بررسي اثر فتوکاتاليستي نانو ذرات اکسيد روي تثبيت شده روي شيشه در

مقاله پژوهشی مجله سالمت و محيط فصلنامه ي علمي پژوهشي انجمن علمي بهداشت محيط ايران دوره هشتم شماره دوم تابستان 1394 صفحات 181 تا 190 چکيده بررسي اثر فتوکاتاليستي نانو ذرات اکسيد روي تثبيت شده روي شيشه در حذف مواد آلي طبيعي از محلولهاي آبي 3 مريم السادات منصوري 1* حاتم گوديني 2 قدرت اله شمس خرم آبادي تاریخ دریافت: 93/12/26 تاریخ پذیرش: 94/03/27 زمينه و هدف: مواد آلي طبيعي از پيشسازهاي اصلي محصوالت جانبي گندزدايي هستند. با توجه به اين که روشهاي معمول گندزدايي قادر به تامين استاندارد ترکيبات جانبي گندزدايي نیست از روشهاي نويني نظير اکسيداسيون فتوکاتاليستي با استفاده از UV/ZnO براي حذف اين ترکيبات استفاده ميشود. هدف از اين مطالعه بررسي اثر فتوکاتاليستي نانوذرات اکسيد روي بر حذف مواد آلي طبيعي از محلولهاي آبي است. روش بررسی: اين مطالعه يک مطالعه تجربي است که با استفاده از يک راکتور ناپيوسته در مقياس آزمايشگاهي انجام شده است. اين راکتور به حجم 1L بوده و روي آن با المپ UV پوشانده و از پمپ پريستالتيک جهت اختالط کامل استفاده شده است. در اين تحقيق از اسيد هيوميک بعنوان شاخص مواد آلي طبيعي استفاده گرديده است. تغييرات غلظت اسيد هيوميک با استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتر در طول موج 254nm تعيين شد. پارامترهاي غلظت اوليه اسيد هيوميک زمان تماس ph و شدت تابش المپ UV در فرايند حذف اسيد هيوميک مورد بررسي قرار گرفته است. يافتهها: حذف بهينه اسيد هيوميک با استفاده از نانوذرات تثبيت شده روي تحت تابش اشعه ماورابنفش با شدت تابش 3950 μw/cm 2 در زمان ph 120min برابر با 3 غلظت اوليه )%100 2 mg/l حذف( حاصل شد. نتيجهگيري: این تحقیق نشان داد که کارايي سيستم فتوکاتاليستي با افزايش زمان و شدت تابش افزايش و با افزايش غلظت اوليه و ph کاهش مییابد. بنابراین استفاده از فرايند پاک و بدون باقيمانده فتوکاتاليستي UV/ZnO يک روش کارامد در حذف مواد آلي طبيعي است. واژگان کليدي: مواد آلي طبيعي اسيد هيوميک محصوالت جانبي گندزدايي اکسيداسيون فتوکاتاليستي 1- )نویسنده مسئول(: دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی بهداشت محیط دانشکده بهداشت و تغذیه دانشگاه علوم پزشکی لرستان mary.mansoury@gmail.com 2- دکتری بهداشت محیط دانشیار گروه بهداشت محيط دانشکده بهداشت و تغذيه دانشگاه علوم پزشکي لرستان 3- دکترای بهداشت محیط دانشیار گروه بهداشت محیط دانشکده بهداشت و تغذیه دانشگاه علوم پزشکی لرستان

بررسي اثر فتوکاتاليستي نانو ذرات... مقدمه مواد آلي طبيعي موجود در منابع آبي مش كالت زيادي به ويژه در تصفيه متداول آب ايجاد ميکند. از جمله اختالل در عملكرد فراينده اي اكسيداس يون انعقاد و ج ذب و مهمترين اثر اين تركيبات واكنش كلر با اين تركيبات و ايجاد محصوالت جانبي كلرزني است) 1-3 (. مواد آلي طبيعي مخلوطي از مواد آلي شامل اسيد هيوميک اس يد فولويک اس يد هيدروفيليک پروتئين ليپيد هيدروکربن و اسيدهاي آمينه است. ترکيبات هيوميکي از مهمترين مواد آلي طبيعي محسوب ميشوند) 3 (. مطالعات انجام ش ده بر روي آبهاي گندزدايي شده با کلر مشخص ميکند. در اث ر واكنش كلر با م واد آلی موج ود در آب محصوالت جانبي گندزدائي توليد ميشود) 5 4 (. عمدهترين اين ترکيبات تريهالومتانها) THM ( و هالواستيكاسيدها) HAA ( هستند. اين تركيبات سمي سرطانزا و جهشزا هستند) 6-8 (. جهت حذف مواد آلي از روشهايي چون کواگوالسيون جذب توسط کربن فعال تعويض يون الکتروليز فيلتراسيون تجزيه بيولوژيکي ازناسيون و غيره استفاده ميشود که هر کدام داراي معايبي است) 9-15 (. با توج ه به اينکه بيش تر فرايندهاي مت داول تصفيه آب قادر ب ه تامين حداق ل DOC )کربن آلی محلول( نیس ت لذا در س الهاي اخير روشهاي نويني از جمله اکسيداسيون پيشرفته )AOP( مورد توجه قرار گرفته اس ت. در فرايند اکسيداسيون پيش رفته با اس تفاده از تولي د راديکال هيدروکس يل ( 0 )OH ترکيباتي که توسط اکس يدکنندههاي متداول اکسيد نميشوند از بي ن ميروند. راديکالهاي هيدروکس يل در محيطهاي آبي UV/ZnO UV/TiO 2 UV/H 2 O 2 H 2 O 2 با اس تفاده از و س اير روشها توليد ميش ود) 16 (. فرايندهاي اکسيداسيون پيش رفته بخصوص فتوکاتاليس تي مزاياي زيادي نس بت به فراينده اي تصفي ه متداول دارن د. AOP باعث کاهش لجن توليدي شده و حذف DOC را افزايش ميدهد) 18 17 (. در اکسيداسيون پيش رفته با فناوري فتوکاتاليتيکي از يک نيمه هادي نظير ZnO ب راي برانگيختگي نوري الکترونهاي مدار ظرفيت به مدار هدايت تحت تاثير اشعه UV استفاده ميشود. اي ن الکترونه اي برانگيخته منتقل ش ده به م دار هدايت به همراه حفرههاي مثبت ايجاد ش ده در مدار ظرفيت کاتاليست ب ه منظ ور توليد رادي کال هيدروکس يل مورد اس تفاده قرار ميگيرند) 19-22 (. در س ال Asgari 2012 و هم کاران ب ا اس تفاده از ازنزني کاتالي زوري با کربن فعال اس يد هيوميک را ب ا %95 راندمان ح ذف کردن د) 23 (. در س ال Godini 2011 و همکاران با استفاده از کربن فعال پوشش داده شده توسط آهن حذف اسيد هيوميک از آب را بررس ي کردند) 24 (. در سال Mori 2013 و همکاران تجزیه نوری اس ید هیومی ک و مواد آلی طبیعی را با اس تفاده از فیلتر س رامیکی پوشش داده ش ده با دیاکسید )TiO 2 و پتانس یل تشکیل ترکیبات جانبی گندزدایی تیتانیوم ( بررس ی کردند و نتیجه گرفتند که میزان تش کیل محصوالت جانبی گندزدایی بطور چش مگیری ب ه حذف TOCو جذب دارد) 25 (. در سال Penru 2012 در محلول بس تگی UV 254 و همکاران تاثیر شوری بر تجزیه اسید هیومیک را توسط UV UV/H 2 بررس ی کردند. نتایج نش ان داد که ph باال و O 2 و H 2 حذف اس ید هیومی ک را افزایش داد. در O 2 افزایش دوز حضور یون کلرید تجزیه اسید هیومیک هم کاهش یافت) 26 (. در اي ن مطالعه از ZnO براي حذف فتوکاتاليس تي مواد آلي طبيعي اس تفاده شده است که قابليت باالتري در جذب طيف وسيعي از امواج الکترومغناطيسي و در توليد الکترون نسبت به دي اکسيد تيتانيوم دارد) 27 (. هدف از اين مطالعه بررس ي اثر فتوکاتاليستي نانوذرات اکسيد روي تثبيت ش ده بر روي شيش ه بر حذف م واد آلي طبيعي از محلولهاي آبي اس ت. در مطالعه حاض ر نيازي به افزودن مواد شيميايي به آب نيس ت بنابراین لجني توليد نخواهد شد. همچنی ن ب ا تثبيت نان و ذرات ZnO روي شيش ه نيازي به فيلتراسيون اضافي براي حذف کاتاليستهاي معلق نیست. مواد و روشها اين تحقيق در مقياس آزمايشگاهي انجام گرفت. در اين مطالعه تجزيه فتوکاتاليس تي مواد آلي طبيع ي )NOM( با نانوذرات 182 دوره هشتم/ شماره دوم/ تابستان 1394

همکاران و منصوري السادات مريم )UV( پرتوفرابنفش و شيش ه روي ش ده تثبيت اکس يدروي حجم به )Batch( مکعب ي ناپيوس ته جريان راکتور ي ک در معموال گرفت. صورت راکتور در المپ نص ب و 1000 ml جذب و )TOC( کل آل ي کربن اندازهگيري توس ط NOM مطالعه اين در ميشود) 28 (. داده نشان ) UV 254 ( UV اش عه UV اش عه جذب روش از NOM غلظت اندازهگيري ب راي 2100-vis مدل )اس پكتروفتومترUV/Visible ) UV 254 ( NOM غلظت سنجش اس ت. شده اس تفاده آمريکا( يونيکو متد استاندارد کتاب براساس مجهول و استاندارد نمونههاي در متغيرهاي اس ت) 28 (. ش ده انجام 5310 و 5210 بخشه اي ش دت و NOM اوليه غلظت تماس زمان ph نظير مختلفي خصوص به محلول هيوميکي ترکيبات شد. بررسي UV اشعه را )NOM( طبيعي آلي مواد از س هم بيشترين هيوميک اسيد آلي مواد براي ش اخصي هيوميک اس يد علت همين به دارند ذخيره محلول ابتدا مطالعه انجام جهت 30(. )29 است طبيعي فلوکا شرکت ساخت هيوميک اسيد از استفاده 1000 با mg/l گرديد) 28 (. تهيه سوئيس جهت که است گالس پلکسي جنس از شده استفاده راکتور Heidolph( پريس تالتيک پم پ به محلول کام ل اختالط روي اکس