بررسی کارایی فتوکاتالیست نیمه رسانای BiVO_۴ در حذف آلاینده ۲,۴-دی نیتروتولوئن از محیط های آبی تحت تابش نور مرئی: بهینه سازی پارامترهای فرآیندی با استفاده از روش سطح پاسخ مبتنی بر طراحی مرکب مرکزی و تحلیل سینتیک واکنش

مقدمه: آلودگی منابع آبی با ترکیبات نیتروآروماتیک ازجمله دی نیتروتولوئن ها (DNTs) به ویژه ایزومر ۲,۴-DNT به دلیل کاربرد گسترده آن ها در صنایع نظامی و شیمیایی، به یکی از چالش های مهم زیست محیطی تبدیل شده است. این ترکیبات به علت سمیت بالا، خاصیت جهش زایی و پایداری شیمیایی، مقاومت زیادی در برابر تجزیه بیولوژیکی داشته و تمایل به تجمع در محیط های آبی دارند؛ لذا توسعه روش های موثر برای حذف آن ها از آب ضروری است.روش: در این مطالعه آزمایشگاهی، فتوکاتالیست نیمه رسانای BiVO₄ به روش ترسیب همگن سنتز شد و کارایی آن در حذف ۲,۴-DNT تحت تابش نور مرئی مورد بررسی قرار گرفت. به منظور شناسایی ویژگی های ساختاری، مورفولوژیکی و نوری کاتالیست، از آنالیزهای XRD(X-ray Diffraction)، FE-SEM(Field Emission Scanning Electron Microscope)، UV-Vis DRS (Ultraviolet-Visible Diffuse Reflectance Spectroscopy) و EDS (Energy-Dispersive Spectroscopy) استفاده شد. بهینه سازی پارامترهای عملیاتی شامل pH، غلظت اولیه آلاینده، دوز کاتالیست و زمان واکنش با بهره گیری از روش سطح پاسخ (RSM) و طراحی مرکب مرکزی (CCD) انجام گرفت. همچنین، مطالعات سینتیکی و ارزیابی پایداری کاتالیست در چرخه های متوالی صورت پذیرفت.یافته ها: نتایج بهینه سازی نشان داد که در شرایط pH برابر با ۶.۶۳، غلظت اولیه ۲,۴-DNT معادل ۰.۴۴mg/L ، دوز کاتالیست g/L  ۰.۵۰۹ و زمان واکنش ۱۰۵ دقیقه، بیشینه بازده حذف برابر با ۸۷.۳۱% حاصل می شود. بررسی سینتیکی بیانگر تبعیت فرآیند فتوکاتالیستی از مدل شبه درجه اول با ضریب همبستگی بالاتر از ۰.۹۸ بود. همچنین، نتایج آزمون پایداری نشان داد که بازده حذف کاتالیست پس از سه چرخه متوالی تنها کاهش جزئی از ۷۸% به ۷۳% داشته است.نتیجه گیری: بر اساس نتایج این مطالعه، فتوکاتالیست BiVO₄ عملکرد مناسبی در حذف ۲,۴-DNT تحت تابش نور مرئی از خود نشان داد و از پایداری و قابلیت استفاده مجدد قابل قبولی برخوردار بود. بنابراین، این کاتالیست می تواند به عنوان یک گزینه کارآمد در فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته برای حذف آلاینده های نیتروآروماتیک از محیط های آبی مورد توجه قرار گیرد.

کلیدواژه ها:

فوتوکاتالیست نور مرئی ، ۲ ، ۴-دی نیتروتولوئن ، BiVO۴ ، روش سطح پاسخ ، فرآیند اکسیداسیون پیشرفته ، تصفیه آب