Optimization P-nitrotoluene Removal Efficiency in Aqueous Solution by Photocatalyticozonation Reaction

لينا شهيد احمد; حسين مظهري; علي حسيني

doi:10.52716/jprs.v15i4.1073

المؤلفون

لينا شهيد احمد قسم الهندسة الكيميائية، كلية الهندسة، جامعة آزاد الإسلامية، فرع أراك، أراك، إيران
حسين مظهري قسم الهندسة الكيميائية، كلية الهندسة، جامعة آزاد الإسلامية، فرع أراك، أراك، إيران.
علي حسيني قسم الهندسة الكيميائية، كلية الهندسة، جامعة آزاد الإسلامية، فرع أراك، أراك، إيران.

DOI:

https://doi.org/10.52716/jprs.v15i4.1073

الكلمات المفتاحية:

ANOVA، CCRD، Ozonation، P-Nitrotoluene، Photocatalytic، RSM

الملخص

يعد البارانيتروتولوين ( (PNTمادة خطرة يُشتبه في تسببها باضطرابات هرمونية. وقد دُرست عملية تحلله في المحاليل المائية باستخدام الأوزنة الضوئية الكيميائية مع أكسيد الزنك ( (ZnOكعامل مساعد والأشعة فوق البنفسجية. تم تغيير عوامل مختلفة في التجارب المختبرية، بما في ذلك تركيز البارانيتروتولوين، وتركيز أوكسيد الزنك، ودرجة الحموضة، ومعدل تدفق الأوزون، وزمن التعرض للأشعة فوق البنفسجية. واستُخدمت منهجية سطح الاستجابة (RSM) والتصميم المركزي المركب القابل للدوران (CCRD) لتحسين العملية. تراوحت كفاءة إزالة البارانيتروتولوين من 47% إلى 99.5%، مع معامل ارتباط عالٍ (R² = 0.9558). وشملت العوامل المؤثرة بشكل كبير زمن التعرض للأشعة فوق البنفسجية، ودرجة الحموضة، ومعدل تدفق الأوزون، وتركيز أوكسيد الزنك، والتركيز الأولي للبارانيتروتولوين. وقد تحققت أقصى كفاءة إزالة عند تركيز أولي للبارانيتروتولوين قدره 76.701 جزء في المليون، وتركيز أوكسيد الزنك 0.16 غ/ل، ودرجة حموضة 8.235، ومعدل تدفق أوزون 3.516، وزمن تعرض للأشعة فوق البنفسجية قدره 99.548 دقيقة.

المراجع

F. J. Beltrán, J. M. Encinar, and M. A. Alonso, "Nitroaromatic hydrocarbon ozonation in water. 1. Single ozonation", Industrial & Engineering Chemistry Research, vol. 37, no. 1, pp. 25-31, 1998. https://doi.org/10.1021/ie9704253.

G. E. Diwani, S. E. Rafie, and S. Hawash, "Degradation of 2, 4, 6-trinitotoluene in aqueous solution by ozonation and multi-stage ozonation biological treatment", International Journal of Environmental Science & Technology, vol. 6, pp. 619-628, 2009. https://doi.org/10.1007/BF03326102.

O. A. Sadik and D. M. Witt, "Peer reviewed: Monitoring endocrine-disrupting chemicals", Environmental Science & Technology, vol. 33, no. 17, pp. 368A-374A, 1999. https://doi.org/10.1021/es992961n.

Z. Li, P. Shea, and S. Comfort, "Nitrotoluene destruction by UV-catalyzed Fenton oxidation", Chemosphere, vol. 36, no. 8, pp. 1849-1865, 1998. https://doi.org/10.1016/S0045-6535(97)10073-X.

J. Jing, W. Li, A. Boyd, Y. Zhang, V. L. Colvin, and W. Y. William, "Photocatalytic degradation of quinoline in aqueous TiO2 suspension", Journal of Hazardous Materials, vol. 237-238, pp. 247-255, 2012. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2012.08.037.

