فرهاد رحمانی چیانه

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.

آلودگی پساب‌های رنگی، به دلیل اثرات زیست‌ محیطی نامطلوب و چالش‌های تصفیه، یکی از مسائل مهم جهانی در حوزه مدیریت منابع آبی است. فرآیندهای فتوالکتروکاتالیستی (PEC) به عنوان روشی کار آمد برای حذف آلاینده‌های آلی از جمله رنگ‌ها، مورد توجه قرار گرفته‌اند. در این مطالعه که به منظور ارزیابی کارایی و پتانسیل این سیستم الکترودی در تجزیه آلاینده‌های رنگی انجام شد، تصفیه پساب‌های رنگی با استفاده از الکترود Ti/TiO2/Cu از طریق یک فرآیند فتوالکتروکاتالیستی مورد بررسی قرار گرفته است. ابتدا، الکترود Ti/TiO2 از طریق فرآیند آندایزینگ سنتز شد، سپس، ذرات مس با استفاده از روش‌های الکتروشیمیایی شامل غوطه‌وری ، ولتامتر چرخه‌ای و کرنوآمپرومتری بر روی سطح الکترود Ti/TiO2 نشانده شدند. ساختار و ترکیب شیمیایی نمونه‌های تهیه شده با استفاده از تکنیک‌های مشخصه‌یابی مختلف از جمله پراش اشعه ایکس ( XRD)، طیف‌سنجی بازتابی فرابنفش-مرئی ( UV-DRS)، میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FESEM) و طیف‌ سنجی پراکندگی انرژی اشعه ایکس (EDX) مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج حاصل از آنالیز FESEM نشان داد که فرآیند آندایزینگ منجر به تشکیل نانولوله‌های منظم Ti/TiO2 شده و ذرات مس به طور موفقیت‌آمیزی بر روی ساختار نانولوله‌ای نشانده شده‌اند. نتایج حاصل از آنالیز پراش اشعه ایکس تایید کرد که فاز کریستالی غالب برای TiO2 سنتز شده، آناتاز است. طیف ‌سنجی بازتابی فرابنفش-مرئی نشان داد که الکترودهای تهیه شده در محدوده نور فرابنفش فعال هستند و تغییرات در شکاف باند انرژی را به دلیل دوپینگ مس نشان داد. علاوه‌براین، ولتامتری چرخه‌ای در بهینه ‌سازی فرآیند نشاندن مس بر روی الکترود Ti/TiO2 نقش داشت و به شناسایی شرایط مطلوب برای تولید بهترین الکترود کمک کرد. در نهایت، آنالیز طیف‌ سنجی پراکندگی انرژی اشعه ایکس برای تعیین ترکیب عنصری سطح الکترودها و تایید حضور مس مورد استفاده قرار گرفت. تاثیر روش‌های مختلف پوشش‌دهی مس بر الکترود Ti/TiO2 بر راندمان حذف متیل‌اورانژ در یک فرآیند فتوالکتروشیمیایی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که الکترود تهیه شده به روش ولتامتری چرخه‌ای بیشترین عملکرد را در حذف رنگ متیل‌اورانژ با راندمان 82 درصد دارد. در ادامه، از الکترود بهینه شده با روش CV برای بررسی شرایط عملیاتی مختلف شامل غلظت اولیه متیل‌اورانژ، غلظت سدیم کلراید و تعداد سیکل‌های CV در فرآیندهای فتوکاتالیستی و فتوالکتروشیمیایی (ترکیبی) استفاده شد. برای این منظور، از روش سطح پاسخ بهره گرفته شد. نتایج بهینه ‌سازی نشان داد که در شرایط بهینه شامل غلظت اولیه ppm9، غلظت سدیم کلراید 06/2 گرم بر لیتر و 16 سیکل CV، حداکثر راندمان حذف در فرآیند فتوکاتالیستی به میزان 53% در مدت 60 دقیقه حاصل شد. در فرآیند فتوالکتروشیمیایی، راندمان حذف به 31/93% در مدت 75 دقیقه (شامل 60 دقیقه فتوکاتالیست و 15 دقیقه الکتروشیمی) افزایش یافت. همچنین، مطالعه سینتیکی برای فرآیند فتوکاتالیستی نشان داد که سینتیک واکنش از مرتبه اول پیروی می‌کند که ضریب همبستگی (R²) آن برابر با 999/0 است.

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 سالهای اخیر، فناور یهای سنتز سبز فلزات گرا نبهاء به دلیل تولید نانوذرات پایدار، جلوگیری از تشکیل محصولات جانبی نامطلوب، ساده بودن روش سنتز، مقرون به صرفه بودن و صرفه جویی در زمان توسعه یافته است. در پژوهش حاضر، به منظور سنتز نانوذرات نقره سبز از برگ درخت سیب استفاده شده است. همچنین، روشهای مختلفی از جمله روش ماکروویو، اتوکلاو، فراصوت، ب نماری، لامپ فرابنفش، حرار تدهی مستقیم و در دمای محیط به منظور سنتز سبز نانوذرات نقره مورد بررسی قرار گرفته است. مشخصهیابی ترکیبات سنتز شده با استفاده از آنالیزهای FTIR ،XRD ، TEM ، DLS و UV انجام شد. همچنین، به منظور بررسی خواص ضدمیکروبی نمونه های سنتز شده تست ضد میکروبی با استفاده از باکتری اشرشیاکولی )گرم منفی( و استافیلوکوس درئوس )گرم مثبت( انجام شد. نتایج پژوهش حاضر، حاکی از آن است که نانوذرات نقره در هم هی رو شهای مذکور با موفقیت سنتز شده است. نتایج آنالیز DLS نشان داد که میانگین اندازه نانوذرات نقره سنتز شده 3 روش اولتراسوند، لامپ UV و بن ماری به ترتیب با 87 ، 96 و 98 نانومتر دارای کمترین میانگین اندازه و دو روش حرار تدهی مستقیم و مایکروویو تقریبا نزدیک به 100 نانومتر و به ترتیب دارای میانگین اندازه ذرات 101 و 104 نانومتر می باشند. همچنین، بالاترین میزان پایداری محلول برای نمونه های سنتز شده به روش مافوق صوت و مایکروویو حاصل شده است. همچنین، تصاویر TEM به وضوح نشان داد که شکل ذرات کوچک و کروی و در اندازه نانومتری در محدوده 10 تا 50 نانومتر است. در پایان، ارزیابی فعالیت ضدمیکروبی روشهای مختلف برای سنتز نانوذرات نقره نشان داد که بالاترین ناحیه مهار در برابر باکتری مورد بررسی ( 001 / 0 ± 18 میل یمتر( مربوط به نانوذرات نقره بدست آمده از روش مافوق صوت است .

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.

در دهه‌های اخیر، صنعتی شدن و رشد سریع جمعیت باعث افزایش حضور آلاینده‌های آلی در منابع آب شده و این مسئله به یکی از معضلات بزرگ جهانی تبدیل شده است. هدف این پژوهش، بررسی تجزیه فتوکاتالیستی آلاینده‌های آلی به صورت جداگانه و به‌ویژه به صورت مخلوطی از چند آلاینده تحت تابش نور ماوراءبنفش و مرئی با استفاده از نانوکامپوزیت BiOBr/UiO-66 است. در این پژوهش، ابتدا چارچوب آلی-فلزی UiO-66 به روش هیدروترمال سنتز شد و سپس نانوکامپوزیت BiOBr/UiO-66 با ترکیب درصدهای مختلف از UiO-66 (2.5، 5، 7.5، 10 و 15 درصد وزنی) به روش رسوبی-آلتراسونیک تولید گردید. نتایج نشان داد که کامپوزیت BiOBr/UiO-66 دارای فعالیت فتوکاتالیستی بهتری نسبت به نمونه‌های خالص BiOBr و UiO-66 است. این بهبود به علت عدم همپوشانی نانوصفحات BiOBr، افزایش ظرفیت جذب آلاینده و نور و همچنین جداسازی موثر جفت‌های الکترون-حفره می‌باشد. نتایج آنالیزهای XRD و EDX نشان دادند که ساختار کریستالی UiO-66 به خوبی شکل گرفته و خلوص بالای محصولات سنتزی را تایید کردند. تصاویر مورفولوژی نانوکامپوزیت‌ها نشان داد که نانوذرات کروی شکل UiO-66 به خوبی بر روی نانوصفحات BiOBr قرار گرفته‌اند و با افزایش مقدار UiO-66 در کامپوزیت‌ها، این نانوذرات بیشتر روی نانوصفحات مشاهده می‌شوند. همچنین نتایج آنالیزهای نوری نشان داد که نانوکامپوزیت سنتزی در ناحیه نور مرئی فعال می‌شود. برای تجزیه علف‌کش بنتازون، کارایی فتوکاتالیستی با افزایش مقدار نانوذرات UiO-66 تا 7.5 درصد وزنی افزایش یافت و حداکثر تخریب توسط نانوکامپوزیت BU-7.5 به دست آمد. عملکرد فتوکاتالیستی نانوکامپوزیت BU-7.5 برای آلاینده‌های رنگی متیل اورنج (MO) و دارویی دیکلوفناک (DCF) نیز بررسی شد و سپس فعالیت فتوکاتالیستی آن برای تجزیه مخلوطی از این سه آلاینده ارزیابی گردید. BU-7.5 راندمان حذف 80%، 85% و 100% را تحت تابش نور ماوراءبنفش (UV) و 68%، 71.5% و 99.8% تحت تابش نور مرئی (لامپ LED) به ترتیب برای بنتازون، دیکلوفناک و متیل اورنج نشان داد. نتایج تست‌های راکتوری نشان داد که بنتازون به عنوان یک علف‌کش پایدار و مقاوم به دلیل ساختار شیمیایی پیچیده خود، به‌سختی از پساب حذف می‌شود. ویژگی‌های شیمیایی خاص بنتازون و حضور گروه‌های کربونیل و آمین در ساختارش، باعث می‌شود که پیوندهای شیمیایی آن به‌سختی شکسته شوند. این نتایج نشان می‌دهد که نانوکامپوزیت BiOBr/UiO-66 می‌تواند به عنوان یک فتوکاتالیست موثر در تصفیه پساب‌ها و آب‌های آلوده استفاده شود و به بهبود کیفیت آب و حفظ محیط‌زیست کمک کند. این پژوهش با ارائه روش‌های نوین و بهبود یافته در زمینه فتوکاتالیست‌ها، راهکارهای جدیدی برای مقابله با آلودگی‌های آبی ارائه می‌دهد.

