روجیار اکبری سنه

با توجه به کاهش منابع سوخت فسیلی و افزایش آلودگی‌های زیست‌محیطی، از جمله ورود پساب‌های رنگی به منابع آبی، نیاز به فناوری‌های نوین پایدار بیش از پیش احساس می‌شود. فرآیندهای فتوکاتالیستی با استفاده از مواد نیمه‌رسانا و تابش نور، راهکاری موثر برای حل هم‌زمان این چالش‌ها هستند؛ زیرا ضمن تخریب آلاینده‌های آلی از پساب‌ها، امکان تولید سوخت سبز هیدروژن بدون ایجاد آلاینده‌های ثانویه را نیز فراهم می‌کنند. بیسموت فریت به‌دلیل برخورداری از ویژگی‌های منحصر‌به‌فرد فتوکاتالیستی و خواص مغناطیسی، به‌عنوان یکی از کاندیداهای امیدوارکننده برای کاربرد در فرآیندهای فتوکاتالیستی دوگانه مطرح شده است. ساختار پروسکایتی، پایداری شیمیایی بالا، جذب موثر نور مرئی و خاصیت چندفروالکتریکی این ماده، آن را برای انجام هم‌زمان واکنش‌های اکسایشی و کاهشی در محیط‌های آبی مناسب ساخته است. با این حال، ساختار نانوذره پودریBiFeO₃ همچنان با چالش‌هایی نظیر تمایل شدید به تجمع در محلول واکنش، که منجر به کاهش سطح فعال و افت راندمان جذب نور می‌شود، بازترکیب سریع حامل‌های بار (الکترون–حفره) که کارایی فرآیندهای نوری و تولید گونه‌های فعال اکسیداتیو را محدود می‌سازد، و همچنین دشواری جداسازی ذرات از محیط واکنش پس از فرآیند ، مواجه است که مانع از بازیابی و استفاده مجدد موثر آن‌ها می‌گردد. از جمله راه‌حل‌های موثر برای رفع یا کاهش چالش‌های عملکردی نیمه‌رسانایBiFeO₃، می‌توان به تولید فتوکاتالیست‌های یک‌بعدی مبتنی برBiFeO₃ از طریق روش الکتروریسی و همچنین افزودن تقویت‌کنندهSiO₂ اشاره کرد. بدین جهت، در این تحقیق، کارایی نانوالیاف BiFeO3 سنتز شده به روش الکتروریسی و نیز نانوالیاف بیسموت فریت تقویت شده با مقادیر مختلف نانوذرات سیلیس (5/2، 5 و wt.% 5/7) در فرآیند تجزیه نوری آلاینده رنگی متیل اورانژ مورد مطالعه و ارزیابی قرار گرفت. در ادامه، فعالیت فتوکاتالیست با مقدار بهینه تقویت‌کننده سیلیس در فرآیندهای همزمان تولید نوری هیدروژن و تصفیه متیل اورانژ مورد بررسی قرار گرفت. بررسی نتایج حاصل از تست‌های فتوراکتوری نشان داد که افزودن تقویت‌کننده SiO2 می‌تواند به طور موثر راندمان حذف آلاینده متیل اورانژ را بهبود ببخشد. از سمتی دیگر نیز با افزودن تقویت‌کننده سیلیس تا 5 درصد وزنی راندمان حذف افزایشی است و پس از آن با افزایش بیشتر غلظت تقویت‌کننده راندمان حذف کاهشی خواهد بود. فعالیت بهبودیافته برای نمونه حاوی wt.% 5 را می‌توان به تشکیل فاز اورتوسیلیکات بیسموت با فعالیت مطلوب در نور فرابنفش، پراکندگی مناسب نانوذرات سیلیس در ساختار نانوالیاف، حفظ ویژگی‌های نوری بیسموت فریت پس از افزودن سیلیس، کاهش نقص‌های ساختاری نانوالیاف BiFeO3 در حضور نانوذراتSiO₂ و کاهش نرخ بازترکیب حامل‌های بار نسبت داد؛ که توسط آنالیزهای ساختاری و نوری مختلف XRD، FESEM/EDX، UV-Vis و PL تایید گردید. نانوالیاف کامپوزیتی منتخب BFO-Si(5) عملکرد قابل‌توجهی در فرآیندهای هم‌زمان تصفیه پساب و تولید هیدروژن از خود نشان داد. تحت تابش نور فرابنفش به‌مدت 3 ساعت، بیش از 95% از آلاینده متیل اورانژ تخریب شد و نرخ تولید هیدروژن به μmol·g⁻¹·h⁻¹ 650 رسید که حدود 8/3 برابر بیشتر از نمونه خالص BFO بود.

در عصر حاضر، با افزایش تمایل به مصرف فرآورده‌های گیاهی سالم، طبیعی و فاقد افزودنی‌های شیمیایی، ارتقاء کیفیت ظاهری و فیزیکی این محصولات، به‌ویژه شفافیت، به یکی از اولویت‌های اصلی صنعت مواد غذایی تبدیل شده است. در این میان، شیره‌های گیاهی نظیر شیره‌ی انجیر و انگور، علی‌رغم دارا بودن ترکیبات مغذی و مزایای تغذیه‌ای گسترده، در مرحله‌ی استخراج و فرآوری با چالش کدورت مواجه‌اند. ترکیبات کلوئیدی، پلی‌فنول‌ها، پکتین و ذرات معلق باعث بروز کدورت شده و ضمن کاهش پذیرش مصرف‌کننده، بر ماندگاری و پایداری محصول نیز اثر منفی می‌گذارند. در این راستا، بهره‌گیری از روش جذب زیستی با استفاده از جاذب‌های طبیعی، ارزان‌قیمت و در دسترس حاصل از ضایعات کشاورزی نظیر پوست پرتقال، پوست لیمو و پوست نارنگی، به‌عنوان روشی کم‌هزینه، کارآمد و زیست‌سازگار برای حذف عوامل کدورت‌زا از محلول‌های آبی و گیاهی مورد توجه قرار گرفته است. لذا، در این پژوهش، فرآیند کدورت‌زدایی از شیره‌های گیاهی انجیر و انگور با بهره‌گیری از جاذب‌های زیستی حاصل از پوست مرکبات (پرتقال، نارنگی و لیمو) مورد بررسی قرار گرفت. جهت ارزیابی ویژگی‌های ساختاری جاذب‌ها و شناسایی گروه‌های عاملی موثر در فرآیند جذب، آنالیزهای پیشرفته شامل FESEM، EDX، FTIR و BET انجام شد. نتایج این آنالیزها نشان دادند که جاذب زیستی حاصل از پوست پرتقال دارای ساختاری متخلخل‌تر، سطح فعال بیشتر، مورفولوژی یکنواخت‌تر و فاقد تجمع ذرات نسبت به پوست‌های نارنگی و لیمو می‌باشد. حضور گروه‌های عاملی موثر نظیر کربونیل، هیدروکسیل، ترکیبات اتری و فنولی در طیف‌های FTIR و سطح ویژه‌ی بالاتر به میزان m²/g 10 در آنالیز BET، عملکرد مطلوب‌تر این جاذب را در فرآیند جذب سطحی تایید کرد. مطابق نتایج حاصل از آزمایش‌های جذب سطحی، بازده کدورت‌زدایی شیره انجیر با استفاده از جاذب زیستی پوست پرتقال برابر با 5/65 % بوده که به‌طور معناداری بالاتر از میزان جذب ثبت‌شده برای شیره انگور (8/36%) می‌باشد. این تفاوت عملکرد می‌تواند ناشی از نوع و ساختار ترکیبات کدورت‌زا در دو نوع شیره باشد؛ به‌طوری که ترکیبات کلوئیدی و پلی‌فنولی موجود در شیره انجیر، به‌دلیل برهم‌کنش‌های موثرتر با گروه‌های عاملی فعال سطح جاذب، به‌طور قابل ملاحظه‌تری حذف می‌شوند. در ادامه، تاثیر پارامترهای عملیاتی شامل نوع جاذب، زمان تماس، مقدار جاذب، میزان ژلاتین مصرفی و pH محلول شیره بر فرآیند کدورت‌زدایی با استفاده از روش یک فاکتور در یک زمان مورد بررسی قرار گرفت. جاذب پوست پرتقال تحت شرایط بهینه شامل زمان تماس 60 دقیقه، مقدار جاذب g 2/0، ژلاتین g 009/0 و pH اسیدی، بالاترین بازده حذف کدورت (4/70%) را به‌دست آورد. حضور ژلاتین به‌عنوان کمک‌منعقدکننده طبیعی منجر به برهم‌کنش موثرتر بین ذرات کدورت‌زا و جاذب شد، اما استفاده‌ی بیش از حد آن موجب ایجاد کدورت معکوس گردید. این روش قابلیت توسعه برای کاربردهای صنعتی، به‌ویژه در تصفیه‌ی محصولات غذایی شفاف را دارا بوده و می‌تواند جایگزینی پایدار برای روش‌های شیمیایی متداول باشد.

