کاربرد روش سطح پاسخ در بهینه‌سازی فرآیند سونوفتوکاتالیستی حذف فنل از محلول‌های آبی

در این پژوهش مجموعه‌ای از آزمایش‌های ناپیوسته در راستای تخریب سونوفتوکاتالیستی فنل با استفاده از نانوکامپوزیت مغناطیسی fe3o4@sio2@tio2 از محلول‌های آبی با استفاده از تکنیک طراحی آزمایش‌ها (doe) به روش سطح پاسخ (rsm) و طرح مرکب مرکزی (ccd) انجام گردید. متغیرهای مورد مطالعه در فرآیند مذکور شامل ph، دوز کاتالیست، غلظت  h2o2 و زمان تماس با نور uv بودند که اثر ترکیبی هر 4 متغیر به‌طور هم زمان به‌منظور بهینه‌سازی حداکثر حذف فنل مورد بررسی قرار گرفتند. همچنین نتایج آنالیز‌های میکروسکوپی الکترون روبشی (sem) و میکروسکوپی الکترون عبوری (tem) نشان داد که فتوکاتالیست تولید شده دارای ابعاد نانو است و ساختار هسته-پوسته موفقیت‌آمیز شکل گرفته است. طبق نتایج به‌دست آمده در این مطالعه، بالاترین کارایی فرآیند سونوفتوکاتالیستی در 4=ph، غلظت h2o2 8 میلی لیتر بر لیتر، دوز کاتالیست 2/3 گرم بر لیتر و زمان 93 دقیقه با نرخ حذف 83 درصد به دست آمد. در بین پارامترهای مورد بررسی، ph و زمان بیشترین تاثیر را در نرخ حذف فنل داشتند. قابلیت استفاد مجدد از کاتالیست طی 5 مرحله‌ فرآیند چرخه‌ بازیابی به 66 درصد رسید. یافته‌های تجربی نشان داد که استفاده از کاتالیست fe3o4@sio2@tio2 در حضور امواج فراصوت، اثر افزایشی در تجزیه فتوکاتالیستی فنل دارند. بنابراین سیستم‌های هیبریدی می‌توانند به‌عنوان یک تکنولوژی امیدبخش در فرآیندهای تصفیه‌ آب و فاضلاب بکار روند.

application of response surface methodology to optimize the sonophotocatalytic process for the removal of phenol from aqueous solution

in this research, a series of discontinuous experiments were carried out in the direction of sonophotocatalytic degradation of phenol using fe3o4@sio2@tio2 magnetic nanocomposite from aqueous solution by using design of experiments (doe) software based response surface method (rsm) in central composite design (ccd). the variables studied in the mentioned process included ph, catalyst dose, h2o2 concentration, and contact time with uv light, and the combined effect of all 4 variables were investigated simultaneously in order to optimize the maximum removal of phenol. also, the results of scanning electron microscopy (sem) and transmission electron microscopy (tem) analysis showed that the produced photocatalyst has nano dimensions and that the core-shell structure has been successfully formed. according to the results obtained in this study, the highest efficiency of the sonophotocatalytic process was obtained at ph = 4, h2o2 concentration 8 ml/liter, catalyst dose 2.3 g/liter and time 93 minutes with a removal rate of 83%. among the investigated parameters, ph and time had the greatest effect on the phenol removal rate. the reusability of the catalyst reached 66% during 5 stages of the recovery cycle process. experimental findings showed that the use of fe3o4@sio2@tio2 catalyst in the presence of ultrasound waves has an increasing effect in the photocatalytic decomposition of phenol. therefore hybrid systems can be used as a promising technology in water and wastewater treatment processes.