در سال‌های اخیر، فرآیند فتوکاتالیستی در حضور نانوالیاف TiO2 به دلیل مزایای اقتصادی و زیست محیطی و نیز خواص کارآمد به‌عنوان یکی از روش‌های نویدبخش برای تخریب آلاینده‌های آلی مورد توجه قرار گرفته است. با این‌حال، این مواد از معایبی چون بازترکیب سریع حاملان بار، ظرفیت جذب پایین و نیز استحکام مکانیکی نه چندان مناسب رنج می‌برند. ازجمله راهکارهای کارآمد جهت رفع این مشکلات، آلایش ساختاری نانوالیاف با نانوذرات جاذب و نیز پسافرآوری هیدروترمال نانوالیاف می‌باشد. غبار سیمان به عنوان یک آلاینده زیست محیطی، علاوه بر اینکه یک جاذب کارآمد و ارزان قیمت می باشد، میتواند جهت تقویت استحکام مکانیکی در ترکیبات مورد استفاده قرار گیرد. از سوی دیگر، روش فرآوری هیدروترمال به عنوان یکی از روش‌های موثر اصلاح سطحی و ساختاری در حوزه نانومواد شناخته می‌شود. از این رو به نظر می‌رسد آلایش ساختاری نانوالیاف تیتانیا با نانوذرات غبار سیمان و فرآوری هیدروترمال نانوالیاف کامپوزیتی می‌تواند چالش‌های پیش‌روی نانوالیاف تیتانیا در فرآیندهای تصفیه فتوکاتالیستی را به حداقل برساند. در تحقیق حاضر، خواص و کارآیی نانوالیاف الکتروریسی شده TiO2 آلاییده به مقادیر مختلف نانوذرات غبار سیمان (0، 5/2، 5 و 10 درصد وزنی) در تخریب فتوکاتالیستی آلاینده رنگی متیل اورانژ مورد بررسی قرار گرفت. درنهایت، تاثیر فرآوری هیدروترمال بر خواص و عملکرد فتوکاتالیستی نانوالیاف کامپوزیتی تیتانیا-غبار سیمان با ترکیب درصد بهینه ارزیابی گردید. نمونههای سنتزی توسط آنالیزهای XRD، FESEM/EDX، FTIR، DRS و PL شناسایی شدند. نتایج آنالیزهای شناسایی حضور فازهای کریستالی تیتانیا و غبار سیمان و ساختار نانوالیاف نمونه‌ها را تایید و نشان دادند که اضافه کردن غبار سیمان علاوه بر بهبود استحکام مکانیکی، تشکیل فاز کریستالی روتایل را به حداقل رسانده و در مقادیر بالای بارگذاری سبب کاهش محسوس بلورینگی و پهن شدن پیک‌های مشخصه فاز کریستالی آناتاز می‌گردد که بیانگر ایجاد نقوص ساختاری در فاز کریستالی تیتانیا و درنهایت، بازترکیبی سریع حاملان بار می‌باشد. بعلاوه، با افزودن غبار سیمان استحکام مکانیکی ساختار بهبود یافته و طول نانوالیاف کوتاه‌تر، قطر و خمیدگی آنها بیشتر و مورفولوژی نانوالیاف از سطح مقطع دایره‌ای به سطح مقطع مستطیلی تغییر شکل پیدا می‌کند. تمامی این تغییرات ساختاری و مورفولوژیکی در نانوالیاف حاوی 5/2 درصد غبار سیمان کمتر اتفاق می افتد که بنحوی گویای ایجاد نواقص ساختاری کمتر و مورفورلوژی یکنواختتر نانوالیاف کامپوزیتی می‌باشد. بر این اساس و به دلیل نقش ساختار نانوذرات غبار سیمان در به دام انداختن و توزیع حامل‌های بار، طول عمر جفتهای الکترون-حفره افزایش می یابد. از طرفی، پسافرآوری هیدروترمال سبب تکه‌تکه شدن و کاهش بیشتر اندازه و خمیدگی نانوالیاف، یکنواختی بیشتر مورفورلوژی، تکامل بلورینگی و کاهش نقوص ساختاری در فاز کریستالی، بهبود خلوص فاز کریستالی آناتاز و نیز افزایش بیشتر طول عمر حاملان بار در نانوالیاف کامپوزیتی با ترکیب درصد بهینه می‌گردد. در تطابق با نتایج آنالیزهای شناسایی، نتایج ارزیابی عملکردی گویای اثربخشی قابل توجه بکارگیری مقدار بهینه نانوذرات غبار سیمان و نیز پسافرآوری هیدروترمال بر روی عملکرد فتوکاتالیستی نانوالیاف تیتانیا بود. با توجه به نتایج بدست آمده، مشخص شد که افزودن غبار سیمان ظرفیت جذب نانوالیاف را افزایش میدهد. بعلاوه، wt.% 5/2 مقدار بهینه غبار سیمان جهت آلایش ساختاری نانوالیاف تیتانیا می‌باشد بنحوی که در مدت زمان 2 ساعت تابش نور UV‌ تقریباً 92٪ از آلاینده رنگی را تخریب می‌نماید. این میزان تخریب از متیل اورانژ در صورت پسافرآوری هیدروترمال نانوالیاف به 97٪ خواهد رسید. مطالعات سینتیکی نیز بیانگر سرعت تخریب بیشتر آلاینده توسط نانوالیاف حاوی 5/2 درصد وزنی غبار سیمان بویژه در حالت فرآوری شده (026/0k=) و نیز تبعیت نتایج بازدهی از واکنش مرتبه اول (99/0R2=) بود.

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.

در سال‌های اخیر، فرآیندهای فتوکاتالیستی در حضور نانومواد اکسید روی تثبیت شده بر روی جاذب های معدنی طبیعی از جمله سپیولیت به‌عنوان روشی موثر و نویدبخش برای تخریب آلاینده‌های آلی بسیار مورد توجه قرارگرفته‌اند. بااین‌حال، بازده این نانوکامپوزیت های فتوکاتالیستی کم هزینه به دلیل خواص سطحی و ساختاری نه چندان مطلوب مواد طبیعی مورد استفاده جهت کاربردهای صنعتی قابل قبول نمی باشد. ناخالصی های همراه با کانی، عدم تکرارپذیری و ناهمگن بودن ترکیب نمونه استخراج شده از معدن از دیگر چالش های اصلی بکارگیری این مواد معدنی در آماده سازی فتوکاتالیست می باشند که رفع و یا به حداقل رساندن این موانع با استفاده از روش های بیوفرآوری سبز و اقتصادی هدف اصلی این کار تحقیقاتی می‌باشد. در این راستا، استفاده از عصاره گیاهان و محصولات کشاورزی که خاصیت اسیدی دارند همچون لیمو به‌عنوان یک عامل فرآوری زیست محیطی گزینه‌ای مطلوب به شمار می‌رود. بر این اساس در این پژوهش، تاثیر اصلاح سپیولیت با بکارگیری آبلیمو در شرایط فرآوری مختلف، مقدار بارگذاری نیمه رسانا بر روی سپیولیت فرآوری شده و نیز پارامترهای عملیاتی موثر بر بازده فرآیند حذف فتوکاتالیستی آلاینده رنگی متیل اورانژ تحت تابش نور ماوراء بنفش مورد ارزیابی قرار گرفت. نمونه‌های سنتز شده با استفاده از آنالیزهای XRD، FESEM، EDX dot-mapping، جذب-واجذب گاز نیتروژن، DRS و PL خصوصیت سنجی شدند. نتایج ارزیابی گویای اثربخشی قابل توجه بیوفرآوری سپیولیت بر روی خواص سطحی و ساختاری، بازده جدایش حاملان بار و نیز عملکرد فتوکاتالیستی نانوکامپوزیت روی بنیان بود. با توجه به نتایج بدست آمده، مشخص شد که تشدید شرایط بیوفرآوری سپیولیت تا زمانی که منجر به تخریب شدید ساختاری نشود سبب بهبود بیشتر خواص فتوکاتالیستی و میزان بازده حذف می شود. دمای °C 85، زمان اختلاط 5/3 ساعت و نیز نسبت حجم آبلیمو به مقدار سپیولیت خام cm3/g 10 به عنوان شرایط بیوفرآوری بهینه سپیولیت خام معرفی گردید. با بارگذاری %.wt 30 روی اکسید بر روی سپیولیت فرآوری شده در شرایط بهینه حداکثر میزان حذف به دست آمد. این در حالی است که افزایش بیشتر مقدار بارگذاری سبب تجمع ذرات روی، انسداد حفرات و پوشیدگی سطح سپیولیت شده و باعث کمرنگ شدن تاثیر پایه سپیولیت و درنتیجه کاهش تعداد سایت های فعال در دسترس و افت فعالیت فتوکاتالیستی می شود. درنهایت، مدل‌سازی و بهینه‌سازی فرآیند فتوکاتالیستی با استفاده از طراحی مرکب مرکزی (CCD) و در نظر گرفتن چهار فاکتور غلظت آلاینده، مقدار فتوکاتالیست، pH محلول و زمان واکنش در پنج سطح بررسی شد. در شرایط بهینه عملیاتی (غلظت آلایندهppm 04/10، مقدار کاتالیست g/L 6/0، 8/5 =pH و زمان تابش 82/79 دقیقه) میزان تخریب نوری 99% به دست آمد.