يد نانوذرات ش د. متصل )pump drive 5001 با و شد خريداري )آمريکا( آمور نانو شرکت از استفاده مورد ميکروسکوپ و )XRD( ايکس پرتو تکنيکهاي از اس تفاده ذرات نانو فيزيک ي مش خصات )TEM( عبوري الکترون ي روي اکسيد نانوذرات خصوصيات تعيين از پس ش د. تعيين مغناطيسي همزن روي و تهيه ذرات نانو از %3 سوسپانس يون اثر تحت اولتراس ونيک حمام از آن از بع د و ش د زده به م شيشه روي 5 ml س پس ش د. اس تفاده ماوراصوت امواج از پس و شد گذاش ته فور در 40 0 C دماي در و ش ده پخش سپس گرفتند. قرار فور در 110 0 C دماي 1 در h مدت به آن آزمايش شد. گذاش ته کوره در 450 0 C دماي در 1 h مدت به ذرات نانو روي بر روبشی( الکترونی )میکروس کوپ SEM گرفت) 31 (. صورت شيشه روي بر ش ده تثبيت روي اکسيد است: زیر بصورت راکتور شماتیک پمپ پريستالتيك راکتور شماتیک 1- شکل NOM حذف در UV/ZnO نانوفتوکاتاليستي سيستم کارايي کاتاليزور و فرابنفش پرت و تاثير قبيل از متغيرهايي بررس ي با و هيوميک اس يد اوليه غلظ ت تنهايي ب ه ک دام ه ر ZnO آلی مواد حذف در ph و تابش ش دت پرتودهي زمان مدت 2mg/L غلظتهای آزمای ش این در گرديد. حاص ل طبیعی تابشهای ش دت و 11 و 9 7 5 3 phهای 30mg/L ت ا زمانه ای و 3950 و 3570 3720 2840 2030 μw/cm 2 نمونه هر براي آزمايش ش دند. بررس ی 180min تا 15min نرمافزار از استفاده با ميانگينها نهايت در و شد تکرار بار س ه نمودارها گرديد. مقايس ه يکطرفه واريانس آنالي ز و SPSS شد. رسم Excel نرمافزار توسط يافتهها 4 تا 2 شکلهاي در XRD, SEM, TEM آزمونهاي نتايج است شده آورده 2 شکل در که XRD طیف است. شده آورده اس ت( Wurtzite ) هگزاگونال بلوری فاز که میدهد نش ان خوب تبلور نش اندهنده تیز پیکهای ندارد. ناخالصی هیچ و بر انعکاس کریس تالوگرافی صفحات اس ت. ZnO نانوذرات نیز TEM و SEM تصویر ش دهاند. داده نش ان تصویر روی نانوذرات تشکیل واضح بطور است آمده 4 و 3 ش کل در که یافتهاند. تجمع هم کنار در که میدهد نشان را کروی ZnO 1394 تابستان دوم/ شماره هشتم/ دوره 183

... ذرات نانو فتوکاتاليستي اثر بررسي روي اکسيد نانوذرات )XRD( ايکس پرتو تکنيکهاي - شکل 2 نانوذرات )TEM( عبوري الکتروني ميکروسکوپ عکس - 3 شکل روي اکسيد mg/lغلظت mg/l خنثي ph در ZnO توسط هيوميک اسيد حذف راندمان 1- نمودار اسيد حذف در تنهايي به بنفش ماورا اش عه نقش تعیین جهت در 3950 μw/cm 2 تابش ش دت با UV اش عه از هيوميک زا 30mg/L تا 2mg/L غلظته اي در و مختلف زمانهاي از حاصل نتايج شد. اس تفاده 7 با برابر ph در هيوميک اس يد است. شده داده نشان 2 شماره نمودار در آناليز اين 5 4 3 2 1 0 0 30 60 90 120 150 180 زمان(دقيقه) ٢ ۵ ١٠ ١۵ ٢٠ ٢۵ ٣٠ با UV اشعه توسط هيوميک اسيد حذف راندمان 2- شماره نمودار خنثي ph 3950 و μw/cm 2 پرتودهي شدت 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 0 30 60 90 120 150 180 غلظت (mg/l) 2 5 10 15 20 25 30 دقيقه) ) زمان % حذف درصد % حذف درصد ZnO از )SEM( روبشي الکتروني ميکروسکوپي عکس - 4 شکل 30000( )بزرگنمايي شيشه روي شده تثبيت هيوميک اس يد حذف در تنهايي ب ه ZnO اثر تعيي ن ب راي زمانهاي در هيوميک اس يد 30mg/L تا 2mg/L غلظتهاي اين از حاصل نتايج ش د. بررس ي 7 با برابر ph در مختلف است. شده داده نشان 1 شماره نمودار در آناليز هيوميک اس يد حذف در مختلف متغيرهاي تاثير تعیین جهت اوليه غلظت اث ر ابتدا UV/ZnO فتوکاتاليس تي سيس تم در از بخش اين در شد. بررس ی پرتودهي زمان و هيوميک اس يد اس يد از متفاوت اوليه غلظتهاي با HA حذف ميزان مطالعه 7 phبرابر 180min ت ا 15min زمانهاي در و هيومي ک از حاصل نتايج ش د. انجام 3950 μw/cm 2 پرتودهي ش دت است. شده داده نشان 3 شماره نمودار در آناليزها اين 184 1394 تابستان دوم/ شماره هشتم/ دوره