در جهان امروز که مسئله کم آبی و تامین آب شرب به یکی از چالش‌های بزرگ تبدیل شده، افزایش جمعیت و نفوذ آلاینده‌های دارویی همچون آنتی‌بیوتیک پرمصرف تتراسایکلین به آب‌های سطحی و زیرزمینی به این معضل دامن زده است. حضور تتراسایکلین در منابع آبی به دلیل ایجاد مقاومت آنتی‌بیوتیکی در باکتری‌ها و تجزیه ناپذیری، برای انسان و سایر موجودات زنده خطرآفرین است. همچنین بخش عمده‌ای از تتراسایکلین پس از مصرف توسط انسان و سایر موجودات زنده دفع شده و درنهایت وارد آب‌های سطحی و زیرزمینی می‌شود. بنابراین حذف این آلاینده از منابع آبی محیط‌زیست اهمیت بسیار بالایی دارد. بدین منظور روش جذب سطحی به عنوان یک روش موثر و کم هزینه و بکارگیری جاذب معدنی کلینوپتیلولیت به عنوان یک جاذب ارزان و در دسترس برای حذف تتراسایکلین از پساب آبی مورد توجه قرار گرفته است. با این وجود بکارگیری کلینوپتیلولیت خام به عنوان یک زئولیت طبیعی به دلیل وجود ناخالصی‌های ساختاری در آن، محدود بودن ظرفیت جذب، عدم تکرارپذیری و مشکل در جداسازی با چالش‌هایی همراه است. راهکار‌های موثری جهت غلبه به این چالش‌ها مطرح شده‌اند، از جمله این راهکارها می‌توان به انجام فرآوری شیمیایی و افزودن فریت‌های مغناطیسی به ترکیب کلینوپتیلولیت اشاره کرد. بنابراین در این پژوهش تاثیر استفاده از روش‌های فرآوری شیمیایی اسیدشویی، بازشویی و تعویض یونی جهت اصلاح ساختار و سطح کلینوپتیلولیت، اثر دمای کلسیناسیون بر خاصیت مغناطیسی و عملکرد جذبی فریت منیزیم و اضافه کردن آن به جاذب فرآوری شده کلینوپتیلولیت با ترکیب درصدهای مختلف و در نهایت تاثیر پارامترهای عملیاتی مختلف بر راندمان حذف تتراسایکلین از محلول آبی مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج حاصله نشان داد که با انجام فرآوری شیمیایی روی جاذب کلینوپتیلولیت، علاوه بر حذف ناخالصی‌های ساختار جاذب و رفع مشکل عدم تکرارپذیری، مورفولوژی یکنواخت‌تر و متخلخل‌تری در جاذب ایجاد شد. همچنین نتایج آنالیزهای شناسایی نشان داد که بعد از انجام فرآوری‌های شیمیایی، ساختار جاذب حفظ شده و هیچ تخریب ساختاری مشاهده نشد. در میان فرآوری‌های شیمیایی انجام شده، روش بازشویی باعث افزایش مساحت سطح، ایجاد ساختاری همگن‌تر و توزیع بهتر سایت‌های فعال در کلینوپتیلولیت و در نهایت عملکرد بهتر آن در حذف آلاینده تتراسایکلین شد. از طرفی با بررسی تاثیر دمای کلسیناسیون بر خاصیت مغناطیسی فریت منیزیم و عملکرد آن در حذف تتراسایکلین مشخص شد که فریت منیزیم کلسینه شده در دمای °C600 از خاصیت مغناطیسی مناسب و عملکرد جذب مطلوبی برخوردار است. همچنین با قرار گرفتن 20 درصد وزنی فریت منیزیم در کنار کلینوپتیلولیت بازشویی شده بالاترین راندمان حذف و ظرفیت جذب، نسبت به سایر درصدهای وزنی سنتز شده مشاهده شد. دلیل این امر توزیع مناسب‌تر و یکنواخت‌تر فریت منیزیم روی سطح کلینوپتیلولیت و به وجود آمدن برهمکنش بسیار قوی میان آن‌ها، مساحت سطح بیشتر و دسترسی بهتر مولکول‌های آلاینده به سایت‌های فعال در این ترکیب است. بالاترین راندمان حذف تتراساکلین توسط جاذب منتخب در شرایط عملیاتی بهینه (5pH=، غلظت تتراسایکلین ppm 10 و دوز جاذب g/L 1) برابر با 58/91% و ظرفیت جذب آن نیز mg/g 158/9 بدست آمد. با ارزیابی ایزوترم و مطالعات سینتیکی جذب مشخص شد که داده‌های آزمایشگاهی با ایزوترم لانگمویر و سینتیک شبه مرتبه دوم مطابقت دارند. نتایج بدست آمده از ارزیابی ترمودینامیک فرآیند جذب سطحی تتراسایکلین نشان داد که فرآیند جذب از نوع فیزیکی، گرمازا و خود به خودی بود. نتایج ارزیابی قابلیت استفاده مجدد نشان داد که بعد از 5 سیکل استفاده، جاذب منتخب همچنان عملکرد مناسبی داشته و تغییری در ظرفیت جذب آن مشاهده نشد. همچنین این جاذب در حذف همزمان دو آلاینده دارویی تتراساکلین و سیپروفلوکساسین نیز عملکرد بسیار خوبی از خود نشان داد و کاهش محسوسی در راندمان حذف تتراسایکلین مشاهده نشد. این نتایج انتخاب‌پذیری بالای نانوکامپوزیت سنتز شده را تا حدود زیادی تایید نمود.