در سال‌های اخیر فرآیند فتوکاتالیستی در حضور نانوالیاف TiO2 به دلیل خواص کارآمد و هزینه پایین به عنوان یک روش ارزان برای تخریب آلاینده‌های دارویی مورد توجه قرار گرفته است. با این حال به کارگیری نانوذرات فتوکاتالیستی TiO2 از محدودیت‌ها و معایبی چون برانگیختگی سریع الکترون-حفره، ظرفیت جذب پایین و نیز جداسازی دشوار آن رنج می‌برند. از جمله روش‌های موثر و کارآمد جهت غلبه بر این مشکلات بارگذاری سنتز TiO2 به شکل نانوالیاف و اصلاح آن با اوره می‌باشد. در این تحقیق با استفاده از روش الکتروریسی نانوالیاف فتوکاتالیستی TiO2 سنتز و با درصدهای مختلف اوره (3 و 5/2، 2، 5/1، 1، 5/0) جهت حذف آلاینده تتراسایکلین اصلاح شد. خصوصیات نمونه‌های سنتز شده به وسیله آنالیزهای FESEM، XRD ،EDX، BET، FT-IR، UV-Vis/DRS و PL مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج حاصل از آنالیزها، تشکیل ساختار کریستالی و مورفولوژی نانوالیاف حضور ذرات نیتروژن و کاهشی از بازترکیب حامل‌های بار را نشان می‌دهد. نتایج تست‌های آزمایشگاهی نشان داد که در نمونه با نسبت اوره به نانوالیاف 5/1، راندمان حذف 53/82% در مدت زمان 2 ساعت با غلظت ppm 10 حاصل می‌شود که در تطابق با نتایج آنالیزهای شناسایی بود. در نهایت با بهینه‌سازی و مدل‌سازی فرآیند فتوکاتالیستی به وسیله طراحی آزمایش (CCD) و با در نظر گرفتن پارامترهای غلظت آلاینده، زمان و دوز فتوکاتالیست بررسی شد. در شرایط بهینه میزان تخریب نوری 89/94 % به دست آمد.

آلودگی آب یکی از مهم‌ترین چاالش‌های بشری در تمام جهان است، امروزه با منابع آلودگی جدیدی رو به رو هستیم که از آلاینده‌ها، بقایای داروها، فرآورده های دارویی و محصولات مراقبت شخصی تشکیل شده اند. آلاینده های مذکور به‌نام «آلاینده‌های نسل جدید» شناخته شده اند که مشکل جدی در تصفیه آب هستند، به این دلیل که این آلاینده ها نمی توانند به طور کامل توسط تصفیه خانه های فاضلاب موجود حذف شوند. همین امر باعث شده خطرات الاینده های نسل جدید خطرات جدی و خطرناکی را برای محیط زیست در بر داشته باشند. هدف این پژوهش حذف آلاینده تتراسایکلین از آب هست، برای این مشکل روش های گوناگونی وجود دارد که در این پژوهش به دنبال راهکاری موثر، کم هزینه و در دسترس و بدون نیاز به تجهیزات اضافی جهت رفع این مشکل هستیم. از این رو روش سنتز نانوالیاف فتوکاتالیستی اکسید تیتانیوم اصلاح شده توسط سولفات در نظر گرفته شد. مشخصه یابی فتوکاتالیست‌های سنتز شده با استفاده از آنالیز‌های XRD ، FESEM ، EDX ، FTIR ، PL ، UV-DRS انجام شد. آنالیز‌های EDX و XRD نشان دادند که سنتز فتوکاتالیست‌ها و تشکیل ساختار کریستالی آناتاز Tio2 به صورت خالص انجام شده است. تصاویر FESEM نشان دادند که نانوالیاف اصلاح شده ساختار نانوالیافی خود را بخوبی حفظ کرده است. آنالیز PL و DRS تاثیر بارگذاری سولفات بر روی نانوالیاف و کاهش نوترکیبی و کاهش نو ترکیبی الکترون_حفره های تولید شده توسط نور و در آخر کاهش شکافت باند نانوالیاف‌های Tio2 را تایید کردند. طی انجام آزمایش‌های بررسی فعالیت فتوکاتالیستی ابتدا بهترین روش پسافراوری انتخاب شد سپس مقدار بهینه 3/0مولار اسیدسولفوریک جهت بارگذاری تایید شد که در مدت زمان 2 ساعت مقدار راندمان حذف %85/84 را ارائه داد. در ادامه با استفاده از طراحی آزمایش تک فاکتوری شرایط عملیاتی فرایند از جمله زمان واکنش‌، مقدار کاتالیست و مقدار غلظت آلاینده بهینه شدند که در شرایط بهینه در مدت زمان 120 دقیقه راندمان حذف %26/91 بود‌.

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.

امروزه مقادیر زیادی از ترکیبات دارویی در کاربردهای پزشکی و دامپزشکی بهکار گرفته شدهاند که بخش بزرگی از آنها به محیطزیست آب بدون هیچ نوع تصفیه مناسب راه پیدا کردهاند. در بین اینها دیکلوفناک مادهای است که اغلب به عنوان مسکن درد مورد استفاده قرار می گیرد و ۵۱% آن پس از مصرف انسان بدون تغییر دفع و از طریق پساب تصفیه خانه فاضالب شهری و... وارد محیط های آبی میشود و به دلیل طول عمر و سمیت بیولوژیکی، باالترین میزان سمیت حاد را نشان میدهد که به مرور اثر نامطلوبی بر اکوسیستم و سالمت انسان دارد. از آنجا که سیستمهای متعارف تصفیه فاضالب نمیتوانند آن را به طور کامل تصفیه و یا حذف کنند نیاز به یک فرایند درمانی موثر برای از بین بردن دیکلوفناک مشهود است. اخیرا فرایندهای اکسیداسیون پیشرفته به ویژه فرایندهای فتوکاتالیستی مبتنی بر نیمه هادی TiO2 به دلیل سازگاری با محیطزیست و پتانسیل امیدوارکننده خود برای از و تبدیل به محصوالت بی ضرر توجه بسیاری را به خود جلب کرده اند. لذا اشکال اصلی بین بردن آالیندههای آلی TiO2 مساحت سطح کم و فعالیت وی فقط در محدوده UV است. با این وجود می توان با سنتز آن بصورت نانوالیاف توسط الکتروریسی و همچنین دوپینگ سطح آن با سایر نیمه هادیها بر این موضوع غلبه کرد. الکتروریسی یک روش جدید ارزان و ساده برای تولید نانوالیاف دارای ساختار یکنواخت و سطح ویژهای خاص است. بنابراین در این پژوهش به سنتز نانوالیاف TiO2 به روش الکتروریسی پرداخته شد. برای غلبه بر محدودیتهای TiO2 و بهبود فعالیت فوتوکاتالیستی آن در زیر نور مرئی، نانوذرات CuS با ۲، ۵، 10، 15 و wt% 25 روی این نانوالیافها بارگذاری شدند و در تجزیه دیکلوفناک زیر نور مرئی مورد استفاده قرار گرفتند که در این میان نانوالیاف TiO2/CuS(10%) دارای بیشترین راندمان با مقدار ۶۸% بود. در مرحله بعد از wt% ۵ نانوذرات Fe3O4 به عنوان یک فتوکاتالیست جداکننده مغناطیسی قابل بازیافت در ترکیب با نانوالیاف TiO2/CuS(10%) استفاده شد. نانوالیاف مغناطیسی سنتز شده /Fe3O4(5%) TiO2/CuS(10%) به کمک آنالیزهای XRD، FESEM، DRS، BET، EDX، FTIR، PL و VSM مشخصه یابی شد و در تجزیه فتوکاتالیستی دیکلوفناک مورد ارزیابی قرار گرفت. نانوالیاف سنتز شده منجر به تجزیه 89% از محلول دیکلوفناک در شرایط عملیاتی pH اولیه ۵، غلظت اولیه دیکلوفناک10 میلی گرم بر لیتر، بارگذاری کاتالیست ۸/۰ گرم بر لیتر و تحت مدت زمان تابش210 دقیقه شد. عوامل عملیاتی موثر در فعالیت فتوکاتالیستی نانوالیاف تهیه شده توسط نرم افزار طراحی آزمایش به طور سیستماتیک مورد بهینه سازی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که فتوکاتالیست سنتز شده در شرایط بهینه با مقدار g/L ۸/۰ و pH برابر ۰۶/۶، تحت مدت زمان تـابش ۶۴/112 دقیقه نـور مرئـی قـادر بـه تخریب 14/96% دیکلوفناک با غلظت ppm 13/10 میباشد. نتایج این پژوهش نشان داد اضافه شدن سولفید مس به ترکیب نانوالیاف تهیه شده در ابتدا الکترون و حفـره را به دام انداخته و مانع از بازترکیب جفت الکترون-حفره میشود. این کار به خنثـی سـازی فرآینـد کمـک نموده و نهایتاً دیکلوفناک توسط واکنشهای اکسیداسیون رادیکالی ناشی از فرآیند فتوکاتالیستی به آب و کربن دی اکسید تجزیه میگردد. در نهایت کارایی استفاده مجدد از نانوالیاف مغناطیسی نیز مورد ارزیابی قرار گرفت و تنها ۴% کاهش در راندمان حذف در طی چهار چرخه متوالی مشاهده شد که این نشان از توانایی عالی برای حفظ کارایی و تکرارپذیری طی چرخه های واکنش مکرر دارد و همچنین گزینه مناسبی به عنوان مواد فتوکاتالیستی در تجزیه نوری آلاینده های آلی می باشد.