مريم السادات منصوري و همکاران 100 80 60 40 20 0 0 30 60 90 120 150 180 ٢ ۵ ١٠ ١۵ ٢٠ ٢۵ ٣٠ غلظت mg/l mg/l زمان(دقيقه) درصد حذف % نمودار 3- تاثير غلظت اوليه اسيد هيوميک و مدت زمان پرتودهي در حذف HA در ph خنثي شدت پرتودهي 3950( μw/cm 2 در مرحله بعد ميزان تاثير ش دت تابش اش عه UV در فرايند UV/ZnO بر راندمان حذف اس يد هيومي ک تعيين گرديد. اين آزمايش ات در 5 س طح تاب ش 2840 2030 μw/cm 2 3570 3720 و 3950 در زم ان ph 180min براب ر ب ا 7 و غلظت 2mg/L انجام شد. نتايج حاصل از اين آناليز در نمودار شماره 4 مشخص شده است. 0 0 30 60 90 120 150 180 زمان(دقيقه) نمودار 4- تاثير شدت تابش در حذف اسيد هيوميک در 80 60 40 20 فرآيند ( UV/ZnO در غلظت اوليه ph 2mg/L خنثي( 100 شدت پرتودهی μw/cm 3 2030 2840 3570 3720 3950 درصد حذف% در مرحل ه دیگر تاثي ر تغيي رات ph در فرايند UV/ZnO بر راندمان حذف HA تعيين گرديد. آزمايش ات در 5 س طح ph ش امل 9 7 5 3 و 11 و در زمانه اي 15 min ت ا 180 min در غلظت 2mg/L اس يد هيوميک و شدت تابش 3950μw/Cm 2 بررسي ش د. نتايج حاصل از اين آناليزها در نمودارشماره 5 نشان داده شده است. نمودار 5- تاثير ph در حذف اسيد هيوميک در فرايند UV/ZnO )در غلظت اوليه 2mg/L و شدت جهت اطمينان از وارد نش دن نان وذرات به محلول آبي آزمون روی خروجی انجام ش د. به این ترتیب که ميزان فلز روي در ابتدا و انتهاي آزمايش توس ط دستگاه جذب اتمي اندازهگيري ش د. نتايج در ابتدا و انتهاي آزمون يکس ان ب وده و مقدار آن 0/051 mg/l را نشان داد. بحث در اين تحقيق جهت تعيين بهترين محدوده کارايي سيستم نانو فتوکاتاليس تي UV/ZnO غلظت اوليه مواد آلی طبیعی ph زم ان در معرض تابش پرتو و ش دتهاي مختلف المپ در حالت ناپيوسته مورد بررسي قرار گرفت. با توجه به نمودار ش ماره 1 نتايج حاصل از اثر فتوکاتاليس ت ZnO ب ه تنهايي در حذف اس يد هيوميک گوياي آن اس ت ک ه مقدار ثابت ZnO تثبيت ش ده روي شيش ه به تنهايي در حذف اس يد هيوميک کارامد نيس ت و اين مقدار اندک HA حذف ش ده در مقدار ثابت ZnO تثبيت ش ده روي شيش ه بدليل جذب سطحي مولکول اسيد هيوميک بر سطح کاتاليست تثبيت ش ده است که با افزايش زمان تماس مقدار حذف اسيد هيوميک بدليل جذب س طحي HA افزايش يافته است) 32 (. اين نتايج با مطالعات Mori و همکاران Kitis و همکاران و Mijinو همکاران مطابقت دارد )25 33 و 34 (. 100 80 60 40 20 0 0 30 60 90 120 150 180 پرتودهي )3950 μw/cm 2 ph 3 5 7 9 11 زمان ) دقيقه) درصد حذف % نتايج بدس ت آمده از تاثير اش عه ماوراء بنفش ب ه تنهايي در دوره هشتم/ شماره دوم/ تابستان 1394 185

... ذرات نانو فتوکاتاليستي اثر بررسي که ميدهد نش ان 2 ش ماره نمودار در هيوميک اس يد حذف سازد معدني کامال را هيوميک اس يد نميتواند مس تقيم فتوليز مش ابهي نتايج ميش ود. آن تجزيه موجب کمي مق دار ب ه و Imoberdorf همکاران و Lamsal همکاران و Huanga به UV اش عه تابش تحت طبيعي آلي مواد تجزيه در همکار و انجام طي نامبرده محققان )35-37(. است شده گزارش تنهايي بنفش ماوراء اشعه که ش دند متوجه UV المپهاي با آزمايش تجزيه اصلي )عامل هيدروکس يل راديکال نميتواند تنهايي به تنهايي به نتيجه در و کند توليد کافي مقدار به را آالينده( کننده کند) 32 (. حذف را هيوميک اسيد کمي ميتواند براي واکنش ش رايط تغيير و UV فراين د اص الح بنابراي ن پيشنهاد طبيعي آلي مواد حذف از باالتري راندمان به دس تيابي است. شده اشاره آن به زير در که ميگردد هيوميک اسيد اوليه غلظت تاثير نش اندهنده 3 ش ماره نمودار اس ت. UV/ZnO فرايند در HA حذف در پرتودهي زمان و هيوميک اسيد غلظت افزايش با ميشود مشاهده که همانگونه يافته کاهش هيوميک اسيد حذف ميزان 30mg/L از 2mg/Lبه نشاندادکهمیانگین میانگینها مقایسه آماری آنالیز نتایج است. 2mg/Lو غلظتاولیه دو در هیومی ک اس ید حذف راندمان )0/05>P(. است داشته معنیداری تفاوت 30mg/L توس ط HA تجزيه در هيومي ک اس يد اوليه غلظ ت تاثي ر تجزيه و