دفای پایان نامه دکتری مهندسی بهداشت محیط آقای سیدعلیرضا بابایی دانشجوی دکتری مهندسی بهداشت محیط

سیدعلیرضا بابایی دانشجوی دکتری مهندسی بهداشت محیط روز دوشنبه 26 آبان ماه 1403 از پایان نامه خود با عنوان"مطالعه اثر تلفیقی فناوری پلاسمای سرد و فتوکاتالیست [ZSM-5@BaTiO3] در حذف ترکیبات آلی فرار از جریان هوای آلوده با راهنمایی دکتر یعقوب حاجی­زاده و دکتر محمدشریف ­حسینی دفاع نمودند.

چکیده

مقدمه: ترکیبات آلی فرار (VOCs) یکی از مهم­ترین آلاینده­های هوا محسوب می­شوند که به صورت مستقیم از طریق ایجاد سمیت و بوی بد و هم به صورت غیر مستقیم به عنوان پیش­سازهای ازن تروپوسفری، مه دود فتوشیمیایی و ذرات آلی ثانویه برای سلامت انسان و محیط­زیست مضر هستند. فناوری ترکیبی پلاسما-فتوکاتالیست که از پلاسمای غیرحرارتی (NTP)و اکسیداسیون فتوکاتالیزوری (PCO) استفاده می­کند، یک روش کارآمد برای کاهش VOCs است. هدف از این مطالعه بررسی اثر تلفیقی فناوری پلاسمای سرد و فتوکاتالیست [ZSM-5@BaTiO3] در حذف ان-هگزان به عنوان نماینده VOCs  از جریان هوای آلوده بود.

مواد و روش­ها: پژوهش حاضر یک مطالعه بنیادی-کاربردی بود که در مقیاس آزمایشگاهی و به صورت پایلوت انجام شد. ابتدا فتوکاتالیست ZSM-5@BaTiO3 به روش ساده گرمابی-کلسینه کردن ساخته شد. جهت تعیین مشخصات این فتوکاتالیست از روش­های تشخیصی پراش اشعه ایکس (XRD)، تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و جذب و واجذب نیتروژن (BET) استفاده شد. از روش طرح مرکب مرکزی بر پایه روش سطح-پاسخ (CCD-RSM)به منظور بررسی تاثیر هر یک از مولفه­های عملیاتی (ولتاژ تخلیه، غلظت ورودی، دبی جریان گاز ورودی و رطوبت نسبی)، برهمکنش آنها بر متغیرهای پاسخ و بهینه ­سازی شرایط عملیاتی استفاده گردید. برای بررسی برازش معادلات وازیاشی داده­های واقعی و صحت و دقت مدل پیشنهادی از مقادیر F-value (آزمون فیشر) و P-value در سطح اطمینان 95 درصد و ضرایب تعیین  (R2)و تعیین تعدیل شده (Adju-R2) استفاده شد. در ادامه، عملکرد هر یک از فرآیندهای NTP و PCO به تنهایی و اثرات هم افزایی آنها به صورت ترکیبی (NTP+PCO)  از نظر راندمان حذف ان-هگزان، انتخاب پذیری CO2 و تولید محصولات جانبی آلی، O3 و NOx بررسی شد. 

یافته­ ها: نتایج آنالیز­های XRD، SEM و BET نشان دهنده صحت ساخت فتوکاتالیست ZSM-5@BaTiO3 بود. تجزیه و تحلیل ANOVA معنی­داری و کفایت مدل­های وازیاشی را نشان داد. مقادیر p پایین همه پاسخ­ها (کمتر از 05 /0) در سطح اطمینان 95 درصد و مقادیر F بالاتر از مقدار معیار برای همه پاسخ‌ها نشان‌دهنده معنی‌دار بودن مدل‌های وازیاشی از نظر آماری بود. همچنین مقادیر R2 و Adju-R2 برای هر مدل نزدیک به 1 بود که مطابقت داده­های تجربی را با نتایج پیش بینی شده محاسبه شده توسط مدل­های وازیاشی نشان داد. در شرایط بهینه، بیشترین راندمان حذف ان-هگزان و انتخاب­پذیری CO2 در فرآیند PCO به ترتیب 06/ 56 % و 67/ 98% حاصل شد. برای فرآیند NTP بیشترین راندمان حذف، انتخاب­ پذیری CO2، بازده انرژی، O3 و NOx تولیدی به ترتیب 15/ 91 % و  32/ 58 %،   g/kWh   0/242، mg/m3 15/ 141  و ppm  120/23به دست آمد. همچنین برای فرآیند ترکیبی NTP+PCO بیشترین راندمان حذف، انتخاب­پذیری CO2، بازده انرژی، O3 و NOx تولیدی به ترتیب 100 % و 15/ 77 %،  g/kWh 0/2432 ، mg/m3 106  و   ppm 83  به دست آمد.

نتیجه گیری: نتایج  RSM نشان داد تمامی متغیرهای پاسخ در فرآیند ترکیبی NTP+PCO نسبت به فرآیندهای NTP و PCO به تنهایی بطور معنی­داری بهبود یافته­اند. این ارتقاء عملکرد، عمدتاً به استفاده کارآمد از فتوکاتالیست ZSM-5@BaTiO3 و تابش اشعه فرابنفش بیرونی که منجر به تقویت میدان الکتریکی و افزایش چگالی الکترونی و همچنین  نقش ازن در اکسیداسیون فوتوکاتالیستی ان-هگزان درون ناحیه تخلیه نسبت داده شد. در فرآیند ترکیبی NTP + PCO ازن به عنوان گیرنده و جاذب الکترون عمل کرده و رادیکال­های هیدروکسیل بیشتری تولید می­کرد، در نتیجه مقدار آن و ترکیبات NOx درخروجی راکتور کاهش می­یافت. با توجه به خروجی مدل RSM ولتاژ تخلیه بعنوان مولفه اول و پس از آن به ترتیب غلظت اولیه، رطوبت نسبی و دبی جریان گاز ورودی مهم­ترین مولفه­های مستقل تاثیرگذار بر فرآیند حذف ان-هگزان در فرآیند ترکیبی NTP + PCO بودند. 

کلیدواژه ­ها: ترکیبات آلی فرار، پلاسمای غیرحرارتی (NTP)، پلاسما-کاتالیست، CCD-RSM، فتوکاتالیست، ان-هگزان