در سال‌های اخیر به دلیل منابع محدود سوخت‌های فسیلی و مشکلات زیست محیطی استفاده از آنها، تولید سوخت‌های نو و تجدیدپذیر بسیار مورد توجه قرار گرفته است. بیودیزل یکی از سوخت‌های زیستی تجدیدپذیر و پاک با بازده احتراق بالا و یک جایگزین مناسب برای سوخت‌های فسیلی است. با این حال، تولید بیودیزل با مشکلاتی مواجه است که یافتن یک کاتالیست پربازده و کم هزینه از مهمترین آنهاست. در همین راستا در این پژوهش، تولید بیودیزل از روغن پسماند پخت و پز به روش تبادل استری در یک میکروراکتور و با استفاده از خاکستر پوست پسته خالص و تقویت شده با مقادیر مختلف کلسیم اکسید انجام شد. بدین منظور، رفتار حرارتی و ترکیب درصد مواد تشکیل دهنده پوست پسته خام به ترتیب توسط آنالیزهای TGA و XRF مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج آنالیز XRF نشان داد که پوست پسته حاوی مقادیر مناسبی از اکسیدهای بازی )سیلیسیم، آلومنیوم، کلسیم، سدیم، پتاسیم، منیزیم، منگنز، تیتانیوم و فسفر) است که در صورت خاکسترسازی مناسب، دارای پتانسیل مناسبی برای انجام فرآیند تبادل استری می‌‌باشد. آنالیز TGA نشان داد که خاکسترسازی پوست پسته بایستی در دماهای بیش از °C 600 انجام گیرد. با بررسی اثر دمای کلسیناسیون (°C 1000-700) بر عملکرد خاکستر پوست پسته، مشاهده شد که پوست پسته کلسینه شده در دمای °C900 بهترین بازدهی را در تولید بیودیزل از خود نشان می دهد. ساختار کلوخه‌ای خاکستر پوست پسته که عملکرد اکسیدهای بازی آن را محدود می‌سازد مانع از عملکرد مطلوب خاکستر پوست پسته بویژه در دماهای بالا می‌شود. لذا به منظور افزایش راندمان تولید بیودیزل، کلسیم اکسید با نسبت‌های مختلفی (0، 10، 20، 30 و 40 درصد وزنی) به روش هیدروترمال با خاکستر پوست پسته ترکیب شد. نتایج عملکردی نشان داد که حضور کلسیم اکسید تاثیر قابل توجهی بر تولید بیودیزل داشته است که می‌تواند به سبب افزایش تعداد سایت‌های بازی و نیز بهبود خصوصیات سطحی کاتالیست-های کامپوزیتی از جمله تخلخل بیشتر ساختار این نمونه‌ها در مقایسه با خاکستر پوست پسته خالص باشد . بعلاوه، افزایش میزان بارگذاری کلسیم اکسید تا 30% افزایش بازده تولیدی بیودیزل را بدنبال داشت. هر چند که با افزایش بیشتر میزان بارگذاری تغییر چشمگیری در بازده تولید بیودیزل اتفاق نمی‌افتد که دلیل آن افزایش تعداد کلوخه‌ها و کاهش تعداد سایتهای بازی دردسترس درنتیجه پوشش شدید سطح خاکستر پوست پسته و تقابل نه‌چندان مناسب خاکستر و کلسیم اکسید می‌باشد. بر این اساس و با لحاظ هزینه تقویت-کننده مورد استفاده، به نظر می‌رسد 30 درصد وزنی یا مقادیر نزدیک به آن مقدار بهینه بارگذاری کلسیم اکسید مورد استفاده به عنوان تقویت‌کننده خاکستر پوست پسته باشد. آنالیز خواص سوختی بیودیزل تولیدی با استفاده از نمونه کامپوزیتی حاوی 30 درصد وزنی کلسیم اکسید و مطابقت این خواص با استانداردهای ASTM D67751 وEN14214 نیز نشان داد که سوخت تولیدی از کیفیت مناسبی برخوردار می‌باشد.

در سال‌های اخیر، فرآیند فتوکاتالیستی در حضور نانومواد TiO2 به دلیل هزینه پایین و خواص کارآمد به‌عنوان یکی از امیدوارکننده‌ترین روش‌ها برای تخریب آلاینده‌های دارویی مورد توجه قرار گرفته است. بااین‌حال، نانومواد TiO2 به عنوان پرکاربردترین و موثرترین فتوکاتالیست شناخته شده، از معایبی چون بازترکیب سریع الکترون-حفره، تجمع نانوذرات در محلول، ظرفیت جذب پایین و نیز جداسازی دشوار رنج می‌برند. ازجمله راهکارهای کارآمد جهت رفع این مشکلات، ترکیب با نانوذرات جاذب و نیز بکارگیری آن با مورفولوژی نانوالیاف می‌باشد. در این زمینه، نانوذرات رسی به دلیل مقرون‌به‌صرفه بودن، فراوانی، کارآیی بالا و سطح زیاد گزینه‌ای مناسب برای ترکیب با تیتانیا می‌باشند. در تحقیق حاضر، کارآیی نانوالیاف الکتروریسی شده TiO2 خالص و آلاییده به نانوذرات بنتونیت، سپیولیت و دیاتومه با %.wt 1 در تخریب آلاینده دارویی دیکلوفناک موردبررسی قرار گرفت. نمونه‌های سنتزی توسط آنالیزهای XRD، FESEM/EDX، DRS و PL شناسایی شدند. آنالیزهای XRD و FESEM/EDX موید سنتز موفق نانوالیاف کامپوزیتی بودند. از طرفی، نتایج آنالیزهای شناسایی نشان داد که با افزودن نانوذرات رسی در ساختار نانوالیاف تیتانیا فاز نامطلوب روتیل در مقایسه با فاز آناتاز کمتر تشکیل شده و سبب هم‌ترازی، یکنواختی و کاهش اندازه قطر نانوالیاف می‌شود. بعلاوه، افزودن این نانوذرات سبب افزایش طول عمر حاملان بار و ظرفیت جذب نانوالیاف شده است. این ویژگی‌ها که سبب بهبود عملکرد نانوالیاف تیتانیای آلاییده به نانوذرات رسی شده‌اند، در مورد نانوذرات بنتونیت نسبت به سپیولیت و به‌ویژه دیاتومه برجسته‌تر می‌باشند. برای یافتن درصد وزنی بهینه نانوذرات بنتونیت، نانوالیاف کامپوزیتی تیتانیا با مقادیر مختلف (5/0، 1و %.wt2) سنتز شد. نتایج ارزیابی عملکردی بیانگر افزایش بازده فتوکاتالیستی با افزایش مقدار بارگذاری تا wt.% 1 بنتونیت بود. با افزایش بیشتر مقدار بنتونیت، تغییر محسوسی در بازدهی مشاهده نگردید. با توجه به مطالعه چگونگی اثرگذاری فاکتورهای عملیاتی موثر و برهم‌کنش‌های میان آن‌ها بر روی بازده با استفاده از مدل RSM-CCD، مشخص گردید که پارامترهای مستقل غلظت و pH و نیز اثر متقابل این دو پارامتر بیشترین اثرگذاری را دارند. در شرایط عملیاتی بهینه (زمان تابش 98/119دقیقه، 17/6 =pH، دوز نانوالیاف g/L 1 و غلظت آلاینده ppm 8) راندمان حذف فتوکاتالیستی 3/98% به دست آمد.