هيدروکسيل فعال راديکالهاي توليد بدليل کاتاليست ميش ود) 38 (. توجيه راديکال اين با هيوميک اس يد س اختار کاهش و واکنش زمان افزايش با هيوميک اس يد حذف راندمان نتايج اس اس بر مييابد. افزايش هيوميک اس يد اوليه غلظ ت HA از بيش تري مقادير باالتر غلظتهاي در آم ده بدس ت باعث که ش ده جذب نانوذرات با ش ده تثبيت صفحات روي واکنش از مانع و کاتاليست سطح به نوري فوتون انتقال کاهش توليد هيدروکسيل فعال راديکالهاي با هيوميک اسيد مولکول ميشود) 38 (. الکتروني حفرههاي و شده فتوکاتاليستي تجزيه بررسي با ديگري مطالعه در همکاران و Li نتيجه اين ب ه 2/5h از پس TiO 2 اس تفاده با هيوميک اس يد 20mg/L تا 5mg/L از HA غلظ ت افزايش با که رس يدند مطالعات با حاص ل نتايج يافت) 39 (. کاه ش حذف راندمان دارد) 37 (. مطابقت کامال همکاران و Huanga س طح با ماورابنفش پرتو برخورد نيز پرتوده ي زمان نظ ر از الکترون-حفره جف ت ش دن آزاد موجب ZnO کاتاليس ت ميزان ياب د افزايش تاب ش زمان چ ه هر بنابراي ن ميش ود. بيشتري هيدروکس يل راديکال نتيجه در و بيش تر الکترونهاي براي کافي فرصت هيدروکس يل فعال راديکال و ش ده توليد با نتيجه در داش ت. خواهد را هيوميک اس يد مولکول تجزيه در مييابد) 38 (. افزايش حذف راندمان واکن ش زمان افزايش همکاران و Asadi همکاران و Dehghani fard مطالعات اس ت ش ده گزارش مش ابهي نتايج هم کاران و Zhang و ) 32 و 40 و 41 (. 3950μw/cm 2 به 2030μw/cm 2 از المپ ش دت افزايش با توجهبهنتایجآنالیز با يافت. افزايش هيوميک اسيد حذف راندمان 2030μw/cm 2 تابش شدت دو بین راندمان اختالف واریانس تابش شدت تاثير است) P<0/05 (. معنادار 3950μw/cm 2 و UV/ZnO فرايند در هيوميک اسيد حذف در بنفش ماورا اشعه همانطورکهمشاهده است. شده داده نشان 4 شماره نمودار در تابش شدت افزايش بعلت حذف ميزان در افزايش اين میشود الکترونهاي تعداد در افزايش و شده تثبيت بستر به رسيده پرتو فعال راديکالهاي تولي د افزايش نهاي ت در و ش ده تحريک و Hiridia ک ه ديگري مطالعات در ميش ود. هيدروکس يل را حاصل نتايج دادهاند انجام همکاران و Akyol و هم کاران 42(. ميکند) 32 تاييد ph فتوکاتاليس تي واکنشهاي در مه م پارامترهاي از يک ي فتوکاتاليست سطحي بار خصوصيات ph زيرا اس ت. محلول اکس ید ph zpc تعیین جهت ميدهد) 32 (. قرار تاثي ر تحت را محلولهای و الکترولیت بعن وان طعام نمک محل ول از روی ph کنترل عوام ل بعنوان 0/1 M کلریدریک اس ید و س ود به و تهیه را 10 تا 1 ph ابتدا منظور این برای ش د. اس تفاده 48 روی h مدت ب ه و افزوده روی اکس ید 0/05 g کدام ه ر اولیه مقادیر رس م از نظر مورد پارامتر ش د. داده قرار هم زن 5 شماره نمودار ش د) 43 (. حاصل ph نهایی مقادیر مقابل در 186 1394 تابستان دوم/ شماره هشتم/ دوره

همکاران و منصوري السادات مريم در هيوميک اسيد حذف کارايي بيش ترين که اس ت آن بيانگر اسيد حذف کاهش است. 3 با برابر ph در UV/ZnO فرايند و هيوميک اس يد آنيوني س اختار علت به باال ph هيوميکدر روي اکسيد نانوذرات ph zpc )44(. است روي اکس يد ph zpc سطح در غالب سطحي بار 9 از باالتر ph در هست. 9 با برابر هم هيوميک اس يد اينکه دليل به و اس ت منفي روي اکس يد کاهش به منجر حاکم ش رايط تاثير برآيند دارد آنيوني ماهيت ماهيت ميشود. قليايي شرايط در هيوميک اس يد حذف ميزان دیگر طرف از محيط ph افزايش و س و يک از آالينده آنيوني شده ZnO س طح در منفي الکتريکي بارهاي تجمع باعث که ميگردد هيوميک اسيد حذف راندمان کاهش به منجر اس ت بصورت هيوميک اسيد پايين ph در ديگر طرف از 46(. )45 ش رايط فوق آالينده حالت اين در که دارد حض ور مولکولي دارد) 46 (. حذف براي مناسبتري همکاران و Capasso و هم کاران و Asgari که مطالع هاي افزايش با که داد نشان دادند انجام هيوميک اس يد حذف روي در 47(. )45 ياف ت کاهش ح ذف مي زان 12 ب ه 3 از ph همکاران و Chu هم کاران و Yigit که