بررسی قابلیت سیستم الکتروفنتون با استفاده از الکترود گرافیت با پوشش نانو لوله کربن در حذف رنگزای اسید اورانژ 7

رنگزاهای آزو در صنایعی مانند نساجی و رنگرزی کاربرد بسیاری دارند. با توجه به خصوصیات ویژه این ترکیبات از قبیل پتانسیل بالای سرطان زایی و جهش زایی روشهای گوناگونی به منظور تصفیه آنها به کار گرفته شده است. به تازگی کاربرد فرایند الکتروفنتون به دلیلکاهش مصرف انرژی، قدرت اکسندگی بالا و تولید محصولات جانبی دوستدار محیط زیست در حذف رنگزا از محلولهای آبی به صورتگستردهای افزایش یافته است. این فرایند شامل واکنش غیر انتخابی ترکیبات آلی و رادیکال هیدروکسید تولیدی طی الکترولیز h2o2 و یون آهن بهعنوان کاتالیزور است. همچنین میتوان به منظور افزایش راندمان تولید پراکسید هیدروژن و در نهایت کارایی این فرایند، ذرات کربن فعال و نانولوله کربنی را در سطح الکترود کربنی تثبیت کرد. در این پژوهش فرایند الکتروفنتون با استفاده از کاتدی از جنس گرافیت با پوشش نانو لوله کربنیو آندی از جنس فولاد زنگ نزن برای حذف رنگ از فاضلاب سنتزی انجام شد. نتایج روی فاضلاب سنتزی نشان داد که فرایند الکتروفنتون تحتشرایط بهینه غلظت اولیه رنگزا 100 میلی گرم بر لیتر، چگالی جریان 1 میلی آمپر بر سانتی متر مربع، بدون هوادهی، ph، معادل با 6/5، سطح الکترود 90 سانتی متر مربع، غلظت الکترولیت 0/01 مولار و با مصرف انرژی 0/13 کیلووات ساعت به ازای هرppm رنگزای حذف شده پس از360 دقیقه به ترتیب به راندمان حذف 98 و 95 درصد برای رنگزا و cod رسید. در این پژوهش نشان داده شد که سیستم الکتروفنتون با استفادهاز الکترودهای گرافیت با پوشش نانو لوله کربنی و فولاد زنگ نزن در عین کاهش هزینه های اجرایی از کارایی بالایی در حذف رنگزای اسید اورانژ7 برخوردار است. بر اساس نتایج به دست آمده، فرایند الکتروفنتون برای تجزیه فاضلاب حاوی رنگزا و آلایندههای مقاوم میتواند به عنوان پیشتصفیه مورد استفاده قرار گیرد. این تکنولوژی قابل اجراء موجب بهبود قابلیت تصفیه پذیری زیستی فاضلاب نساجی میشود.

Analysis of degradation of Acid Orange 7 by Electro-Fenton process with graphite cathode coated by carbon nanotubes

Azo dyes constitute the largest class of dyes and contains one or various azo groups conjugated with aromatic systems such as acid azo dyes which have sulfonic groups causing strong attachment to the cationic groups of fibers. The characteristics of these materials are high color intensity and visibility in very low concentrations, complex chemical structures, and light resistance and hard to biodegradability, variability in pH range and above of these they have high carcinogenic and mutagenic potential. Generally, the physical, chemical and biological methods are considered as textile wastewater treatment techniques such as electrocoagulation, absorption, advanced oxidation, Fenton, photoFenton, photoelectrochemical and photoelectrocatalytic. ElectroFenton is an indirect oxidation process and is based on in situ electrochemical generation of peroxide hydrogen due to electrochemical reduction of dissolved oxygen next to graphite cathode. In this process hydroxide radicals are generated by reaction of hydrogen peroxide and iron ions in acidic condition. Hydroxide radicals are the most powerful radicals with high oxidation potential lead to degrade organic matters into simple compounds like water and carbon dioxide. Recently carbonic material like carbon felt, graphite, activated carbon fibers, carbon nanotubes, carbonic sponge and graphitePTFE are used to improve electroFenton process. Enhancement of surface area, reaction rate and electron transfer are the main reasons which Carbon nanotubes are used to improve electrochemical production of hydrogen peroxide in electroFenton process. Dye removal increased at initial reaction time by increasing current intensity, aeration rate and electrode surface due to enhancing electroFenton regents, meanwhile it decreased with increasing pH and electrolyte concentration. Reduction in dye degradation is usually caused by scavenging role of hydrogen peroxide and iron ions due to reaction of these compounds with hydroxyl radicals which decreased its concentration in reactor. Dye degradation increase by enhancement of Initial dye concentration from 35 to 100 mg/L but when initial dye concentration increased further to 200 mg/L, degradation rate was reduced. On the other hand energy consumption reduced by decreasing current intensity from 2 to 1 mA/cm2 and enhancing electrode surface from 30 to 90 cm2. It has been shown that carbon nanotubes coated on graphite cathode could enhance dye removal rate by increasing hydrogen peroxide concentration due to increase electrode surface area, electron transfer and reaction rate. The results showed that dye and COD removal efficiency was obtained 98% and 95% after 180 and 360 minutes respectively at the optimal condition of effective parameters such as current density of 1 mA/cm2, pH of 6.5, no aeration, initial dye concentration of 100 mg/L, electrode surface of 90 cm2, electrolyte concentration of 0.01 M, temperature of 25 ◦C and energy consumption of 0.13 KWhpm. ElectroFenton process seems to be an economic and environmental friendly process to remove the toxicity of the persistent organic pollutants from water due to generation of hydrogen peroxide and hydroxyl radicals. It has been demonstrated that electroFenton process with the use of stainless steel anode and graphite cathode coated with carbon nanotube is a very effective and operative method to degrade Acid Orange 7.