در دهه‌های اخیر آلودگی آب‌ها ناشی از مصرف گسترده تتراسایکلین در پزشکی و دامپزشکی به یکی از مشکلات جدی زیست محیطی تبدیل شده است چراکه این ماده به سختی تجزیه می‌شود و بخش زیادی از آن از بدن حیوانات و انسان‌ها دفع شده و می‌تواند سبب آسیب به منابع آبی، ایجاد مقاومت آنتی‌بیوتیکی و خطرات جدی برای سلامت انسان شود. بنابراین حذف این مواد آنتی‌بیوتیکی از پساب‌ها بسیار ضروری است. در این راستا، روش جذب سطحی با استفاده از جاذب ارزان قیمت و در دسترس کائولن به عنوان یک روش کم هزینه و کارآمد برای حذف تتراسایکلین از جریان‌های آلوده بسیار مورد توجه قرار گرفته است. با این حال، استفاده از کائولن خام به‌عنوان یک ماده معدنی به دلیل عدم تکرارپذیری درنتیجه تنوع ترکیبات و وجود ناخالصی، جداسازی دشوار از محلول واکنش و نیز ظرفیت جذب محدود با چالش‌هایی همراه می‌باشد. از جمله راهکارهای موثر برای رفع مشکلات بکارگیری کائولن به عنوان جاذب می‌توان به فرآوری شیمیایی و استفاده از فریت‌های مغناطیسی اشاره نمود. بنابراین در پژوهش حاضر تاثیر اصلاح ساختار و سطح کائولن با استفاده از فرآوری‌های شیمیایی اسیدشویی و بازشویی، اثر دمای کلسیناسیون بر خواص مغناطیسی و عملکردی فریت نیکل، تاثیر بکارگیری ترکیب درصدهای مختلف فریت نیکل در ساختار کائولن فرآوری شده و نیز اثرگذاری پارامترهای عملیاتی مختلف بر راندمان حذف مورد بررسی و مطالعه قرار گرفت. نتایج تست‌های شناسایی نشان داد که فرآوری شیمیایی کائولن نه تنها ساختار کائولن را دچار تخریب نمی‌کند بلکه سبب می‌شود مورفولوژی یکنواخت‌تر و همگن‌تر شود. علاوه بر این استفاده از فرآوری‌ها می‌تواند مشکل عدم تکرارپذیری و وجود ناخالصی‌ها را در ساختار کائولن رفع نماید. در میان روش‌های مختلف، کائولن اصلاح شده با روش بازشویی منجر به ایجاد جاذب با توزیع یکنواخت‌تر سایت‌های فعال، مساحت سطح بیشتر، موفولوژی یکنواخت‌تر و عملکرد بهتر در حذف پساب حاوی تتراسایکلین می‎شود که این نتایج با آنالیزهای شناسایی مختلف تایید شد. از سوی دیگر، دمای کلسیناسیون تاثیر بسیار زیادی بر عملکرد جاذب فریت نیکل دارد و بهترین عملکرد و خاصیت مغناطیسی در نمونه تکلیس شده در °C 400 مشاهده شد. مطالعات نشان داد که حضور 40 درصد وزنی فریت نیکل در کنار کائولن بازشویی بیشترین میزان حذف و ظرفیت جذب را از خود نشان داد. این عملکرد بهبود یافته می‌تواند به دلیل برهمکنش بسیار قوی میان کائولن-فریت، مورفولوژی همگن و توزیع مناسب فریت نیکل روی سطح کائولن، مساحت سطح مناسب و دسترسی بهتر به سایت‌های فعال اتفاق افتاده باشد که با آنالیزهای شناسایی نیز تایید شد. این در حالی است که بکارگیری بیشتر از فریت نیکل اگرچه منجر به افزایش مساحت سطح می‌شود، اما به دلیل تجمع و کلوخه شدن ذرات، عملکرد جاذب افت پیدا می‌کند. حداکثر میزان حذف و ظرفیت جذب تتراسایکلین در شرایط بهینه عملیاتی (7=pH، غلظت آلاینده ppm 10 و دوز جاذب g/L 1) حاصل شد که این مقدار به ترتیب 3/97% و mg/g 73/9 است. به علاوه، مطالعات ایزوترمی و سینتیکی نشان داد که نتایج تست‌های عملکردی با ایزوترم لانگمویر و مدل سینتیکی شبه مرتبه دوم بهترین برازش را دارد. افزون بر این، جاذب منتخب پس از 5 سیکل استفاده مجدد همچنان عملکرد مناسب خود را حفظ کرده و تغییری در میزان حذف و ظرفیت جذب آن مشاهده نشده است که نشان می‌دهد با مغناطیسی نمودن جاذب کائولن می‌توان بدون تلفات جاذب را بازیابی نمود.

در میان ترکیبات بیسموت اکسی هالیدهای مختلف مورد استفاده در فرآیندهای فتوکاتالیستی، Bi5O7I به دلیل پایداری حرارتی بهتر و طیف جذبی گسترش یافته به ناحیه مرئی بیشتر مورد توجه محققان قرار گرفته است. با این حال، کارآیی فتوکاتالیستی این مواد در فرآیندهای پالایش پساب به دلیل مساحت سطح کم و ظرفیت جذب آلاینده پایین، جذب نور محدود (عمدتاً در ناحیه فرابنفش) و نیز جداسازی ضعیف حاملان بار هنوز با چالش‌هایی مواجه می‌باشد. به نظر می‌رسد تشکیل ساختار اتصال ناهمگون با فریت بیسموت Bi2Fe4O9 که مساحت سطح بالا، انرژی شکاف باند بسیار باریک و خاصیت مغناطیسی دارد و نیز آلایش ساختاری آن با نانوذرات بنتونیت به‌عنوان یک آلومیناسیلیکات متخلخل طبیعی، کم هزینه، فراوان، با سطح زیاد و نیز ظرفیت جذب بالا می‌تواند چالش‌های پیش‌روی ترکیب Bi5O7I در فرآیندهای تصفیه فتوکاتالیستی را به حداقل برساند. در تحقیق حاضر، ساختار اتصال ناهمگون Bi5O7I-Bi2Fe4O9 با ترکیب درصدهای مختلف به روش رسوبی درجا تحت تابش امواج فراصوت سنتز و کارآیی فتوکاتالیستی آنها در حذف آلاینده رنگی متیل اورانژ مورد بررسی قرار گرفت. درنهایت، تاثیر آلایش ساختاری با مقادیر مختلف نانوذرات بنتونیت بر خواص و عملکرد فتوکاتالیستی ترکیب اتصال ناهمگون Bi5O7I-Bi2Fe4O9 با ترکیب درصد بهینه ارزیابی گردید. نمونههای سنتزی توسط آنالیزهای XRD، FESEM/EDX، UV-DRS، جذب-واجذب گاز نیتروژن و PL شناسایی شدند. با توجه به نتایج عملکردی، مشخص شد که نسبت وزنی اسمی 90 به 10 از BiOI به BiFeO3 ترکیب درصد بهینه جهت تشکیل ساختار اتصال ناهمگون Bi5O7I-Bi2Fe4O9 می‌باشد. نتایج آنالیزهای شناسایی تشکیل فازهای کریستالی Bi5O7I و Bi2Fe4O9 و نیز حضور نانوذرات بنتونیت در ساختار نمونه‌های آلایش یافته را تایید و نشان دادند که آلایش ساختاری کامپوزیت Bi5O7I-Bi2Fe4O9 با نانوذرات بنتونیت تا 15 درصد وزنی باعث کوچک‌شدن و همگنی اندازه نانوذرات سطحی، یکنواختی توزیع آنها و کاهش تشکیل کلوخه‌ها، افزایش مساحت سطح و تخلخل، بهبود برهمکنش بین ذرات و نیز کاهش میزان بازترکیب حاملان بار می‌شود؛ اما بارگذاری بیشتر از آن از اثرگذاری نانوذرات بنتونیت بر خواص سطحی، بافتی و نوری فتوکاتالیست می‌کاهد. در تطابق با نتایج آنالیزهای شناسایی، نتایج ارزیابی عملکردی گویای اثربخشی قابل توجه آلایش ساختاری با استفاده از مقادیر مناسب از نانوذرات بنتونیت بر روی ظرفیت جذب و کارآیی فتوکاتالیستی ساختار اتصال ناهمگون Bi5O7I-Bi2Fe4O9 بود. با افزودن مقدار %.wt 15 بنتونیت حداکثر میزان راندمان جذب (33٪) و حذف فتوکاتالیستی تحت تابش نور فرابنفش (UV) (89٪) به دست آمد. مطالعات سینتیکی نیز بیانگر سرعت تخریب بیشتر متیل اورانژ توسط Bi5O7I-Bi2Fe4O9 آلایش یافته با %.wt 15 بنتونیت و تبعیت نتایج از واکنش مرتبه اول بود. نمونه مذکور همچنین از قابلیت فتوکاتالیستی بالایی تحت تابش نور خورشید برخوردار بود بنحوی که در مدت زمان 2 ساعت تابش لامپ‌های شبیه‌ساز خورشید و LED توانست تقریباً 81 و 55٪ از آلاینده رنگی متیل اورانژ را حذف نماید. ارزیابی مقایسه‌ای اثرگذاری آلایش ساختاری با استفاده از مقدار بهینه نانوذرات بنتونیت در حضور و غیاب ساختار اتصال ناهمگون نشان داد که اثرگذاری تشکیل ساختار اتصال ناهمگون بر خواص و کارآیی فتوکاتالیستی ترکیب Bi5O7I در مقایسه با آلایش ساختاری آن با نانوذرات بنتونیت بیشتر بوده و در کنار هم اثر هم‌افزایی دارند.

