بهینه سازی تولید هیدروژن با استفاده از نانوفتوکاتالیست های تیتانیا/زئولیت فرآوری شده با بکارگیری روش سطح پاسخ براساس طراحی باکس بنکن

در پژوهش حاضر، روش سطح پاسخ براساس طراحی باکسبنکن با هدف بهینه سازی تولید فتوکاتالیستی هیدروژن با استفاده از فتوکاتالیست تیتانیا-کلینوپتیلولیت فرآوری شده بررسی شد. بدین ترتیب، در ساخت فتوکاتالیست، به منظور دستیابی به یک پایه طبیعی موثر، همگن و تکرارپذیر، از روش فرآوری ترکیبی تبادل یونیبازشویی استفاده شد و بارگذاری 10 درصد وزنی فاز فعال tio2 بر روی پایه کلینوپتیلولیت فرآوری شده به کمک تابش اولتراسوند در طول فرایند سنتز به روش ssd انجام گرفت. نتایج آنالیزهای شناسایی نشان از خصوصیات فیزیکیشیمیایی مناسب فتوکاتالیست سنتز شده دارند که آن را برای واکنش فتوکاتالیستی شکافت آب مناسب و موثر می کند. براساس نتایج جدول آنالیز واریانس هر سه متغیر و پارامتر عملیاتی میزان ph محلول، مقدار بارگذاری فتوکاتالیست و مقدار درصد حجمی عامل الکترون دهنده بر روی میزان تولید هیدروژن اثرگذارند. در میان این سه متغیر، میزان ph محلول موثرترین پارامتر شناخته می شود. از بین مدل های مورد ارزیابی در روش سطح پاسخ، مدل مرتبه دوم با بالاترین مقدار ضریب همبستگی (0.9967=r^2 و 0.9942=r^2adj) بیشترین تطابق را با داده های آزمایشگاهی دارد. با بررسی نحوه اثرگذاری این پارامترها و تعاملاتشان روی پاسخ، می توان دریافت که حداکثر مقدار هیدروژن تولیدی در شرایط بهینه ph بازی برابر با 10، مقدار کاتالیست g l^-1 1/1 و مقدار عامل الکترون دهنده 12.5 درصد حجمی به دست می آید.

Optimization of Hydrogen Production over TiO2/Treated Zeolite Nanophotocatalyst using Response Surface Box Behnken Design

In present study, the optimization of hydrogen production by water splitting over TiO2/treated clinoptilolite photocatalyst was investigated using Box–Behnken design (BBD) combined with response surface methodology (RSM). In the photocatalyst preparation, the combined ion exchangealkaline treatment was used to achive a Optimization of Hydrogen Production over TiO2/Treated Zeolite Nanophotocatalyst using Response Surface BoxBehnken Design  Rojiar Akbari Sene1*, Shahram Sharifnia2 and Gholamreza Moradi31 Department of Chemical Engineering, Faculty of Engineering, University of Kurdistan, Sanandaj, Iran, r.akbari@uok.ac.ir2 Catalyst Research Center, Department of Chemical Engineering, Razi University, Kermanshah, Iran, sharif@razi.ac.ir3 Catalyst Research Center, Department of Chemical Engineering, Razi University, Kermanshah, Iran, gmoradi@razi.ac.ir*Corresponding author(Received: 2021.02.11, Received in revised form: 2021.06.08, Accepted: 2021.07.04) In present study, the optimization of hydrogen production by water splitting over TiO2/treated clinoptilolite photocatalyst was investigated using Box–Behnken design (BBD) combined with response surface methodology (RSM). In the photocatalyst preparation, the combined ion exchangealkaline treatment was used to achieve a chemical homogenous, reproducible and effective natural support. Moreover, 10 wt.% of TiO2 nanoparticles was loaded over zeolitic supports using facile and cost effective solid state dispersion (SSD) method in the presence of ultrasound irradiation. The characterization results indicated suitable optical and physicochemical properties of the assynthesized photocatalyst which making it effective in the water splitting reaction. The operational variables considered in BoxBehnken method included pH solution, photocatalyst dosage and sacrificial agent concentration. Based on the ANOVA results, all three process variables affect the hydrogen production. Among them, the most significant effect is attributed to pH solution. The application of the RSM resulted in the formulation of several models out which the quadratic model with the highest value of the determined R2 coefficients (R2=0.9967 and R2adj=0.9942) was adjudged to adequately fit the experimental data. By examining how the process variables and their interactions affect the response, it can be found that the maximum efficiency of hydrogen production was obtained at optimum conditions of alkaline solution pH of 10, catalyst dosage of 1.1 g/L and sacrificial agent concentration of 12.5 vol.%.