پروپیلن از جمله اصلی ترین محصولات پایه در صنعت پتروشیمی است که ارزش آن از موادی چون گاز و نفت بیشتر می باشد. عرضه و تقاضای آن در بین مصرف کنندگان شرایط متفاوت و خاص دارد به این دلیل فرایند تولید این ترکیب باید مورد توجه باشد. روش های مختلفی جهت تولید این ترکیب وجود دارد که از کاربردی ترین آنها می توان به روش MTP اشاره کرد. در طی فرایند MTP می توان پروپیلن را با آبگیری متانول و سپس دی متیل اتر (به عنوان محصول میانی) تولید نمود. با توجه به وجود ناخالصی هایی از جمله محصولات اولفینی، پارافینی و همچنین مقادیری از متانول و دی متیل اتر تبدیل نشده به همراه پروپیلن، در این پژوهش بر آن شده ایم فرایند جداسازی دی متیل اتر و متانول از پروپیلن را با استفاده از جاذب NaX که از بین زئولیت های LTA، Faujsite و FER انتخاب گردید، از طریق شبیه سازی مولکولی مورد بررسی قرار دهیم. مطالعه حاضر، ارزیابی جذب تک جزئی و چند جزئی سه ماده دی متیل اتر، متانول و پروپیلن روی جاذب NaX، در دما و فشار مختلف، با استفاده از روش مونت کارلوو بوسیله نرم افزار Materials studio می باشد. نتایج نشان می دهد جذب این سه ماده روی جاذب مورد نظر با استفاده از میدان نیروی Compass و CVFF با نتایج تجربی هماهنگی خوبی را نشان می دهد و از مدل لانگمویر پیروی می کند. رفتار جذبی مواد به صورت تک جزئی از رفتار جذبی آن ها به صورت ترکیب متفاوت بوده، که به دلیل گزینش پذیری متفاوت اجزا در حالت ترکیب می باشد. همچنین، نتایج حاصل حاکی از آن است که جاذب NaX گزینش پذیری بالاتری برای دو ماده متانول و دی متیل اتر نسبت به پروپیلن دارد که باعث می شود به عنوان جاذب پیشنهادی جهت این نوع جداسازی انتخاب شود.

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 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 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 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.

متانول یکی از مهم ترین محصولات با ارزش حاصل از تبدیلات گاز طبیعی است و تبدیل متانول به هیدروکربن های مختلف گام مهمی در فرآیند های تبدیلات گاز طبیعی به حساب می آید. یکی از مهم ترین زیرمجموعه های این فرآیند ها تبدیل کاتالیستی متانول به آروماتیک هاست. در کار حاضر به منظور تولید آروماتیک ها از متانول، نانو زئولیت های HZSM-5 با سه نسبت سیلیس به آلومینای 50، 100 و 250 به عنوان کاتالیست مورد استفاده قرارگرفتند. آنالیزهای XRD، XRF، EDAX-Map، FESEM، FT-IR، ASAP و NH3-TPD برای شناسائی کاتالیست به کار رفتند. نتایج XRD حاکی از وجود دستگاه بلوری مونوکلینیک برای زئولیت ها دارد. آنالیزهای XRF و EDAX به خوبی نسبت سیلیسیم به آلومینیوم 50، 100 و 250 و فراوانی عناصر موجود در زئولیت ها را نشان دادند. تصاویر FESEM ساختار متخلخل کروی و بیضی شکل دانه های زئولیت را نشان داد. نتایج FT-IR نیز ساختار و پیوند های زئولیت ها را تعیین و گونه های شیمیائی آن ها را اندازه گیری کرد. آنالیز NH3-TPD میزان قدرت اسیدی زئولیت ها را بررسی کرد و نشان داد که زئولیت با نسبت سیلیسیم به آلومینیوم 50 بالاترین میزان قدرت اسیدی را نسبت به دو زئولیت دیگر دارد.آنالیز کروماتوگرافی گازی-طیف سنجی جرمی از محصول مایع تولید شده، تشکیل ترکیبات آروماتیکی را تائید کرد. نتایج بررسی انتخاب بهترین کاتالیست نشان داد، بهترین نسبت سیلیسیم به آلومینیوم برای تولید بالای آروماتیک ها نسبت 50 بود. اثرات عوامل دما، مقدار کاتالیست، دبی متانول و دبی نیتروژن توسط نرم افزار طراحی آزمایش نسخه 11 بررسی و بهینه شدند. شرایط عملیاتی بهینه منتخب که به کمک این نرم افزار و خارج از محدوده طراحی آزمایش تعیین شدند و در آن دما 480 درجه سانتیگراد، مقدار کاتالیست 13/0 گرم، دبی متانول 03/0 میلی لیتر بر دقیقه، دبی نیتروژن 5/7 سانتیمتر مکعب بر دقیقه و زمان 60 دقیقه بود. نتایج نشان داد در این شرایط مقدار متانول موجود در نمونه مورد اندازه گیری محصول در کمترین مقدار 6/121 میکرومول و مقدار BTX در بالاترین مقدار 6878 میکرومول بودند. اثرات GHSV،WHSV و زمان فعالیت با روش تک عاملی بررسی شدند و نتایج آنها نشان داد که برای داشتن مقدار BTX بالا و متانول پایین GHSV و WHSV و زمان فعالیت باید در محدوده پایین قرار داشته باشند. نتایج این پژوهش میزان تولید بالای آروماتیک ها در شرایط عملیاتی بهینه را با استفاده از نانو زئولیت HZSM-5 نشان داد.

توجه جهانی به علت منابع روبه پایان سوخت های فسیلی، مشکلات تغییرات آب و هوائی، و آلودگی محیط زیست به سمت انرژی های تجدیدپذیر جذب شده است. بیودیزل به علت ماهیت پاک، تجدیدپذیری، و بازده احتراق بالا یک جایگزین مناسب برای سوخت های فسیلی است. یکی از روش های تولید بیودیزل، ترانس استریفیکاسیون است که در این پژوهش، مورد استفاده قرار گرفته است. در این کار، کاتالیست ناهمگن بر پایه گرافن استفاده شد. در اولین بخش این کار، اکسید گرافن کاهش یافته از گرافیت و به وسیله روش هامرز تولید و پتاسیم بر روی آن نشانده شد. کاتالیست سنتز شده به وسیله تکنیک های FTIR ، SEM ، ASAP ، XRD ، TGA ، Raman ، و TEM تعیین مشخصات شد. اثرات شرایط عملیاتی تولید بیودیزل با استفاده از کاتالیست K2O/RGO شامل نسبت مولی متانول به روغن، مقدار کاتالیست، دما، و زمان با روش طرح آزمایش بررسی و بهینه شدند. در بخش بعدی، گرافن به وسیله روش پیرولیز از خاک اره تهیه شد. ویژگی ها و ساختار گرافن های سنتز شده به وسیله تکنیک های FTIR ، Raman ، SEM ، ASAP ، XRD ، UV-VIS DRS ، و TEM بررسی شدند؛ که با گرافن سنتز شده از روش هامرز مطابقت داشت. پتاسیم بر روی گرافن های سنتز شده نشانده شد، و در تولید بیودیزل از روغن های آفتابگردان و پسماند آشپزی به کار برده شدند. ویژگی های بیودیزل های تولید شده در توافق با استانداردهای ASTM D6751 و EN 14214 بود. حداکثر بازده تولید بیودیزل تولید شده 45/98 % بود که به بوسیله کاتالیست K2O/RGO و استفاده از روغن آفتابگردان در شرایط عملیاتی نسبت مولی متانول به الکل برابر با 5/19، مقدار کاتالیست wt.% 2، دمای °C 70، و زمان h 5/8 به دست آمد.