افزایش جمعیت و پیشرفت روزافزون صنعت سبب تقاضای بالا برای سوخت، کاهش منابع سوخت‌های فسیلی و تشدید مسائل زیست محیطی گشته است. بر این اساس، مطالعات فراوانی برای یافتن سوختی تجدیدپذیر و پاک انجام گرفته که در میان تمام سوخت‌های پیشنهادی، بیودیزل به دلیل شباهت عملکردی به سوخت فسیلی و خواص ویژه خود به عنوان جایگزینی مناسبی برای سوخت‌های فسیلی معرفی گشته است؛ اما چالش اصلی در استفاده از این سوخت، عدم صرفه اقتصادی تولید آن در مقایسه با سوخت های فسیلی است. برای حل این مشکل، استفاده از روغن‌های پسماند و کاتالیستهای ناهمگن حاصله از ضایعات کشاورزی توسط محققین پیشنهاد شده است. کارآیی نه چندان مطلوب و جداسازی سخت کاتالیست‌های ناهمگن از ترکیب بیودیزل و متانول از موانع اصلی پیش روی این مواد دورریز و کم هزینه می باشد. در این پژوهش تلاش شد تا با ساخت کاتالیست تلفیقی از فریت روی بنیان و خاکستر پوست موز هزینه تولید کاتالیست را کاهش داده، بازده تولید بیودیزل را افزایش و جداسازی آن را آسان و کم‌هزینه کرد. نتایج نشان داد که با افزایش میزان فریت روی تا %۲۰ وزنی در ترکیب کاتالیست تولیدی توزیع سایت‌های فعال، میزان تخلخل و نیز بازده تولید بیودیزل افزایش‌یافته است؛ اما با افزایش بیشتر میزان فریت، انباشت ذرات فریت روی بر روی ذرات خاکستر پوست موز اتفاق افتاده که سبب کاهش سطح و میزان تخلخل کاتالیست، و عدم توزیع مناسب سایت‌های فعال و همچنین به‌واسطه میزان کمتر خاکستر پوست موز سبب کاهش هر چه بیشتر تعداد سایت‌های فعال و درنهایت بازده کمتر تولید بیودیزل می‌گردد. اگرچه با افزایش میزان فریت روی، خاصیت مغناطیسی کاتالیست کامپوزیتی افزایش یافت ولی در کل چندان رضایت بخش نبود. نمونه حاوی 20 درصد وزنی فریت روی (BPA ZFO20) در شرایط آزمایش دمای °C ۶۵، مقدار کاتالیست %wt. ۶، نسبت مولی متانول به روغن ۱۲: ۱ و زمان واکنش h ۴ توانست به حداکثر بازده %۹۶ برسد. با جانشانی ذرات نیکل در ساختار فریت روی خواص ساختاری فریت روی بهبود یافت به‌طوری‌که با انجام آنالیز جذب-واجذب گاز نیتروژن مشخص شد که میزان سطح از به m2/g 67/12، حجم ویژه به cm3/g06/0 و قطر حفرات به nm 89/18 افزایش یافته است. از سویی به‌واسطه خواص سطحی بهتر فریت روی-نیکل در مقایسه با فریت روی، شاهد بهبود توزیع سایت‌های فعال در نمونه سنتز شده با استفاده از فریت روی-نیکل (BPA-NZFO20) نسبت به نمونه BPA ZFO20 هستیم. لازم به ذکر است مغناطیس اشباع نمونه BP-NZFO20 نسبت به BPA-ZFO20 به‌شدت افزایش‌یافته و مقدار آن برابر با emu/g96/13 شده است که باعث تسهیل جداسازی کاتالیست توسط میدان مغناطیسی خارجی می‌گردد. نمونه BPA-NZFO20 توانست در شرایط آزمایش مشابه با BPA-ZFO20 اما در مدت‌زمان ۳ ساعت به بازده %97 برسد. نمونه سنتر شده با استفاده از فریت روی نیکل پس از سه بار استفاده و بازیابی مجدد در سیکل چهارم توانست به بازده بالای %۸۰ دست یابد. همچنین، خواص بیودیزل تولیدی اندازه گیری و با استانداردهای EN14214 و ASTM D6751 مقایسه شد که مشخص گردید بیودیزل تولیدی از کیفیت بالایی برخوردار می‌باشد.

انرژی یک عنصر ضروری برای زندگی انسان در دنیای امروز است و در توسعه پایدار نقشی حیاتی ایفا می‌کند. بدون انرژی، امکان تامین نیازهای خانه‌ها، کسب‌وکارها و صنایع، و همچنین اجرای سامانه‌های حمل‌ونقل و ارتباطی وجود نخواهد داشت. نیاز به داشتن تامین انرژی پایدار، نیاز به بررسی منابع انرژی موجود را می‌طلبد و در بین این منابع، منابع تجدیدپذیر در راس اولویت قرار دارند. در این بین استفاده از انرژی خورشیدی و پنل‌های فتوولتاییک از مهم‌ترین انواع انرژی‌های تجدیدپذیر به شمار می‌رود. از این رو مدیریت حرارتی برای بهبود عملکرد کلی سلول‌های فتوولتائیک (PV) ضروری است. این مطالعه یک مطالعه عددی جامع بر روی یک پنل PV ارائه می‌کند. در این پژوهش یک سیستم خنک‌کننده برخورد جت نانوسیال (JIC) با پیکربندی‌های مختلف توسعه یافته و در پنل PV ادغام شده و دمای سطح پنل را کنترل می‌کند. جهت شبیه‌سازی از یک مدل چند فازی استفاده شده است تا فرایند برخورد جت با سطح پنل مورد مطالعه قرار گیرد. این شبیه‌سازی‌ها جهت رفتارشناسی و تحصیل میزان اثرگذاری پارامترهای تاثیرگذار مختلف، شامل دمای ورودی °C20و °C30 ، تعداد نازل 4، 8 و 16، نرخ جریان جرمی(kg/s) 025/0، 05/0، 075/0 و 1/0 و غلظت نانوسیال Sic در مقادیر 0%، 2%، 4% و 6%، می‌شود. نتایج عددی نشان می‌دهد که دمای PV خنک نشده به °C5/67 می‌رسد، در حالی که استفاده از سیستم JIC آن را تا °C52/22 کاهش می‌دهد. دمای ورودی پایین‌تر و نرخ جریان جرمی بزرگتر منجر به راندمان PV بالاتر می‌شود. تعداد نازل‌ها روی سطح دما و یکنواختی آن تاثیر مستقیم می‌گذارد. همچنین نتایج پیش‌بینی می‌کند که با افزایش تعداد نازل‌ها، احتمال افزایش اندازه دبی بحرانی شدت می‌یابد که در عین خروج جت، جت به پنل برخورد نکرده و عملاً خنک‌کاری با مشکل دچار می‌شود.