مش ابهي مطالعات ph کاهش که دادند گ زارش دادند انجام هم کاران و Liu افزايش چش مگيري بطور را HA حذف راندم ان 3 ب ه 9 از ميدهد) 48-50 (. و ابزوربشن اتميک دس تگاه از ش ده حاصل اندازهگيريهاي خروجی روی فلز میزان تعیین جهت ويلکاکسون آماري آزمون نش ده وارد خروجي آب به روي فلز که داد نش ان راکتور از آماری آنالیز خروج ی و ورودی بی ن اعداد میانگی ن اس ت. در معنیداری تفاوت که داد نشان ویلکاکسون آزمون و گردید ميانگين )0/043=P(. دارد وجود خروجی و ورودی دادههای با اس ت. بوده 0/051 mg/l راکتور از خروجي روي غلظت پايه بر رهنمودي هيچ جهاني بهداشت س ازمان اينکه به توجه از و است نگرفته نظر در آشاميدني آب در روی براي س المت غلظت نیست قبول قابل 3 mg/l از بيش مقدار بو و طعم نظر است) 51 (. مطلوب حد در سيستم از خروجي روي نتيجهگيري زمان افزايش با که شد مشخص فتوکاتاليزوري سيس تم اين در در مطلوبي راندمان ph کاهش و HA اوليه غلظت کاه ش و ph تحقیق این در اس ت. شده حاصل هيوميک اس يد حذف تابش شدت و هیومیک اس ید 2mg/L اولیه غلظت 3 با برابر نهایت در ش د. حاصل بهینه ش رایط بعنوان 3950μw/cm 2 انرژي بودن دس ترس و ارزاني به توجه ب ا ميگردد پيش نهاد پرهزينه مصنوعي پرتوهاي بجاي آتي مطالعات در خورشيدي در تا گيرد قرار اس تفاده مورد ماورابنفش پرتو مانند پرخطر و باشد. کاربرديتر فاضالب و آب تصفيه حوزه قدردانی و تشکر تجزيه عن وان با پاياننام ه از( )بخش ي حاص ل مقال ه اي ن روي اکسيد نانوذرات از استفاده با طبيعي آلي مواد فتوکاتاليستي کارشناسي مقطع در آبي محلولهاي از شيشه روي بر شده تثبيت و پزشکي علوم دانشکاه حمايت با که است سال 1392 در ارشد است. شده اجرا لرستان درماني بهداشتي خدمات منابع 1- Simpson D. Biofilm processes in biologically active carbon water purification. Water Research. 2008;42:2839 48. 2- Kawamura S. Integrated Design and Operation of Water Treatment Facilities. New York: John Wiley; 2000. 3- Golsan E, Fearing D, Banks J, Wilson D, Hillis P, Campbell A, et al. Seasonal variations in the disinfection by-product precursor profile of a reservoir water. Water Supply. 2002;51(8):475 82. 4- Ke-Xin Z, Hong W, Shu-Guang X. Performance of combined pre-ozonation and biofiltration for the purification of water from china Yellow river. Environmental Science. 2007;1:52 61. 5- Kenneth P. Associations of cancer mortality with THMs in drinking water. National Cancer. 1978;61:124 29. 6- Babi K, Koumenides K. Pilot study of the removal of THMs, HAAs and DOC from drinking water by GAC adsorption. Desalination. 2007;80:215 24. 1394 تابستان دوم/ شماره هشتم/ دوره 187

بررسي اثر فتوکاتاليستي نانو ذرات... 7- Çapar Ge, Yetış Ü. Removal of THM precursors by GAC: Ankara case study. Water Research. 2002;36(5):1379-84. 8- Koparal AS, Yildiz YŞ, Keskinler B, Demircioğlu N. Effect of initial ph on the removal of humic substances from wastewater by electrocoagulation. Separation and Purification Technology. 2008;59(2):175-82. 9- Humbert H, Gallard H, Suty H, Croue J. Natural organic matter (NOM) and pesticides removal using a combination of ion exchange resin and powdered activated carbon (PAC). Water Research. 2007;42:635 43. 10- Farrokhi M, Kouti M, Mousavi G, Takdastan A. The study on biodegradability enhancement of landfill leachate by Fenton oxidation. Iranian Journal Health & Environment. 2009;2(2):114 23 (in Persian). 11- Legube B, Leitner N. Catalytic ozonation: a promising advanced oxidation technology for water treatment. Catalysis Today. 1999;53:61 72. 