در سالهای اخیر تولید سوختهای نو و تجدیدپذیر به دلیل منابع محدود سوختهای فسیلی و مشکلات زیست محیطی استفاده از آنها، بسیار مورد توجه قرار گرفته است. بیودیزل یکی از سوختهای زیستی تجدیدپذیر با خواص مطلوب میباشد که به لحاظ سطح تولید انرژی همتراز با سوختهای فسیلی بوده و از مواد ارزان قیمت نیز قابل تولید میباشد. با این حال، تولید بیودیزل با مشکلاتی مواجه است که یافتن یک کاتالیست پربازده و کم هزینه از مهمترین آنهاست. در این راستا در این پژوهش به بررسی و بهبود عملکرد نانوکاتالیستهای هتروژنی پتاسیم بنیان بر پایه خاکستر بادی در واکنش ترانس استریفیکاسیون روغن پسماند پخت و پز بواسطه انتخاب تقویتکننده و شرایط آماده سازی مناسب پرداخته شده است. بدین ترتیب پایه خاکستر بادی با استفاده از تقویتکننده های سریا، منیزیم و زیرکونیا به روش رسوبی سنتز و فاز فعال پتاسیم به روش تلقیح روی آنها بارگذاری شد. نتایج نشان دادند که کاتالیست با پایه کامپوزیتی خاکستر بادی -زیرکونیا سبب توزیع بهتر ذرات پتاسیم و در نتیجه افزایش کارآیی کاتالیست پتاسیم بنیان بر پایه خاکستر بادی خام و بهبود کیفیت بیودیزل تولیدی نسبت به تقویتکنندههای دیگر میشود. بکارگیری 25 درصد وزنی فاز فعال پتاسیم و استفاده از روش سونوشیمی برای بار گذاری آن در نانوکاتالیستهای پایه کامپوزیتی خاکستر بادی تقویت شده با 20 % وزنی زیرکونیا میتواند تا حد امکان خواص ساختاری و سطحی و درنهایت، فعالیت کاتالیستی را بهبود ببخشد. تعیین مشخصات کاتالیستهای سنتز شده توسط آنالیزهای XRD،FESEM ، EDX-Dot mapping ، FTIR و جذب-واجذب گاز نیتروژن انجام و ارزیابی عملکردی آنها برحسب بازده و کیفیت بیودیزل تولیدی در شرایط عملیاتی نسبت مولی متانول به روغن 12:1 ، مقدار کاتالیست 6 درصد وزنی، دمای °C 60 و مدت زمان 5 ساعت صورت گرفت. در ادامه نتایج نشان داد که بکارگیری امواج التراسوند حین فرآیند تلقیح ذرات پتاسیم موجب افزایش چشمگیر قابلیت استفاده مجدد کاتالیست میشود به گونهای که بعد از 6 مرتبه استفاده پی در پی از کاتالیست بازده بیودیزل تولیدی از 4 / 96 % به 89 % میرسد و تنها 7 % افت فعالیت داشت در حالی که در نمونه تلقیحی حدوداً 16 % افت فعالیت را خواهیم داشت. این پایداری بهتر فعالیت را میتوان ناشی از عمدتاً برهمکنش قوی میان سایتهای فعال پتاسیم و پایه کامپوزیتی و نیز وجود سایتهای فعال زیاد در نمونه سنتزی دانست. بعلاوه، اندازه گیری مشخصات بیودیزل تولیدی و مقایسه با استانداردهای این سوخت، تولید بیودیزل با کیفیت بالا را نشان داد.

شمع به عنوان محصولی درگرمایش و روشنایی استفاده می شود اما امروزه نقش شمع در زیبایی و دکوراسیون پررنگ است به همین خاطر شکل ظاهری و عملکرد سوخت شمع بسیار مورد اهمیت است. یکی از مهم ترین اجزای شمع فتیله شمع است و یکی از مشکلات اکثر تولیدکنندگان شمع مرکز بودن فتیله است چراکه برای رسیدن به شمعی با سوختی یکنواخت، داشتن زمان سوخت مناسب، سوختن تدریجی، داشتن حوضچه سوخت مناسب، جلوگیری از اشک دادن شمع و مشکلات ایمنی مرکز بودن فتیله بسیار حائز اهمیت است. افزایش رقابت و وجود محصولات مشابه سبب کاهش توان رقابتی شرکت ها شده و تنها راه بقای آنان در گرو محصولات باارزش بیشتر و کیفیت فوق العاده می باشد و این مستلزم نوآوری و تحول در عرضه تولیدات و خواسته های مشتریان می باشد. در این راستا برای رسیدن به فتیله با ایستایی وپایداری مناسب از یک پوشش پلیمری بهره گرفته شد که پس از تست های مورد نظراز وکس های مورد نظر اعم از بررسی نقطه کانجلینگ، درجه نفوذ و بررسی شعاع گردش، تست در مرحله صنعتی و در قسمت خط تولید انجام شد ودر نهایت تست سوخت شمع مورد بررسی قرار گرفت. ترکیب انتخاب شده نهایی استفاده از 85 درصد پارافین و 15درصد پلی اتیلن به عنوان پوشش فتیله است. در نهایت آنالیز FTIR,SEM وTGA برای ترکیب انتخاب شده مورد بررسی قرار گرفت که نتایج حاکی از وجود پلی اتیلن در ترکیبی همگن، پایدارویکنواخت به دور از پدیده تجمع از پارافین+پلی اتیلن بود. در بررسی اقتصادی نهایی از این پزوهش افزایش 25 درصدی تولید، کاهش74 درصدی ضایعات در قسمت کنترل نهایی خط تولید وارمر و کاهش67 درصدی ضایعات فتیله در قسمت مونتاژاست.

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.

فناوری نانو در تولید انرژی سازگار با محیط زیست نقش قابل توجهی دارد. نانوژنراتور های پیزوالکتریک انعطاف پذیر دستگاهی هستند با ساختار نانو که انرژی مکانیکی محیط را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. تولید نانوالیاف به روش الکتروسانتریفیوژریسی همزمان به کمک نیروهای گریز از مرکز و الکترواستاتیک است. در این پژوهش نانوژنراتور پیزوالکتریک مبتنی بر نانوالیاف PVDF با اضافه کردن نانوذره Ag-rGO با استفاده از روش الکتروسانتریفیوژریسی ساخته شد. ابتدا با بررسی سه فاکتور غلظت محلول پلیمری، ولتاژ و سرعت چرخش ریسنده نانوالیاف توسط روش الکتروسانتریفیوژریسی تولید شد و در مقدار بهینه بدست آمده، نانوذره Ag-rGO در چهار سطح 5/0، 1 ،5/1 و 2 میلی لیتر اضافه شد. مشخصات نانوالیاف با استفاده از طیف مادون قرمز FT-IR، پراش اشعه ایکس XRD و همچنین تصاویر FESEM ارزیابی شدند. نتایج حاکی از آن است که با افزودن نانوذره، درصد فاز β، هم ترازی نانوالیاف و مقدار ولتاژ خروجی نانوژنراتور افزایش می یابد. مقدار بهینه غلظت محلول پلیمری، سرعت چرخش ریسنده و ولتاژ به ترتیب برابر با wt.%15، rpm1900 و kV17 است. مقدار فاز β در حضور چهار نانوذره ارزیابی شد و بیشترین مقدار در 5/1 میلی لیتر از نانوذره Ag-rGO 52/88 درصد محاسبه گردید.

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.

امروزه، کشورهای زیادی سعی در تولید بیودیزل از روغن های گیاهی و حیوانی دارند تا بر بحران کاهش منابع سوخت های فسیلی، و آلودگی های ناشی از آنها غلبه کنند. دراینکار، برای تولید بیودیزل از روغن های آفتابگردان و پسماند آشپزی از روش ترانس استریفیکاسیون استفاده می شود. کاتالیست مغناطیسی K compounds/Fe3O4 که بوسیله روش سل-ژل تهیه شده بود، استفاده شد. مقدار پتاسیم کاتالیست بهینه شد. دمای بهینه تکلیس °C 550 تعیین شد. تکنیک هائی شامل XRD، XRF ، FTIR ، EDAX ، SEM ، ASAP ، و VSM برای شناسائی کاتالیست K compounds/Fe3O4 بکار برده شدند. نتایج XRD ، تشکیل KFeO2 و Fe3O4 را تائید کردند. تصاویر SEM ساختار متخلخل کاتالیست را نشان دادند. آنالیز GC-mass تشکیل متیل استرهای اسید چرب یا بیودیزل را تائید کردند. اثرات پارامترهای عملیاتی شامل دمای راکتور، مفدار کاتالیست، مقدار متانول، و زمان بررسی و بهینه شدند. در شرایط عملیاتی بهینه، دمای راکتور °C 65 ، مقدار کاتالیست wt.% 5، نسبت مولی متانول به روغن 12، و زمان 8 ساعت، حداکثر بازده تولید بیودیزل به روغن آفتابگردان 28/96 % و به روغن پسماند آشپزی 05/ 84 % بود.