در جهان امروز، رشد غیرقابل انکار صنعت جهانی و سریع جمعیت، از یک جهت منجر به آلودگی بیش از پیش آب و کاهش آب‌های قابل شرب، از جهتی دیگر منجر به افزایش تقاضای مصرف انرژی و نزدیک شدن به بحران انرژی می‌شود. بنابراین با تکیه بر منابع حاضر انرژی که از طریق سوخت‌های فسیلی تامین می‌شود نمی‌توان این بحران را مدیریت کرده و نیاز به جایگزین کردن آن با منابعی پاک و تجدید پذیر جهت تولید سوختی مناسب مانند هیدروژن است. فرآیند فتوکاتالیستی یکی از فرآیندهای بسیار مورد توجه در این زمینه است که با استفاده از نیمه‌رساناهای مختلف همچون ترکیبات بیسموت بنیان از جمله بیسموت اکسی هالیدها (BiOX) به حل همزمان مشکلات بحران انرژی و آلودگی آب می‌پردازد. باز ترکیبی سریع جفت‌های الکترون حفره، بازده جدایش پایین حامل‌های بار و بازیابی و جداسازی دشوار نیمه‌رساناها از محلول واکنش، از جمله دلایل مهم و اصلی کارایی نه چندان مناسب ترکیبات BiOX در انجام این فرآیند محسوب می‌شود. یکی از راهکارهای موثر جهت برطرف نمودن چالش‌ها و موانع پیش روی فرآیند فتوکاتالیستی، ایجاد ساختار اتصال ناهمگون بین ترکیبات BiOX با یک نیمه‌رسانای مناسب دیگر مانند بیسموت فریت مغناطیسی BiFeO3 است. BiFeO3 با شکاف باند باریک، خاصیت مغناطیسی و مورفولوژی کریستالی خاص، گزینه‌ای امیدوار کننده جهت ایجاد اتصال ناهمگون و بهبود عملکرد فتوکاتالیست‌های بیسموت اکسی هالیدی می‌باشد. در پژوهش حاضر، ترکیبات اتصالات ناهمگون مختلف BiOI-BiFeO3، BiOBr-BiFeO3 و BiOCl-BiFeO3 به کمک روش سونوشیمیایی-رسوبی با درصدهای مختلف وزنی سنتز و کارآیی آن‌ها در فرآیند حذف آلاینده دارویی تتراسایکلین مورد بررسی و مقایسه قرار گرفت. در ادامه، فتوکاتالیست بهینه هر دسته انتخاب گردید و عملکرد آن‌ها در فرآیند همزمان تولید هیدروژن و تصفیه پساب دارویی تتراسایکلین مورد مقایسه و ارزیابی قرار گرفت. با توجه به نتایج می‌توان دریافت که بطور کلی بکارگیری ترکیبات BiOX مختلف در کنار BiFeO3 جهت تشکیل اتصالات ناهمگون برای تخریب آلاینده تتراسایکلین اثرگذاری ثمربخشی داشته است. در نتیجه قراگیری 10 درصد وزنی BiFeO3 در کنار BiOI، فتوکاتالیست کامپوزیتی فعال در نور مرئی با ساختاری نسبتاً همگن به دست آمد که توانست در مدت زمان 3 ساعت تابش نور فرابنفش آلاینده تتراسایکلین را به میزان 4/89% حذف نماید. افزون بر این، نتایج نشان داد که تشکیل ترکیب اتصال ناهمگونی از 5 درصد وزنی BiFeO3 در کنار 95 درصد وزنی BiOBr با کاهش سرعت بازترکیبی جفت-های الکترون-حفره و ایجاد یک مورفولوژی سلسله مراتبی، عملکرد قابل قبولی در حذف تتراسایکلین با دستیابی به بازدهی 3/90%، از خود نشان داد. در بخش بعدی، نتایج، بیانگر عملکرد بسیار مطلوب ترکیب 10 درصد وزنی BiFeO3 در کنار90 درصد وزنی BiOCl بوده و این ترکیب، موفق به حذف کامل تتراسایکلین از محلول واکنش گردید که این راندمان بالا به دلیل توزیع و پراکندگی بسیار یکنواخت ذرات نیمه‌رسانا، تشکیل یک ساختار همگن بدون کلوخه و انباشتگی، برهمکنش مناسب بین ذرات و کاهش قابل ملاحظه سرعت بازترکیبی جفت‌های الکترون-حفره در این نمونه بود که توسط آنالیزهای شناسایی XRD، FESEM، EDX و PL نیز تایید گردید. در تست راکتوری تحت تابش نور شبیه‌ساز خورشید، نمونه BiOI-BiFeO3 به دلیل لبه باند جذب وسیع در ناحیه مرئی، توانست در مقایسه با سایر ترکیبات، بهترین عملکرد را برای حذف آلاینده تتراسایکلین از خود نشان دهد. در نهایت نتایج نشان داد که عملکرد هر سه فتوکاتالیست اتصال ناهمگون بهینه در فرآیند همزمان تولید هیدروژن و تخریب نوری تتراسایکلین قابل قبول بوده و در این میان، فتوکاتالیست BCl90-BF10 با تولید μmol/g.h 2700 هیدروژن و حذف بیش از 96% تتراسایکلین به عنوان فتوکاتالیست بهینه این پژوهش تعیین گردید.

در طول چند دهه گذشته، تحقیقات زیادی در مورد حذف فلزات سمی سنگین از بدنه‌های آبی در سراسر جهان انجام شده است. کروم (VI) موجود در پساب صنعتی که دارای سمیت بیولوژیکی بالایی هستند که در حال حاضر به یکی از منابع اصلی آلودگی آب‌ها تبدیل شده است و همچنین به دلیل پایداری شیمیایی حذف آن از پساب‌ها دشوار است. بنابراین جستجوی راه‌های اقتصادی و کارآمد برای کاهش غلظت ترکیبات مرتبط با کروم (VI) از بدنه‌های آبی بسیار مهم است. در این میان، فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته با بکارگیری نیمه‌رسانا اکسید روی به دلیل سازگاری با محیط زیست، عدم تولید آلاینده ثانویه و شرایط عملیاتی محیطی از جمله روش‌های قابل اعتماد و مناسب است که می‌تواند مشکل آلودگی منابع آبی با آلاینده‌های آلی را برطرف کند. با این حال، فعالیت فتوکاتالیستی ZnO با توجه به خواص جذب ضعیف، نرخ نوترکیبی بالای جفت‌های الکترون-حفره و جداسازی دشوار نانوذارت از محلول واکنش برای کاربردهای عملی محدود شده است. به نظر می‌رسد که تثبیت و بارگذاری نیمه-رسانا اکسید روی بر روی پایه با مساحت سطح بالا، می‌تواند تعدادی از مشکلات این نیمه‌رسانا همچون سرعت نوترکیبی الکترون-حفره، تسهیل انتقال مولکول‌های آلاینده از محلول به سطح کاتالیست، قابلیت جذب و استفاده مجدد فتوکاتالیست را تا حد زیادی رفع نماید و در نهایت منجر به افزایش فعالیت فتوکاتالیستی ZnO شود. لذا در این تحقیق، میزان جذب آلاینده کروم با استفاده از پایه‌های زئولیتی کلینوپتیلولیت، زئولیت Y و HZSM-5، تثبیت نیمه‌رسانا اکسید روی بر روی پایه‌های زئولیتی مختلف، مقایسه روش‌های تثبیت نیمه‌رسانا اکسید روی بر روی پایه زئولیتی و نیز بررسی قابلیت استفاده مجدد فتوکاتالیست منتخب مورد مطالعه قرار گرفت. ماهیت کامپوزیت‌های مذکور با استفاده از آنالیزهای XRD، FESEM، UV-vis-DRS و PL مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل از تست‌ها راکتوری نشان می‌دهد که زئولیت‌های کلینوپتیلولیت و HZSM-5 عملکرد بسیار مناسبی به منظور جذب آلاینده کروم از خود نشان می‌دهند. نتایج تایید کننده بهبود کارایی فاز فعال اکسید روی در نتیجه بارگذاری بر روی پایه‌های زئولیتی کلینوپتیلولیت و HZSM-5 است. مطالعات نشان داد در نتیجه استفاده از امواج اولتراسوند در طی فرآیند سنتز فتوکاتالیست، کامپوزیت ZnO-Clinoptilolite (U) بهترین عملکرد را از خود نشان داده است که می‌تواند به سبب توزیع مناسب ذرات فاز فعال، کاهش میزان بازترکیبی حامل‌های بار، مورفولوژی یکنواخت‌تر و کاهش تعداد کلوخه‌ها و انباشتگی‌ها باشد که این نتیجه با نتایج حاصل از آنالیزهای شناسایی مطابقت دارد. تحت 80 دقیقه تابش نور ماوراءبنفش و با استفاده از فتوکاتالیست ZnO-Clinoptilolit (U) و تحت شرایط عملیاتی غلظت آلاینده ppm 20، دوز فتوکاتالیست g/L 8/0و 3=pH، 8/95 % از آلاینده فلزی حذف می‌شود. نتایج حاصل از مقایسه ضرایب همبستگی (R2) مدل‌های سینتیکی برای فتوکاتالیست‌های مختلف، نشان می‌دهد که داده‌های آزمایشگاهی با مدل سینتیکی مرتبه اول تطابق خوبی دارند. به علاوه، مقایسه قابلیت بازیابی و استفاده مجدد فتوکاتالیست ZnO-Clinoptilolite که با دو روش تلقیح و اولتراسوند سنتز شده است، نشان می‌دهد که فتوکاتالیست سنتز شده با روش اولتراسوند پس از 5 دوره استفاده مداوم، حداقل مقدار افت عملکردی را دارد که موید بهبود قابلیت استفاده مجدد فتوکاتالیست در نتیجه استفاده از امواج اولتراسوند می‌باشد.

