و هدف: کمبود منابع آب شیرین و همچنین افزایش مصرف آب در سطح جهانی موجب ایجاد نگرانی­ شده است و تأخیر در توسعه علمی فن­آوری­هایی برای کنترل آلاینده­ها در جریان­های آبی این نگرانی­ها را افزایش داده است. در میان بسیاری از ترکیبات دارویی که وارد محیط می­شوند، داروهای ضد التهاب غیر استروئیدی (ایبوپروفن و ناپروکسن) اخیراً در منابع آبی و حتی در آب آشامیدنی، به دلیل ورود مستمر و حذف ناکافی در تأسیسات تصفیه آب و فاضلاب شناسایی‌شده­اند. هدف از انجام این مطالعه ساخت الکترود Ti/PbO۲ و الکترودهای ذره­ای کاتالیستی و تعیین کارایی آنها در فرآیند نوین الکتروفنتون سه بعدی به منظور حذف ایبوپروفن و ناپروکسن از محلول­های آبی و مقایسه آن با فرآیند اکسیداسیون آندی و ارزيابي آنها به روش سطح پاسخ می­باشد.

مواد و روش‌ها: در اين مطالعه، الکترود Ti/PbO۲ به روش الکترودپوزيشن و الکترودهای ذره­ای کاتالیستی با پوشش دادن آهن روی ذرات فوم نیکل در چند مرحله شاخته شدند. به منظور تعيين تعداد نمونه­ها، طراحي آزمايشات، آناليز و مدل­سازی و در نهايت بدست آوردن شرايط بهینه از روش سطح- پاسخ بر پایه­ی طراحی ترکیبی مرکزی استفاده شد. چهار متغير pH، زمان واکنش، غلظت اولیه و دانسيته­ی جريان در هر يک از فرآیندهای الکتروفنتون سه بعدی و اکسيداسيون آندی مورد بررسی قرار گرفتند. تعداد آزمايش­ها با طراحی ترکیبی مرکزی، برای هر فرآیند معادل۳۰  عدد بود که با در نظر گرفتن دو بار تکرار آزمايشات ماتريکس، تعداد آنها به۱۲۰ آزمایش رسید. با در نظر گرفتن تعداد ۴۴ آزمایش برای تکرارپذيري و پایداری الکترودها، تعداد نهايي آزمايشات برابر با ۱۶۴ شد. در نهایت میزان حذف COD و TOC، سینتیک ، میزان مصرف انرژی، محصولات جانبی و مسیرهای تجزیه احتمالی در فرآیندهای الکتروفنتون سه بعدی و اکسیداسیون آندی مورد مقایسه قرار گرفتند.

نتایج: آنالیزهای XRD، EDS و SEM نشان دادند الکترود Ti/PbO۲ و الکترودهای ذره­ای کاتالیستی به طور موفقیت آمیزی سنتز و در فرآیند جدید الکتروفنتون سه بعدی مورد استفاده قرار گرفتند. کاربرد الکترودهای ذره­ای در فرآیند الکتروفنتون سه بعدی، راندمان کاتالیزوری بالایی را در حذف ایبوپروفن و ناپروکسن در pH نزدیک خنثی نشان داد، در حالیکه اکسیداسیون آندی در pH های اسیدی و قلیایی عملکرد بهتری داشت. بر اساس تجزیه و تحلیل واریانس (ANOVA)، ضریب تعیین (R۲) محاسبه شد، که برای تمام پاسخ ها بیشتر از ۴/۹۹% بود. در شرایط یکسان دانسیته­ی  جریان ­ mA/cm۲ ۱۵ و در مدت زمان ۶۰ دقيقه، در ۳= pH  و ۶= pH ، مقدار مصرف انرژی در فرآیند الکتروفنتون سه بعدی (به ترتیب معادل kWh/kgCOD 6/168 و ۱۹/۱۱۲ )، خیلی کمتر از مصرف انرژی در فرآیند اکسیداسیون آندی (به ترتیب معادل kWh/kgCOD 56/245 و ۷۹/۳۷۲) شد. تجزیه و تحلیل سینتیک نیز نشان داد که کاهش COD در هر دو فرآیند از واکنش درجه اول تبعیت می­کند.

نتيجه­گيري: مدل‌هاي نهايي حذف ایبوپروفن و ناپروکسن و مصرف انرژی در هر دو فرآیند، با استفاده از تکنيک جک-نايف[۱] ارزيابي شدند و ضريب تعيين پيش بيني R۲ براي همه­ی آنها، بالاتر از ۹۸% بود که اعتبار بيروني همه مدل­های نهايي را تائيد کرد. علاوه بر این آزمون نقص برازش تمامی مدل‌ها با مقادير p-value  < 05/0 معني دار نبودند که برازش مدل‌هاي نهايي را تأييد مي‌کند. به طور کلی نتایج این مطالعه نشان داد فرآیند الکتروفنتون سه بعدی در مقایسه با اکسیداسیون آندی، با راندمان حذف و معدنی سازی بیشتر NSAIDs و صرف انرژی کمتر در گستره­ی وسیعی از pH (4-8)‎، فرآیندی کارآمدتر می­باشد. اما در pHهای خیلی اسیدی و یا خیلی قلیایی بهتر است از فرآیند اکسیداسیون آندی استفاده شود.

کلمات کلیدی: الکتروفنتون سه بعدی، الکترودهای ذره­ای کاتالیستی، اکسیداسیون آندی، ایبوپروفن، ناپروکسن، متدلوژي سطح- پاسخ، مسیرهای تجزیه

 

[۱]. leave-one-out technique