12- Carlson K, Via S, Bellamy B, Carlson M. Secondary effects of enhanced coagulation and softening. Journal the American Water Works Association. 2000;92:63 70. 13- Rahmani A, Samarghandi M. Performance analysis of coliforms removed from drinking water by electrolysis. Journal of Hamedan University of Medical Sciences. 2008;15(2):60-65 (in Persian). 14- Kristiansen H. Corrosion and corrosion prevention in distribution system. Water Research. 1981;1:561 82. 15- Mesdaghinia A., Tayefeh-Rafiee M, Mahvi A., Vaezi F. Using coagulation process in optimizing natural organic matter removal from low turbidity waters. Journal of Water and Wastewater. 2006:57;1-7 (in Persian). 16- Chang H, Wu N, Zhu F. A kinetic model for photocatalytic degradation of organic contaminants in a thin-film TiO2 catalyst. Water Research. 2000;3:407 16. 17- Murray C, Parsons S. Comparison of AOPs for the removal of natural organic matter: performance and economic assessment. Water Science & Technology. 2004;49(4):267 74. 18- Murray CA, Parsons SA. Preliminary laboratory investigation of disinfection by product precursor removal using an advanced oxidation process. Water and Environment Journal. 2006;20(3):123-29. 19- McCullagh C, Robertson J, Bahnemann D, Robertson P. The application of TiO2 photocatalysis for disinfection of water contaminated with pathogenic micro-organisms: a review. Research Chemistry International. 2007;33(3-5):359 75. 20- Bulter E, Davis A. Photocatalytic oxidation in aqueous titanium dioxide suspensions: the influence of dissolved transition metals. Journal of Photochemical & Photobiological. 1993;(70):273 83. 21- Matthews W. Potooxidative degradation of coloured organics in water using supported catalysis TiO2 on sand. Water Research. 1991;25(10):1169 76. 22- Sanly, Lim M, Chiang K, Amal R, Fabris R, Chow C, et al. A Study on the Removal of Humic Acid Using Advanced Oxidation Processes. Separation Science and Technology. 2007;42(7):1391-404. 23- Asgari G, Mortazavi B, Hashemian J, Mousavi G. Performance evaluation of catalytic ozonation process with activated carbon in removal of humic acids from aqueous solutions. Journal of Hamedan University of Medical Sciences. 2010;7(4):25 33 (in Persian). 24- Godini H, Mirhosseini S. The application of ironcoated activated carbon in humic acid removal from water. Proceeding of 2nd International Conference on Environmental Science and Technology; Singapore; 2011. 25- Mori M, Sugita T, Mase A, Funatogawa T, Kikuchi M, Aizawa K, et al. Photodecomposition of humic acid and natural organic matter in swamp water using a TiO2-coated ceramic foam filter: Potential for the formation of disinfection byproducts. Chemosphere. 2013;90:1359 65. 26- Penru Y, Raaijmakers MJ., Guastalli A., Esplugas S, Baig S. Influence of high salinity on the degradation of humic acid by UV254 and H2O2/UV254. Ozone: Science & Engineering. 2012;34(2):101 108. 27- Uyguner C, Suphandag S, Kerc A, Bekbolet M. Evaluation of adsorption and coagulation characteristics of humic acids preceded by alternative advanced oxidation techniques. Desalination. 2007;210:183 93. 28- APHA, AWWA, WEF. Standard Method for the Examination of Water and Wastewater. 20th ed. Washington DC: American Public Health Association; 1998. 29- Owen D, GHowdhury G, Paode Z, McCoy R, 188 دوره هشتم/ شماره دوم/ تابستان 1394

