دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران جنوب

دانشکده تحصیلات تکمیلی

سمینار برای دریافت درجه کارشناسی ارشد

مهندسی شیمی – محیط زیست

عنوان:

تجزیه آمونیاک از پساب و آب به روش فتوکاتالیستی

مقدمه

از نقطه نظر شیمیدان ها، آب به صورت خالص ترین حالت آن در طبیعت یافت نمی شود و تهیه آب خالص مستلزم صرف هزینه و مواد می باشد. در نتیجه، این آب در محیط زیست و در طبیعت سریعا توسط ترکیبات مختلف آلوده می گردد. از طرف دیگر پیشرفتهای حاصله در علوم و فن آوری های مختلف موجب پیدایش مواد و مولکول های شده، که می توانند در برابر تجزیه زیستی مقاومت نمایند. در این میان، ترکیبات آلی و نیتروژن دار از جمله مواد مضر برای موجودات زنده هستند. این گونه ترکیبات عمدتا از واحدهای داروسازی، صنایع کاغذسازی، کک سازی، پتروشیمی و تولید روغن، پالایشگاه های نفت و بسیاری از واحدهای شیمیایی دیگر خارج می شود. که رها شدن چنین موادی در محیط زیست از خطرات مهم زیست محیطی محسوب می شوند. از طرف دیگر با توجه به افزایش محدودیت های ناشی از قوانین زیست محیطی و به منظور حفظ تعادل اکوسیستم طبیعی نیاز به روش های تصفیه ای جدیدی می باشد که بتوانند این مواد را حذف و یا حداقل به موادی با مولکول های کوچکتر و قابل تصفیه تبدیل نمایند. روشهای متعارف تصفیه مانند روش های زیستی، برای تصفیه پساب های حاوی چنین موادی پاسخگو نمی باشد و روش های فیزیکی نیز این مواد را از یک محیط (با غلظت کمتر و حجم بیشتر) به محیط دیگر (با غلظت بیشتر و حجم کمتر) و یا از یک فرم (بسیار خطرناک) به فرم دیگر (کمتر خطرناک) تبدیل می کنند [Fernandes,2005; Gorgate,2002]

البته از سالیان دور سوزاندن فاضلاب های حاوی مواد خطرناک مرسوم بوده است در حالی که این روش تنها برای فاضلاب هایی با غلظت بالا (بدون در نظر گرفتن آلودگی اتمسفریک هوا) قابل توجیه است.

روش های اکسیداسیون شیمیایی، الکترو شیمیایی، فتوشیمیایی و فتوکاتالیسی فاضلاب های خطرناک از جمله جدیدترین و آخرین راه حل ها برای حذف کامل آلاینده ها مطرح می باشند. لیکن این روش های فعلا از نظر اقتصادی (چه از نظر هزینه ثابت و چه از نظر هزینه عملیاتی) قابل رقابت با فرایندهای تصفیه زیستی رایج نیستند. در تصفیه زیستی میکرو ارگانیسم ها بدون افزایش مقدار قابل ملاحظه ماده شیمیایی و فقط با کمک اکسیژن (تا هنگامی که سوبسترات آلی وجود دارد) واکنش اکسیداسیون را ادامه می دهند. در حالی که انجام این عمل توسط واکنش های شیمیایی، فتوشیمیایی، الکتروشیمیایی و فتو کاتالیستی مستلزم صرف هزینه فراوان، جهت تجزیه کامل آلاینده ها می باشد.

استفاده از روش های فتوشیمیایی و فتو کاتالیستی با نگاه به الگوی طبیعت به عنوان راکتور فتوشیمیایی عظیم بوده که در مجموعه آن خورشید به عنوان منبع تشعشع الکترومغناطیسی، هوا به عنوان ترکیب گازی و آب به عنوان محیط مایع، شرایط واکنش های فتوشیمیایی در آب و هوا را امکان پذیر ساخته است و این مسئله سبب توجه دانشمندان به بررسی بیشتر فرایند القاء نور و همچنین واکنش ها که با نور شروع می شوند شده است. و حجم عظیم مقالات منتشر شده در زمینه توسعه تکنولوژی های فتوشیمیایی (در فرایندها زیست محیطی و به ویژه در مورد تصفیه آب و هوا) و گسترش آن در مقیاس صنعتی مؤید آن است [Oppenlander,2003].

صنایع مختلف به ویژه پتروشیمی پساب های آلوده ای تولید می کند که بعضی از این پساب ها حاوی ترکیبات نیتراتی و آمونیاکی هستند، که این مواد سمی بوده و برای استفاده از روش متعارف تصفیه زیستی ایجاد مانع می نمایند. در این میان استفاده از روش جدید تصفیه ای فتوکاتالیستی به عنوان یک راه ساده حذف ترکیبات آمونیاکی شناخته شده است. به همین دلیل، در این تحقیق حاضر نیز آمونیاک به عنوان آلاینده انتخاب گردید تا حذف فتوکاتالیستی آن مورد بررسی قرار گیرد. به طور کلی فعالیت های انجام گرفته در این تحقیق  مطالعات کتابخانه ایی گسترده و جامع، بررسی روش های فتو شیمیایی، فتوکاتالیستی و حذف آمونیاک از آب و هوا به روش فتوکاتالیستی است.

فصل اول: اکسیداسیون فتوشیمیایی

1-1- نور و مفاهیم اولیه آن

انتقال انرژی از نظر کلاسیک به سه صورت هدایت، جابجایی و تشعشع انجام می شود. تشعشع برخلاف دو روش دیگر نیاز به محیط مادی جهت انتقال ندارد که نمونه مشخص آن، انتقال نور خورشید به زمین می باشد.

رفتار نور را می توان از نظر بنیادی براساس دو مکانیسم معرفی کرد. از یک طرف براساس تعریف تشعشع الکترو مغناطیسی نور موجی است که شامل یک میدان الکتریکی (E) و یک میدان مغناطیسی (M) می باشد که عمود به هم بوده و در راستای بعد سوم که همان سرعت نور © می باشد در حرکت است.

تشعشع EMR دارای دو مشخصه مهم طول موج و فرکانس می باشد. برحسب تعریف طول موج فاصله اندازه گیری شده (برحسب متر) بین دو Peak کامل موج و فرکانس، تعداد موج های گذرنده از یک نقطه ثابت در هر ثاینه (Hertz) می باشد. رابطه طول موج و فرکانس به صورت زیر بیان می شود.

C=;D           و                             C=3*108 m/s

در طول موج های کوتاه تشعشع EMR  بر مواد، تاثیر شیمیایی می گذارد که تئوری موج قادر به تشریح آن نمی باشد. از طرف دیگر تئوری ذره ای امواج الکترو مغناطیسی قادر به برطرف کردن این نقطه ضعف می باشد. براساس این تئوری انرژی الکترو مغناطیس بر پایه ذرات بنیادی به نام فوتون انتقال می یابد. واحد انتقال انرژی تحت عنوان کوانتا بوده و براساس رابطه زیر تعریف می شود.

Q=hv

در رابطه بالا انرژی انتقال یافته براساس واحدهای انتقال انرژی (کوانتا) و برحسب ژول است. همچنین h با نام ثابت پلانک معروف بوده و برابر 6.26*10-34 می باشد.

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.