در دهه‌های اخیر با توجه به مشکلات زیست ‌محیطی بکارگیری سوخت‌های فسیلی و نیز محدودیت منابع آن، تولید انرژی‌های نو و تجدیدپذیر بسیار مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. در این میان، سـوخت بیودیـزل به دلیـل آلودگـی کمتـر و تجدیدپذیـر بـودن، جایگزین مناسـبی بـرای سـوخت‌های دیـزلی شـناخته شـده اسـت. به هرحال، تولید و بکارگیری بیودیزل با مشکلات و چالش‌هایی روبرو می-باشد که از جمله این چالش‌ها می‌توان به هزینه سنگین تولید بیودیزل از روغن‌های خوراکی و نیز سنتز کاتالیست پربازده و کم هزینه با قابلیت جداسازی بالا برای تولید بیودیزل اشاره نمود. درهمین راستا دراین پژوهش، مطالعات آزمایشگاهی تولید بیودیزل از روغن پسماند خوراکی به روش تبادل استری و با بهره گیری از اکسید کلسیم (CaO) حاصل از استخوان گاو تقویت شده با مقادیر مختلف نانوذرات فریت مس به عنوان کاتالیست قلیایی غیرهمگن انجام شد.بدین منظور، پودراستخوان گاو با توجه به اینکه یک ماده دورریز زیستی محسوب می‌شود مورد فرآوری و آماده‌سازی قرار گرفت ودرادامه تاثیردمای کلسیناسیون برعملکرد پودر استخوان مورد بررسی قرار گرفت. سپس، با استفاده از نانوذرات فریت مس و به روش رسوبی پودر استخوان مغناطیسی گردید. به منظور تعیین خصوصیات کاتالیست‌های سنتز شده از آنالیز‌های شناسایی مختلفی نظیر XRF، TGA، XRD، FTIR، FESEM و VSM بهره گرفته شد. آزمایشات در شرایط عملیاتی دمای °C 65، مدت زمان 4ساعت، نسبت مولی متانول به روغن 12 به 1 و مقدار کاتالیست 6 درصد وزنی انجام گرفت. نتایج عملکردی نشان داد، که دمای کلسیناسیون پودر استخوان بسیار روی عملکرد آن موثر است به ‌نحوی که در دماهای کلسیناسیون °C 800 و °C 900 بیودیزل تولیدی بسیار ناچیز بود و بیشترین مقدار بیودیزل تولیدی برای نمونه تکلیس شده در دمای °C 1000 حاصل شد که با نتایج حاصل از آنالیز TGA مطابقت دارد. مطالعات نشان داد که استفاده از wt.% 20 از نانوذرات فریت مس همراه با پودر استخوان بیشترین بازده تولید بیودیزل را از خود نشان می‌دهد که این امر می‌تواند به سبب پراکندگی و توزیع بسیار مناسب کاتالیست کامپوزیتی، کاهش تعداد کلوخه‌ها دراین نمونه درمقایسه با سایر نمونه‌ها، ایجاد برهمکنش مناسب میان نانوذرات فریت مس و پودر استخوان ودسترسی بهتر به سایت‌های فعال باشد. همچنین، خاصیت سوپر پارامغناطیسی این کاتالیست گواه بر جداسازی بسیار راحت آن از محیط واکنش با اعمال یک میدان مغناطیسی می‌باشد.افزون براین، اندازه ‌گیری مشخصات و ویژگی‌های بیودیزل تولیدی و مقایسه با استانداردهای جهانی این سوخت، تایید کننده کیفیت بالای بیودیزل تولید شده می‌باشد.

در عصر حاضر، آلودگی آب و بحران انرژی که دلیل اصلی آن صنعتی شدن جوامع و افزایش شهرنشینی است به معضلات بزرگ جامعه بشری تبدیل شده است. با توجه به وسعت دو مشکل در شرایط کنونی توسعه فناوری‌های جدید و پیشرفته بسیار ضروری است. فرآیند فتوکاتالیستی با استفاده از نیمه‌رسانا TiO2 یکی از روش‌های مطلوب، کارآمد و قابل اعتماد است که می‌تواند همزمان مشکلات آلودگی آب و بحران انرژی را حل کند. نیمه‌رسانا TiO2 با توجه به چالش‌ها و مشکلاتی از جمله بازترکیب سریع حامل‌های بار، تراکم و انباشتگی نانوذرات TiO2، عدم فعال‌سازی در نور مرئی و نیز بازیابی و جداسازی دشوار نیمه‌رسانا کارایی آن در این فرآیندها با محدودیت مواجه شده است. از جمله راه حل‌های ثمربخش به جهت رفع و کاهش چالش‌های پیش‌رو، ایجاد ساختار اتصال ناهمگون p-n و نیز تثبیت نیمه‌رسانا بر روی پایه متخلخل می‌باشد. برای این هدف، BiOBr با توجه به باندگپ باریک و ساختار کریستالی لایه باز که منجر به افزایش جدایی حامل‌های بار می‌شود، کاندیدای بسیار مناسبی برای ایجاد ساختار اتصال ناهمگون p-n می‌باشد. از سویی دیگر، پایه زئولیتی کلینوپتیلولیت با در نظر گرفتن پایین بودن هزینه استخراج آن، فراوانی، پایداری شیمیایی و حرارتی و ساختار منحصر به فرد می-تواند گزینه مناسبی برای فرآیندهای فتوکاتالیستی باشد. در پژوهش حاضر، اثر تشکیل ساختار اتصال ناهمگون BiOBr-TiO2، اثر بارگذاری آن‌ها بر روی پایه کلینوپتیلولیت و نیز بکارگیری ترکیب درصدهای مختلف اتصال ناهمگون تثبیت شده روی پایه در فرآیند حذف و تخریب آلاینده کشاورزی بنتازون مورد مطالعه و بررسی قرار گرفت. در نهایت فعالیت فتوکاتالیست بهینه به منظور تولید هیدروژن و تصفیه پساب کشاورزی بنتازون به صورت همزمان مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج، تایید کننده اثربخشی بکارگیری پایه زئولیتی کلینوپتیلولیت و نیز حضور BiOBr به همراه TiO2 برای ایجاد ساختار اتصال ناهمگون به منظور تخریب آلاینده بنتازون در فرآیند فتوکاتالیستی می‌باشد. مطالعات نشان داد که مقدار بارگذاری wt.% 40 ساختار اتصال ناهمگون روی پایه زئولیتی بیشترین بازده را از خود نشان می‌دهد. افزون بر این، بکارگیری ترکیب درصد wt.% 10 از BiOBr و wt.% 30 از TiO2 در فتوکاتالیست‌های سه‌تایی، عملکرد بسیار مناسبی برای حذف نوری آلاینده بنتازون از خود نشان داد که این امر به سبب پراکندگی بسیار مناسب ذرات فاز فعال، عدم وجود تراکم و انباشتگی به دلیل ساختار یکنواخت، مساحت سطح بیشتر، باند گپ مناسب، میزان نوترکیبی پایین حامل‌های بار و نیز افزایش سرعت جدایش جفت‌های الکترون-حفره در نمونه حاضر در مقایسه با سایر نمونه‌ها است که با استفاده از آنالیزهای شناسایی تایید گردید. تحت 2 ساعت تابش نور ماوراءبنفش با استفاده از فتوکاتالیست B10-T30/CLT، 80 % از پساب آلاییده به بنتازون حذف می‌گردد. نتایج، بیانگر فعالیت بسیار مناسب فتوکاتالیست بهینه در فرآیندهای همزمان تولید هیدروژن و تصفیه پساب کشاورزی است، به‌گونه‌ای که تحت 4 ساعت تابش نور UV تمامی آلاینده بنتازون از محلول حذف شده و μmol/g.h 3731 هیدروژن تولید می‌شود. به علاوه، همان‌گونه که از نتایج آنالیز UV-vis نیز قابل پیش‌بینی بود، فتوکاتالیست بهینه B10-T30/CLT با تولید μmol/g.h 2853، عملکرد مطلوبی را تحت تابش نور مرئی به منظور تولید هیدروژن از خود نشان می‌دهد.