S. K. Walia, S. Ali-Sadat, and G. R. Chaudhry, "Influence of nitro group on biotransformation of nitrotoluenes in Pseudomonas putida strain OU83", Pesticide Biochemistry and Physiology, vol. 76, no. 3, pp. 73-81, 2003. https://doi.org/10.1016/S0048-3575(03)00068-3.

S. Song, M. Xia, Z. He, H. Ying, B. Lü, and J. Chen, "Degradation of p-nitrotoluene in aqueous solution by ozonation combined with sonolysis", Journal of Hazardous Materials, vol. 144, no. 1-2, pp. 532-537, 2007. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2006.10.067.

S. Song, H. Ying, Z. He, and J. Chen, "Mechanism of decolorization and degradation of CI Direct Red 23 by ozonation combined with sonolysis", Chemosphere, vol. 66, no. 9, pp. 1782-1788, 2007. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2006.07.090.

H. W. Prengle, "Experimental rate constants and reactor considerations for the destruction of micropollutants and trihalomethane precursors by ozone with ultraviolet radiation", Environmental Science & Technology, vol. 17, no. 12, pp. 743-747, 1983. https://doi.org/10.1021/es00118a010.

Y.-H. Chen, C. Y. Chang, S. F. Huang, N. C. Shang, C. Y. Chiu, Y. H. Yu, P. C. Chiang, J. L. Shie, and C. S. Chiou, "Decomposition of 2-naphthalenesulfonate in electroplating solution by ozonation with UV radiation", Journal of Hazardous Materials, vol. 118, no. 1-3, pp. 177-183, 2005. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2004.10.018.

B. Kasprzyk-Hordern, M. Ziółek, and J. Nawrocki, "Catalytic ozonation and methods of enhancing molecular ozone reactions in water treatment", Applied Catalysis B: Environmental, vol. 46, no. 4, pp. 639-669, 2003. https://doi.org/10.1016/S0926-3373(03)00326-6.

Y. Jiang, C. Pétrier, and T. D. Waite, "Effect of pH on the ultrasonic degradation of ionic aromatic compounds in aqueous solution", Ultrasonics Sonochemistry, vol. 9, no. 3, pp. 163-168, 2002. https://doi.org/10.1016/S1350-4177(01)00114-6.

J. Wu, M. A. Eiteman, and S. E. Law, "Evaluation of membrane filtration and ozonation processes for treatment of reactive-dye wastewater", Journal of Environmental Engineering, vol. 124, no. 3, pp. 272-277, 1998. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9372(1998)124:3(272).

D. C. Montgomery, E. A. Peck, and G. G. Vining, “Design and Analysis of Experiments”, 11th ed., John Wiley & Sons, Hoboken, NJ, USA, 2021.

R. H. Myers, D. C. Montgomery, and C. M. Anderson-Cook, “Response Surface Methodology: Process and Product Optimization Using Designed Experiments”, 5th ed., John Wiley & Sons, Hoboken, NJ, USA, 2022.

X. Li, Y. Zhang, and L. Wang, "Optimization of photocatalytic degradation of pharmaceutical pollutants using RSM," Journal of Environmental Science and Technology, vol. 57, no. 3, pp. 2456–2468, 2023.

H. S. Fogler, “Elements of Chemical Reaction Engineering”, Pearson Educacion, 2016.

E. B. Nauman, “Chemical Reactor Design, Optimization, and Scaleup”, John Wiley & Sons, Hoboken, NJ, USA, 2008.

A. H. Sulaymon, and H. H. Alwan, "Performance of Mixing Granules Solid Materials by Fluidization", Iraqi Journal of Chemical and Petroleum Engineering, vol. 5, no. 4, pp. 35-40, 2004. https://doi.org/10.31699/IJCPE.2004.4.6.

H. Mazaheri, K. T. Lee, S. Bhatia, and A. R. Mohamed, "Subcritical water liquefaction of oil palm fruit press fiber in the presence of sodium hydroxide: an optimisation study using response surface methodology", Bioresource Technology, vol. 101, no. 23, pp. 9335-9341, 2010. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2010.07.004.