برداشت ،تولید ، ضبط و ذخیره انرژی برای دستگاه‌ها از اهمیت زیادی برخوردار است. این انرژی از انرژی خورشیدی، باد، حرارتی و جنبشی گرفته می‌شود تا به دستگاه‌های کم مصرف برسد. تلاش‌های زیادی انجام شده تا برداشت انرژی برای تامین الکتریسیته در شرایطی که امکان تعویض باتری وجود ندارد عملی شود. نانو ژنراتورها تولید‌کننده‌های انرژی هستند که هم می‌توانند باتری را تکمیل کنند و هم در برخی موارد تامین کننده برق مستقل برای دستگاه‌های الکترونیکی کوچک باشند. مواد پیزوالکتریک به‌عنوان عنصر اصلی بسیاری از نانوژنراتورها مورد استفاده گسترده قرار گرفته‌اند. مطالعات اخیر در مورد گزینه‌های پیزوالکتریک پلیمری و کامپوزیت، به شکل فیلم نازک و نانوالیاف، منجر به توسعه نانو ژنراتورها شده است. چالشی که اکثر محققان با آن روبرو هستند ساختن نانو ژنراتورهای پیزوالکتریک است که می‌توانند انرژی کافی از ارتعاشات محیطی را برداشت و ذخیره کنند با توجه به هزینه زیاد در تولید انرژی الکتریکی، نانو ژنراتورها این قابلیت بسیار مهم را دارند که در آینده نزدیک، جایگزین منابع تولید انرژی باشند و در وسایل الکترونیکی نظیر: باتری‌های لپ‌تاپ موبایل، تراشه های الکترونیکی، LED و در سطح گسترده برای حسگرها و.... بکار گرفته شوند. برای تولید انرژی از نانو ژنراتورها نیاز به یک منبع پایدارکه از تنش‌ها و کرنش‌های مکانیکی نیاز داریم که با حداقل کنش بیشترین توان تولید انرژی الکتریکی را داشته باشیم. هدف این تحقیق تولید نانو ژنراتورهای انطاف پذیر راندمان بالای پیزوالکتریک می‌باشد. برای رسیدن به هدف گفته شده ابتدا اکسید گرافن سنتز شد سپس اکسید گرافن طی واکنش هایی به اکسید گرافن کاهش تبدیل شد آنگاه نانوکامپوزیت اکسید گرافن کاهش یافته/اکسید روی در پنج نسبت مختلف سنتز شد. این نانوکامپوزیت طبق آزمایش‌هایی که با استفاده از نرم افزار طراحی آزمایش، طراحی شد به میزان مشخص به عنوان افزودنی به محلول پلیمری اضافه شد در نهایت نانوژنراتورهای مبتنی بر این نانوالیاف کامپوزیتی ساخته شد و تحت فرکانس 1هرتز با استفاده از دستگاه ارتعاش مکانیکی، قرار گرفت و ولتاژ‌های خروجی از نانوژنراتورهای ساخته شده یادداشت شد. سپس شرایط سنتز نانوالیاف کامپوزیتی از جمله ولتاژ دستگاه الکتروریسی، غلظت پلیمر، غلظت نانوذرات کامپوزیتی و همچنین نسبت این نانوذرات روی ساختار، میزان افزایش یا کاهش فاز بتا، ولتاژ خروجی نانوژنراتورها و خواص الیافPVDF مورد بررسی قرار گرفت.

پسماند کوره های نیروگاهی به دلیل داشتن فلزات سمی برای محیط زیست بسیار خطرناک هستند. از طرفی دیگر نیاز صنایع به این فلزات منجر به توجه بیش از پیش به این پسماندها و بازیابی فلزات از آنها شده است. در این تحقیق روش سونوبیولیچینگ بر پایه استفاده از عصاره لیمو جهت استخراج فلزات وانادیوم و نیکل از پسماند کوره های نیروگاهی به کار گرفته شد. از روش سطح پاسخ به منظور بهینه سازی فاکتورها استفاده گردید. نتایج نشان داد که در شرایط بهینه شامل غلظت هیدروژن پراکسید 10% حجمی - حجمی، توان التراسونیک 158/89 وات، چگالی پسماند 0.01% وزنی - حجمی و غلظت عصاره لیمو 27.94% حجمی - حجمی، راندمان بازیابی فلزات وانادیوم و نیکل به ترتیب 88.68% و 6.01% به دست آمد. به منظور بررسی سینتیک فرایند از مدل هسته کوچک شونده استفاده شد و مرحله نفوذ در شبکه جامد برای هر دو فلز به عنوان مرحله کنترل کننده سرعت تعیین شد. پارامترهای ترمودینامیکی فرایند نیز مورد بررسی قرار گرفت و نتایج نشان داد که مقدار H و S برای وانادیوم به ترتیب kJ/mol 17.01 و 480.64 j/mol و برای نیکل 20.67 kj/mol و -300.302 j/mol به دست آمد. همچنین از روش ترسیب برای جداسازی وانادیوم از محلول بعد از فرایند سونوبیولیچینگ استفاده شد و نتایج نشان داد که وانادیوم با خلوص بالایی جداسازی شد.

امروزه، رشد سریع جمعیت، توسعه صنعت، افزایش تقاضا برای انرژی، نوسانات قیمت نفت، گرم شدن کره زمین به علت انتشار گازهای گلخانه ای، آلودگی محیط زیست، و کاهش ذخایر سوخت های فسیلی جستجو برای منابع جدید انرژی را ضروری ساخته اند. یکی از منابع با ارزش جایگزین سوخت های فسیلی، بیودیزل است. در اینکار، به منظور تولید بیودیزل کاتالیست مرکب نانوساختار K compounds/Al2O3 به وسیله روش سل-ژل احتراقی اوره سنتز شد و در ترانس استریفیکاسیون روغن آفتابگردان و پسماند روغن پخت و پز بکار برده شد. آنالیزهایی مانند XRF، ICP، XRD، FESEM، FTIR، ASAP و TGA برای شناسایی کاتالیست سنتز شده، بکار برده شدند. تصاویر FESEM نشان داد که نمونه سنتز شده با روش سل-ژل احتراقی دارای ساختار متخلخلی است. آنالیز XRD نشان داد که کاتالیست سنتز شده ساختار آمورف دارد. تعیین مساحت سطح ویژه و اندازه منافذ متخلخل کاتالیست سنتز شده با آنالیز ASAP انجام گرفت. آنالیز GC-mass بیودیزل تولید شده، تشکیل متیل استرها را تائید کرد. اثرات شرایط عملیاتی مختلف مانند نسبت مولی متانول به روغن، مقدار کاتالیست، دمای واکنش، و زمان به وسیله نرم افزار طراحی آزمایش DX-11 بررسی و بهینه شدند. شرایط عملیاتی بهینه برای تولید بیودیزل نسبت مولی متانل به روغن 17:1، مقدار کاتالیست 25/8 درصد وزنی، دمای 70 درجه سانتی گراد و مدت زمان 7 ساعت تعیین شد. در این شرایط بازده تولید بیودیزل برای روغن آفتابگردان 74/88 %، و برای پسماند روغن پخت و پز 01/82 % بود. ویژگی های بیودیزل تولید شده مانند دانسیته، ویسکوزیته، نقطه ابری شدن، نقطه ریزش، عدد اسیدی و عدد ستان اندازه گیری و با استانداردها مقایسه شدند. نتایج این پژوهش، تولید بیودیزل با بازده و کیفیت بالا را نشان داد.

وجود فلزات سنگین در آب موجب مشکلات جدی برای سلامتی انسان و سایر موجودات زنده می شود. جذب سطحی یکی از روش های حذف آلاینده ها از آب و پساب است. بیوجاذب ها که معمولا پسماندهای کشاورزی هستند و ارزان قیمت و در دسترس اند، می توانند به عنوان راهکاری کارآمد برای حذف فلزات سنگین به کار روند. در این کار، برای حذف آهن(III) از بیوجاذب هسته خرما، و برای حذف کروم (IV)از هسته خرما، مگنتیت(〖Fe〗_3 O_4) و هسته خرمای مغناطیسی شده استفاده شد. نتایج حذف آهن(III) با هسته خرما، جذب سطحی گرماگیر را نشان داد که از مدل لانگمویر پیروی می کرد و حداکثر ظرفیت جذب سطحی mg/g 5/10 بود. سینتیک جذب سطحی بسیار سریع بود و در حدود min 30 به تعادل رسید. سینتیک جذب سطحی از مدل شبه مرتبه دوم پیروی می کرد. سپس، جذب سطحی کروم(VI) توسط جاذب های هسته خرما، مگنتیت و هسته خرمای مغناطیسی شده بررسی شد. در همه موارد جذب سطحی ماهیت گرماگیر داشت. جذب سطحی کروم(VI) از مدل لانگمویر پیروی می کرد که حداکثر جذب سطحی در جاذب های هسته خرما، مگنتیت و هسته خرمای مغناطیسی شده به ترتیب 66/0، 5/10 و mg/g 88/2 بود. سینتیک جذب سطحی کروم(VI) توسط جاذب ها از مدل شبه مرتبه دوم پیروی می کرد. نتایج نشان دادند که هسته خرما جاذب خوب و ارزان قیمتی برای حذف آهن(III) و جاذب هسته خرمای مغناطیسی شده، جاذب خوبی برای حذف کروم(VI) از آب است. خاصیت مغناطیسی جاذب سنتز شده موجب جداسازی آسان آن از آب می شود.

