حذف فتوکاتالیستی اتیلن دی‌کلراید توسط نانوکامپوزیت پلی آنیلین-دی اکسید تیتانیم تثبیت شده بر سطح گلوله‌های شیشه‌ای: بهینه‌سازی به روش سطح پاسخ-طراحی مرکب مرکزی

اتیلن دی‌کلراید یکی از مهم‌ترین هیدروکربن‌های کلرینه در پساب صنایع پتروشیمی است که عمدتاً برای تولید مونومر وینیل کلراید که پیش ماده اصلی تولید پی‌وی‌سی است، استفاده می‌شود. ایران یکی از بزرگ‌ترین تولیدکنندگان پی‌وی‌سی در جهان است. در فرایند تولید 1000 کیلوگرم اتیلن دی‌کلراید، در حدود 0.4 مترمکعب پساب تولید می‌شود که حاوی 50 تا 200 میلی‌گرم در لیتر اتیلن دی‌کلراید است. در این پژوهش، روش تجزیه فتوکاتالیستی برای حذف این هیدروکربن کلرینه مورد استفاده قرار گرفت. نانوکامپوزیت panitio2 به روش لایه‌نشانی غوطه‌وری بر سطح گلوله‌های شیشه‌ای تثبیت شد. خصوصیات مورفولوژی نانوکامپوزیت panitio2 با استفاده از تحلیل‌های میکروسکوپ الکترونی روبشی، طیف سنجی پراش انرژی پرتو ایکس و طیف سنجی مرئی فرابنفش مورد تایید قرار گرفت. یک راکتور فتوکاتالیستی بستر ثابت در مقیاس نیمه صنعتی برای آزمایش‌های فوتوکاتالیستی مورد استفاده قرار گرفت. روش سطح پاسخ بر اساس طراحی مرکب مرکزی برای ارزیابی و بهینه‌سازی پارامترهای غلظت اولیه اتیلن دی‌کلراید، زمان ماند، ph و ضخامت پوشش به‌عنوان پارامترهای مستقل و حذف فتوکاتالیستی اتیلن دی‌کلراید به‌عنوان پاسخ، در نظر گرفته شد. بر اساس نتایج به‌دست آمده، داده‌های واقعی و مقادیر پیش‌بینی شده توسط روش سطح پاسخ با ضریب رگرسیون 0.9870 و ضریب رگرسیون اصلاح شده 0.9718 و ضریب رگرسیون پیش‌بینی شده 0.9422 همبستگی داشتند. مطابق نتایج، در شرایط بهینه غلظت اولیه اتیلن دی‌کلراید 250 میلی‌گرم در لیتر, زمان ماند 240 دقیقه, ph برابر 5 و ضخامت پوشش 0.5 میلی‌گرم بر سانتی‌متر مربع، درصد تجزیه فتوکاتالیستی اتیلن دی‌کلراید 88.84 بود. سینتیک تجزیه فتوکاتالیستی در شرایط بهینه از مدل مرتبه اول لانگمیرهینشلوود با ثابت سرعت مرتبه اول (k) برابر 0.0095 و ضریب رگرسیون برابر 0.9455 پیروی می‌کرد. حذف کامل فتوکاتالیستی اتیلن دی‌کلراید پس از 360 دقیقه به‌دست آمد. از نتایج به‌دست آمده در این پژوهش می‌توان نتیجه گرفت راکتور طراحی و ساخته شده، احتمالاً قابلیت صنعتی شدن را دارد.

Photocatalytic Removal of Ethylene Dichloride Using PAni-TiO2 Nanocomposites Supported on Glass Beads: Process Optimization by RSM-CCD Approach

Ethylene dichloride is one of the most important chlorinated hydrocarbons in the petrochemical industry, which is mainly used to produce vinyl chloride monomer, the main precurser of PVC production. Iran is one of the largest PVC producers in the world. During the production of 1000 kg of ethylene dichloride, about 0.4 m3 wastewater is produced containing 50200 mg / L of ethylene dichloride. In this study, heterogeneous photocatalysis was used for degradation of this chlorinated hydrocarbon. PAniTiO2 nanocomposite was immobilized on glass beads by a modified dip coating and heat attachment method. The morphology characteristics were confirmed by scanning electron microscope, energy dispersive Xray spectroscopy and ultraviolet–visible spectroscopy. A pilot scale packed bed recirculating batch photocatalytic reactor was used for conducting photocatalytic experiments. response surface methodology based on central composite design was used to evaluate and optimize the effect of ethylene dichloride concentration, residence time, pH and coating mass as independent variables on the photocatalytic degradation of ethylene dichloride as the response function. Based on the results, actual and RSM predicted results were well fitted with R2 of 0.9870, adjusted R2 of 0.9718 and predicted R2 of 0.9422. Optimum conditions were the ethylene dichloride concentration of 250 mg/L, reaction time of 240 min, pH of 5 and immobilized mass of 0.5 mg/cm2, which resulted in 88.84% photocatalytic degradation. Kinetic of the photocatalytic degradation at optimal condition followed the LangmuirHinshelwood first order reaction with k=0.0095 min1 with R2=0.9455. Complete photocatalytic degradation of ethylene dichloride was achieved after 360 min. Based on the results, it may be argued that the designed and constructed photocatalytic reactor has the potential for industrialization.