در سال های اخیر، فرآیندهای فتوکاتالیستی در حضور نانومواد بیسموت بنیان به عنوان روشی کارآمد و کم هزینه برای تصفیه پساب های دارویی ازجمله آنتی بیوتیک ها بسیار مورداستفاده قرار گرفته اند که در این میان، نیمه رسانای Bi2WO6 به دلیل ساختار و خواص فیزیکی-شیمیایی منحصربه فرد، فعالیت در ناحیه نور مرئی و پایداری بالا در برابر خوردگی نوری توجه زیادی را به خود جلب کرده است. بااین حال، کارآیی فتوکاتالیستی این نانومواد در ناحیه مرئی به دلایلی چون انرژی شکاف باند نسبتاً زیاد، توانایی جذب نسبتاً کم نور، بازترکیب سریع الکترون حفره، ظرفیت جذب پایین، تمایل به انباشتگی در محلول و نیز بازیابی دشوار چندان مطلوب نیست. ازجمله راهکارهای موثر به منظور غلبه بر این مشکلات، تثبیت نانوذرات بر روی بستر و نیز تشکیل ساختار اتصال ناهمگون است. در این راستا، کانی رسی سپیولیت به دلیل هزینه پایین، فراوانی، مورفولوژی فیبری و متخلخل، سطح زیاد و نیز ظرفیت جذب بالا، انتخابی مطلوب برای بارگذاری و تثبیت نانوذرات بشمار می رود. از طرفی، CuO باانرژی شکاف باند بسیار باریک و قدرت اکسیداسیون بالا، نیمه رسانای مناسبی جهت تشکیل یک ساختار اتصال ناهمگون کارآمد با Bi2WO6 است. لذا در این تحقیق، کارآیی مقادیر مختلف بارگذاری نانوذرات Bi2WO6 و نیز ترکیب درصدهای مختلف ساختار اتصال ناهمگون CuO-Bi2WO6 سنتزی به روش رسوبی بر روی سپیولیت در تجزیه فتوکاتالیستی تتراسایکلین تحت تابش نور شبیه ساز خورشید موردبررسی قرار گرفت. نمونه های سنتز شده با استفاده از آنالیزهای XRD ، FESEM ، ICP ، جذب واجذب گاز نیتروژن، DRS و PL خصوصیتسنجی شدند. نتایج ارزیابی عملکردی گویای اثربخشی قابل توجه حضور سپیولیت و نیز مس اکسید بر روی عملکرد فتوکاتالیستی نیمه رسانای Bi2WO6 بود. با توجه به نتایج به دست آمده، مشخص شد که wt.% 64 مقدار بهینه هم به لحاظ اقتصادی و هم کارآیی برای فتوکاتالیست بیسموت تنگستات جهت بارگذاری بر روی بستر سپیولیت خام است. با بارگذاری بیشتر، مقدار بازده حذف فتوکاتالیستی عمدتاً به دلیل پوشش سطحی شدید و چندلایه ای سپیولیت خام و تشکیل کلوخهها تغییر محسوسی نمی کند. در ادامه، نتایج ارزیابی بارگذاری 64 درصد وزنی ساختار اتصال ناهمگون CuO-Bi2WO6 با ترکیب درصدهای مختلف نشان داد که به کارگیری بیش از wt.% 14 مس اکسید علیرغم کاهش بیشتر انرژی شکاف باند و فعالسازی بهتر در ناحیه مرئی سبب پوشش شدید سطح الیاف سپیولیت، افت محسوس خواص بافتی و درنتیجه افزایش سرعت بازترکیب حاملان بار و نیز کاهش تعداد سایت های فعال جهت واکنش با آلاینده میگردد و از اثرگذاری مس اکسید میکاهد. مطالعات سینتیکی نیز بیانگر سرعت تخریب بیشتر آلاینده توسط نانوکامپوزیت Bi2WO6-CuO/Sepiolite حاوی 14 درصد وزنی از هر کدام از نانوذرات مس اکسید و بیسموت تنگستات و تبعیت نتایج از واکنش مرتبه دوم بود. همچنین، اثر پارامترهای عملیاتی موثر بر بازده فرآیند فتوکاتالیستی با استفاده از طراحی آزمایش مرکب مرکزی با چهار فاکتور در پنج سطح مورد ارزیابی قرار گرفت. با توجه به چگونگی اثرگذاری فاکتورهای عملیاتی موثر و برهم کنش های میان آن ها بر روی پاسخ، حداکثر میزان تجزیه فتوکاتالیستی تتراسایکلین (97/4%) در شرایط عملیاتی بهینه 5/02 =pH ، دوز فتوکاتالیست g/L 0/62، غلظت آلاینده ppm 14/97 و مدت‌زمان تابش 133/78 دقیقه به دست آمد.

در سال‌های اخیر، تتراسایکلین یکی از پرکاربردترین داروهای مورد استفاده درکشورهای در حال توسعه به منظور درمان و پیشگیری از بیماری در انسان، دام وطیور بوده است. با این وجود، مقادیر زیادی از محتوای تتراسایکلین حاصل از پساب‌های پزشکی- صنعتی به درون آب، مشکلات شدید زیست محیطی را سبب شده و تاثیرات نامطلوبی بر اکوسیستم داشته‌اند. لذا حذف موثرآنها بسیار ضروری به نظر می‌رسد. در حال حاضر فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته فتوکاتالیستی در حضور نیمه رسانای BiOIبه عنوان یک روش موثر و ارزان برای تخریب آلاینده‌های آلی مورد توجه می‌باشد. سرعت آهسته نفوذ بار و تحرک، احتمال بازترکیب سریع جفت‌های الکترون حفره تولید شده، ظرفیت جذب پایین، بازیابی دشوار و نیز تمایل به انباشتگی ذرات از دلایل اصلی کارایی نه چندان مطلوب فتوکاتالیستBiOI به شمار می‌روند. از جمله راهکارهای موثر به منظور غلبه بر این مشکلات، تثبیت ذرات نیمه رسانا BiOI روی کلینوپتیلولیت به عنوان یک ماده آلومیناسیلیکاتی متخلخل طبیعی است. علی‌رغم ویژگی‌های منحصر به فرد زئولیت کلینوپتیلولیت، مساحت سطح پایین این ماده و عدم تکرارپذیری و همگن بودن نمونه استخراج شده از معدن از جمله چالش‌های اصلی بکارگیری این ماده معدنی می‌باشد که رفع و یا به حداقل رساندن این موانع هدف اصلی این کار تحقیقاتی می‌باشد. بر این اساس در این پژوهش، تاثیر اصلاح پایه‌های زئولیتی به واسطه فرآوری‌های شیمیایی اسید شویی، بازشویی و تعویض یونی، اثر مقدار بارگذاری نیمه رسانا BiOI روی پایه کلینوپتیلولیت فرآوری‌شده و نیز نقش پارامترهای عملیاتی موثر در بازده فرآیند با استفاده از روش طراحی آزمایش مرکب مرکزی با سه فاکتور در پنج سطح مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج تست‌های عملکردی نشان دادکه بکارگیری کلینوپتیلولیت به عنوان پایه افزایش کارآیی فتوکاتالیستی نیمه رسانای BiOI را بدنبال دارد. به‌علاوه نتایج نشان دادندکه‌ کاتالیست BiOI بارگذاری‌شده روی پایه کلینوپتیلولت اصلاح شده به روش اسیدشویی به دلیل توزیع مناسب و مطلوب ذرات، افزایش قابلیت جذب سطحی، ایجاد ساختار مزوحفره با مساحت سطح بالا و کاهش سرعت بازترکیب جفت‌های الکترون-حفره در مقایسه با سایر نمونه‌های کاتالیستی بهترین عملکرد را در حذف تتراسایکلین داردکه این امر توسط آنالیزهای XRD، FESEM، BET، FTIR، UV-vis و PL نیز به اثبات رسید. با بررسی نحوه اثرگذاری پارامترهای عملیاتی موثر و تعاملاتشان روی پاسخ، می‌توان دریافت که حداکثر میزان حذف فتوکاتالیستی تتراسایکلین (99‌%) در شرایط بهینه، (غلظت آلاینده ppm 08/5، مقدار فتوکاتالیست 0/98 g/l و مدت زمان min 28/80) به دست می‌آید. به‌علاوه‌ فتوکاتالیست بهینه پس از4 مرحله استفاده مجدد، حداقل مقدار افت فعالیت را داشت که نشان از قابلیت استفاده مجدد این فتوکاتالیست می‌باشد.

با توجه به ذخایر محدود سوخت فسیلی در کنار محادودیت های اقتصادی سیاسی و زیسات محیطی، ((اقتصاد هیدروژن)) می-تواند یک راه حل طولانی مدت برای حل بحران انرژی باشد در هماین راستا در تحقیق حاور هدف خالص سازی هیدروژن خروجی طی فرایند ریفرمینگ کاتالیستی پساب خروجی کارخانه استخراج روغن زیتون با بخار آب در راکتور به واسطه سامانه غشایی پالادیوم-نقره می باشد برای هدف مذکور یک مطالعه و بررسی جامع مدلسازی در این پایان نامه کارشناسی ارشد انجام می شود. بنابراین به منظور پیشگیری از اتلاف هزینه های غیر ضروری آزمایشگاهی برای اولین بار در سطح بین المللی یک مدل دو و سه بعدی و هم دما بر پایه روش دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) برای شبیه سازی عملکرد سامانه غشایی پالادیوم-نقره برای خالص سازی هیدروژن طی فرآیند ریفرمینگ کاتالیستی پساب خروجی کارخانه روغن زیتون با بخار آب ارائه گردیده است به واسطه مدلسازی ارزیابی تاثیر پارامترهای مختلاف عملیاتی بر روی عملکرد سامانه غشای پالادیوم-نقره به طور کامل انجام شده است. از نتایج مدلسازی حاضر عملکرد خوب سامانه غشای برای خالص سازی هیدروژن مشاهده شد.