پساب های دارویی به دلیل اثراتی که بر سلامت انسان و محیط زیست دارند جزو خطرناک-ترین پساب ها محسوب می شوند. در این میان، تتراسایکلین ها به طور گسترده ای به منظور آنتی-بیوتیک در جهان استفاده و به راحتی وارد محیط زیست می شوند. خطرناک ترین اثر آنتی بیوتیک ها در محیط زیست، توسعه چند سویه باکتریایی و افزایش مقاومت آن هاست. فرآیند فتوکاتالیستی اکسیداسیون پیشرفته با نیمه هادی TiO2 یک روش موثر جهت تخریب آلودگی های مضر آلی همانند داروهایی مانند آنتی بیوتیک ها می باشد. با این حال، کاربرد نیمه هادی TiO2 به دلیل مساحت سطح کم، تجمع و نوترکیبی الکترون ها و حفره های تولیدشده توسط نور محدودشده است. الکتروریسی یکی از روش های سنتز فتوکاتالیست ها به صورت نانوالیاف است که باعث افزایش مساحت سطح و جلوگیری از تجمع حین سنتز می شود. در این پژوهش، با استفاده از روش الکتروریسی نانو الیاف های فتوکاتالیستی TiO2 سنتز و جهت تجزیه آنتی بیوتیک تتراسایکلین مورداستفاده قرار گرفتند. نانوذرات CuO جهت کاهش نوترکیبی الکترون ها و حفره های تولیدشده توسط نور و افزایش راندمان بر روی نانوالیاف ها TiO2 بارگذاری شدند. مشخصه یابی فتوکاتالیست های کامپوزیتی سنتز شده با روش های FESEM، XRD، DRS، PL، BET و EDX انجام شد. تصاویر FESEM سنتز فتوکاتالیست ها به صورت نانوالیاف و توزیع عالی نانوذرات CuO بر روی آن ها را نشان داد. آنالیز های XRD و EDX به ترتیب نشان دادند که ساختار کریستالی آناتاز TiO2 تشکیل و سنتز فتوکاتالیست ها به صورت خالص انجام گرفته است. نتایج آنالیز DRS و PL تاثیر بارگذاری نانوذرات CuO بر روی نانوالیاف و کاهش شکاف باند نانوالیاف های TiO2 و درنهایت کاهش نوترکیبی الکترون ها و حفره های تولیدشده توسط نور را تائید کردند. مساحت سطح ویژه و اندازه منافذ متخلخل نانوالیاف های فتوکاتالیستی سنتز شده با آنالیز BET انجام گرفت. در انجام آزمایش های بررسی فعالیت فتوکاتالیستی ابتدا فتوکاتالیست بهینه شد و مقدار بارگذاری 10% وزنی نانوذرات CuO به عنوان فتوکاتالیست کامپوزیتی بهینه انتخاب شد که در مدت زمان 2 ساعت راندمان حذف 80/73% ارائه کرد. سپس، با استفاده از نرم افزار طراحی آزمایش Design Expert شرایط عملیاتی فرآیند شامل زمان واکنش، دوز کاتالیستی و pH بهینه شدند که در شرایط بهینه راندمان حذف 87/85% در مدت زمان 78 دقیقه به دست آمد.

نگرانی روزافزون در مورد آلاینده های محیط زیستی آب، نیاز به استفاده از فرآیندهای موثر حذف را ضروری می سازد. فرآیند فتوکاتالیستی یک روش موثر و ارزان برای تخریب کامل آلاینده های آبی و جایگزینی برای روش های موجود مطرح است. با این حال، چالش هایی از قبیل بازترکیب سریع الکترون-حفره، جذب پایین نور مرئی و سینتیک پیچیده مانع از صنعتی شدن این فرآیند شده است. در راستای موانع موجود، توجه محققان به سنتز فتوکاتالیست های ناهمگون از طریق اتصال بین دو نیمه رسانا و بارگذاری بر روی پایه جاذب در راستای افزایش فعالیت فتوکاتالیستی معطوف شده است. لذا در این تحقیق کارایی نانوکامپوزیت سنتز شده CuO-10%TiO2/MCM-41 با درصدهای مختلف وزنی مس اکسید با دو روش بارگذاری تلقیح و التراسوند در تخریب تتراسایکلین مورد بررسی قرار گرفت. خصوصیات نانوکامپوزیت های سنتز شده با استفاده از آنالیزهای XRD ،FESEM ،EDX ، BET،DRS و PLS مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج XRD تشکیل ساختار کریستالی مس و تیتانیا را تایید کرد. آنالیز FESEM تولید ذرات کوچک در مقیاس نانومتری با توزیع یکنواخت را نشان داد. آنالیز BET سطح ویژه بالا و مزوحفره بودن را برای کاتالیست های نانوساختار سنتزی تایید کرد. نتایج بدست آمده از DRS و PLS تاثیر مثبت افزودن مس اکسید را برای کاهش شکاف انرژی و بازترکیب الکترون-حفره اثبات کرد. جهت ارزیابی عملکرد فتوکاتالیست ها، نمونه های سنتز شده در فرآیند تخریب تتراسایکلین مورد استفاده قرار گرفتند. مشاهدات نشان داد که افزودن % 5 وزنی مس اکسید منجر به افزایش فعالیت فتوکاتالیستی به دلیل پراکندگی مناسب ذرات و جلوگیری موثر از بازترکیب الکترون-حفره شده است. همچنین در مقایسه دو روش سنتز، روش التراسونیک به دلیل توزیع یکنواخت ذرات عملکرد بهتری را در تخریب تتراسایکلین نشان داد. اث‍ر پ‍ارام‍ت‍ره‍ای اصلی از ج‍م‍ل‍ه غلظت اولیه آلاینده ، دوز فتوکاتالیست، pH، شدت نور و زم‍ان واک‍ن‍ش ب‍ر روی ب‍ازده‍ی تخریب م‍ورد م‍طال‍ع‍ه ق‍رار گرفت. مدل سازی و بهینه سازی فرآیند فتوکاتالیستی تخریب تتراسایکلین ب‍ا اس‍ت‍ف‍اده از طرح مرک‍‍ب م‍رک‍زی (CCD) بررسی ش‍د و نتایج ب‍دس‍ت آم‍ده ب‍ا مقادیر پیش بینی شده ت‍وس‍ط ش‍ب‍ک‍ه عصبی مصنوعی (ANN) مقایسه ش‍د. م‍دل ANN ب‍ه ص‍ورت پ‍س ان‍ت‍ش‍ار خ‍طا و ت‍وپ‍ول‍وژی 5:9:1 ب‍ا ت‍اب‍ع ان‍ت‍ق‍ال سیگموئید ب‍رای لایه ی میانی ت‍وس‍ع‍ه داده ش‍د. ت‍طاب‍ق بسیار خوبی بین مقادیر پیش بینی شده ت‍وس‍ط م‍دل ه‍ای بکارگرفته شده م‍ش‍اه‍ده گردید. مقادیر R2 ب‍رای م‍دل ه‍ای CCD و ANN به ترتیب ب‍راب‍ر ب‍ا 995/0 و 997/0 بدست آمد. در شرایط بهینه عملیاتی (غ‍ل‍ظت آلاینده mg/L81/22، دوز فتوکاتالیست 1/15 g/L، سه لامپ، pH=7 و مدت 110 دقیقه) بیشترین مقدار تخریب 91 درصد بدست آمد.

آلاینده هائی مثل پساب های داروئی اثرات خطرناکی بر محیط زیست دارند؛ بنابراین، جداسازی این آلاینده های آلی از پساب ها موضوع اصلی خیلی از تحقیقات جدید است. در اینکار، نانوسیم های اکسید روی تقویت شده با اکسید مس، اکسید سریم بعنوان فتوکاتالیست برای تجزیه فتوکاتالیستی محلول آبی سیپروفلوکساسین بکار برده شد. ابتدا، نرم افزار طرح آزمایش (نسخه 10)، روش سطح پاسخ، و طرح مرکب مرکزی برای بهینه کردن مقدار مس و سریم بر روی پایه اکسید روی بکار برده شد. فتوکاتالیست بهینه شده بوسیله ICP ، XRD، EDAX ، MIP ، SEM شناسائی شد. نتیجه ICP ترکیب درصد فتوکاتالیست بهینه را نشان می دهد: ZnO71/97/ CuO24/2/CeO204/0 فازهای کریستالی اکسید روی (ورتزایت)، اکسید مس (منوکلینیک)، و اکسید سریوم (کیوبیک) بوسیله XRD تعیین شدند. تصاویر SEM ، اکسید مس، اکسید سریوم را بر روی سطح ورق روی که نانوسیم اکسید روی بر سطح آن رشد کرده بود، را نشان می دهند. شرایط عملیاتی آزمایش های ناپیوسته مثل مقدار فتوکاتالیست، pH محلول، و زمان بوسیله نرم افزار طرح آزمایش (نسخه 10) مدل و بهینه شدند. تجزیه و تحلیل آماری تطبیق خوب پیش بینی های مدل با داده های تجربی را نشان داد. نتایج تجربی نشان داد که تجزیه فتوکاتالیستی محلول سیپروفلوکساسین از سینتیک مرتبه دوم پیروی می کند. ml100 از محلول سیپروفلوکساسین با غلظت ppm 10 و pH محلول 7 با بکار بردن چهار قطعه از فتوکاتالیست ZnO71/97/ CuO24/2/CeO204/0 تحت تابش پرتو UV بعد از min 90 تجزیه شد و راندمان جداسازی 9/88٪ بود.