در سال های اخیر، فرآیندهای فتوکاتالیستی در حضور نانومواد اکسید روی به عنوان یک روش موثر و ارزان برای تخریب آلاینده های کشاورزی ازجمله علف کش ها مورد توجه قرارگرفته اند. بااین حال، به کارگیری این نانومواد فتوکاتالیستی با محدودیت هایی از قبیل بازترکیب سریع الکترون-حفره، ظرفیت جذب پایین، تمایل به انباشتگی در محلول و نیز بازیابی دشوار مواجه می باشند. ازجمله راهکارهای موثر به منظور غلبه بر این مشکلات، بارگذاری نانوذرات با ظرفیت جذب بالا و نیز تشکیل ساختارهای نانومواد یک بعدی است. در این راستا، بنتونیت به عنوان یک آلومیناسیلیکات متخلخل طبیعی به دلیل هزینه پایین، فراوانی، سطح زیاد و نیز یک جاذب عالی، گزینه ای مطلوب برای بارگذاری بشمار می رود. از طرفی، به نظر می رسد که نانوالیاف در مقایسه با سایر نانوساختارها به دلایلی چون کاهش انباشتگی، انتقال بار سطحی پایین و قابلیت جداسازی بالا از محلول، فرم ایده آلی برای به کارگیری در فرآیندهای فتوکاتالیستی باشند. لذا در این تحقیق، کارآیی نانوالیاف ZnO سنتزی به روش های الکتروریسی و الکتروسانتریفوژریسی و نیز نانوالیاف کامپوزیتی ZnO/Bentonite الکتروسانتریفوژریسی شده با ترکیب درصدهای مختلف بنتونیت (5/2، 5، 10، 15 و %.wt 30) در تخریب آلاینده بنتازون مورد بررسی قرار گرفت. خصوصیات نمونه های سنتز شده با استفاده از آنالیزهای XRD، FESEM/EDX، DRS، PL، FTIR و TGA مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج حاصل از آنالیزهای شناسایی، تشکیل ساختار کریستالی نانوالیاف اکسید روی، حضور نانوذرات بنتونیت و توزیع عالی آن ها بر روی نانوالیاف، حذف کامل قالب پلیمری PVP و نیز کاهش بازترکیب حامل های بار را نشان می دهند. نتایج ارزیابی عملکردی گویای اثربخشی ساختار نانوالیاف و همچنین حضور نانوذرات بنتونیت بر روی عملکرد نیمه رسانای ZnO در فرآیند حذف فتوکاتالیستی بنتازون، از طریق افزایش جذب مولکولی، قابلیت بازیابی و نیز جلوگیری موثر از بازترکیب الکترون-حفره می باشد. با افزودن مقدار %.wt 5 بنتونیت حداکثر میزان حذف به دست آمد. این در حالی است که با به کارگیری مقدار بیشتر بنتونیت به دلیل ایجاد ممانعت نوری درنتیجه پوشش سطحی نانوالیاف و نیز کاهش تعداد سایت های فعال در دسترس، بازده حذف کاهش یافت. مطالعات سینتیکی نیز بیانگر سرعت تخریب بیشتر آلاینده توسط نانوالیاف کامپوزیتی حاوی %.wt 5 بنتونیت و تبعیت نتایج از واکنش مرتبه اول دارد. مدل سازی و بهینه سازی فرآیند فتوکاتالیستی با استفاده از طراحی مرکب مرکزی (CCD) و در نظر گرفتن چهار فاکتور غلظت آلاینده، مقدار فتوکاتالیست، pH محلول و زمان واکنش بررسی شد. در شرایط بهینه عملیاتی (غلظت آلاینده ppm 11/10، مقدار کاتالیست g/L 33/0، 92/8 =pH و زمان تابش 85 دقیقه) میزان تخریب نوری 3/98% به دست آمد. بعلاوه، فتوکاتالیست بهینه پس از 4 مرحله استفاده مجدد، حداقل مقدار افت فعالیت را در مقایسه با نانوذرات ZnO داشت که نشان از قابلیت استفاده مجدد این فتوکاتالیست می باشد.

پاراکوات یکی از متداولترین علف کش های مورد استفاده به منظور افزایش بهره وری محصولات کشاورزی از طریق جلوگیری از رشد علف های هرز می باشد. با این وجود، نفوذ پاراکوات به درون آب و خاک، مشکلات جدی زیست محیطی را سبب شده و لذا حذف موثرآن بسیار ضروری به نظر می رسد. در سال های اخیر فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته فتوکاتالیستی در حضور نیمه رسانای TiO2 به عنوان یک روش موثر و ارزان برای تخریب آلاینده های آلی، مورد توجه قرار گرفته است. بازترکیب سریع جفت های الکترون-حفره، ظرفیت جذب پایین، تمایل به انباشتگی نانوذرات و نیز بازیابی دشوار از دلایل اصلی کارآیی نه چندان مطلوب فتوکاتالیست TiO2 به شمار می روند. از جمله راهکارهای موثر به منظور غلبه بر این مشکلات، تثبیت نانوذرات نیمه رسانا روی یک پایه متخلخل و نیز تشکیل ساختار اتصال ناهمگون است. بدین منظور، WO3 با شکاف انرژی باریک و قدرت اکسیداسیون بالا، گزینه ای مطلوب برای تشکیل یک ساختار اتصال ناهمگون مناسب با تیتانیا می باشد. از طرفی، دیاتومه به عنوان یک ماده سیلیکایی متخلخل طبیعی به دلیل هزینه پایین، فراوانی ونیز ظرفیت جذب بالا، می تواند پایه مناسبی برای فتوکاتالیست باشد. در این پژوهش، اثر هم افزایی تشکیل ساختار اتصال ناهمگون TiO2-WO3 و حضور پایه متخلخل دیاتومه در تخریب نوری پاراکوات مورد ارزیابی قرار گرفت. در این راستا، اثر روش بارگذاری نیمه رساناها روی پایه دیاتومه، بکارگیری ترکیب درصدهای مختلف WO3 در ساختار فتوکاتالیست سه تایی اتصال ناهمگون و نیز نقش پارامترهای عملیاتی موثر در بازده فرآیند با استفاده از روش طراحی آزمایش مرکب مرکزی با چهار فاکتور در پنج سطح مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج، گویای اثربخشی حضور دیاتومه به عنوان پایه و همچنین نیمه رسانای WO3 در کنار تیتانیا برای تشکیل ساختار اتصال ناهمگون مناسب بر روی عملکرد نیمه رسانای TiO2 در فرآیند حذف فتوکاتالیستی پاراکوات می باشد. مطالعات نشان داد که روش سنتز رسوبی به دلیل بهبود خصوصیات فتوکاتالیستی مانند مورفولوژی یکنواخت، پراکندگی خوب سایت های فعال و برهمکنش قوی فلز-پایه، روش مناسبی برای سنتز ترکیب سه تایی TiO2-WO3/Diatomite می باشد. بکارگیری مقدار wt.% 5 از WO3 در ترکیب فتوکاتالیست سنتزی، بیشترین بازده را از خود نشان داد که این امر به دلیل پراکندگی و توزیع مطلوب ذرات، مورفولوژی یکنواخت، شکاف انرژی مناسب و سرعت پایین بازترکیب جفت های الکترون-حفره در این نمونه نسبت به سایر نمونه ها بودکه توسط آنالیزهای FESEM، EDX، UV-vis و PL نیز به اثبات رسید. با بررسی نحوه اثرگذاری پارامترهای عملیاتی موثر و تعاملاتشان روی پاسخ، می توان دریافت که حداکثر میزان حذف فتوکاتالیستی پاراکوات (1/97%) در شرایط بهینه pH برابر با 21/7، مقدار فتوکاتالیست g/L 38/1، ، غلظت آلاینده ppm 59/12 و مدت زمان min 78/121 به دست می آید. بعلاوه فتوکاتالیست بهینه پس از 5 مرحله استفاده مجدد، حداقل مقدار افت فعالیت را داشت که نشان از قابلیت استفاده مجدد این فتوکاتالیست می باشد.