مريم السادات منصوري و همکاران Viscosil K. NOM characterization and treatability. Journal the American Water Works Association. 1995;87:46 63. 30- Thurman M., Wershaw R., Malcolm R., Pinckney D. Molecular size of aquatic humic substances. Organic Geochemistry. 1982;4:27 35. 31- Masombaigi H, Rezaee A, Khataee A, Hashemian J. Effect of UV radiation intensity on photocatalytic removal of E. coli using immobilized ZnO nanoparticles. Kowsar Medical Journal. 2009;14(3):25 32 (in Persian). 32- Noori Motlagh Z. Photocatalyst decomposition of methylene blue dye pollutants in wastewater by using synthetic zinc oxide fixed on glass. Yafteh. 2012;14(5):51-61 (in Persian). 33- Kitis M, Kaplan S., Karakaya E, Yigit N., Civelekoglu G. Adsorption of natural organic matter from waters by iron coated pumice. Chemosphere. 2007;66:130 38. 34- Mijin D, Savic M, Perovi. A study of the photocatalytic degradation of metamitron in ZnO water suspensions. Desalination. 2009;249:286 92. 35- Imoberdorf G, Mohseni M. Degradation of natural organic matter in surface water using vacuum- UV irradiation. Journal of Hazardous Materials. 2011;186:240 46. 36- Lamsal R, Walsh M, Gagnon A. Comparison of advanced oxidation processes for the removal of natural organic matter. Water Research. 2011;45:3263 69. 37- Huanga X, Lealc M, Lia Q. Degradation of natural organic matter by TiO2 photocatalytic oxidation and its effect on fouling of low-pressure membranes. Water Research. 2008;42:1142 50. 38- Ehrampoosh M, Moussavi G, Ghaneian M, Rahimi S, Fallah Zade H. A Comparison between tubular and batch reactors in removal of methylene blue dye from simulated textile wastewater using TiO2 /UV-C photocatalytic process. Journal of Yazd University of Medical Sciences. 2010;9(1) (in Persian). 39- Li X, Fan C, Sun Y. Enhancement of photocatalytic oxidation of humic acid in TiO2 suspensions by increasing cation strength. Chemosphere. 2002;48:453 60. 40- Asadi A, Dehghani M., Zare M., Rahmani A, Golestani far H. Photocatalytic removal of chromium VI by UV/TiO2, UV/ZnO, UV/H2O2. Journal of North Khorasan University of Medical Sciences. 2011;3(4):7 13 (in Persian). 41- Dehghani fard E, Jonidi Jafari A, Rezae Kalantari R, Gholami M, Esrafili A. Photocatalytic removal of aniline from synthetic wastewater using ZnO nanoparticle under ultraviolet irradiation. Iranian Journal of Health and Environment. 2012;5(2):167-78 (in Persian). 42- Akyol A, Bayramoglu M. Photocatalytic degradation of Remazol Red F3B using ZnO catalyst. Journal of Hazardous Materials. 2005;B124:241 46. 43- Benhebal H, Chaib M, Salmon D, Geens J, Leonard A, Lambert S, Crine M, et al. Photocatalytic degradation of phenol and benzoic acid using zinc oxide powders prepared by the sol gel process. Alexandria Engineering Journal. 2013;52:517 23. 44- Ghanizadeh G., Ehrampoosh M., Ghaneian M. Application of iron impregnated activated carbon for removal of arsenic from water. Iranian Journal of Health & Environment. 2010;7(2):145 56 (in Persian). 45- Capasso S, Salvestrini S, Coppola E, Boudonno A, Collelo C. Sorption of humic acid on zeolitic tuff: a preliminary investigation. Applied Clay Science. 2005;28(1-4):159 65. 46- Orfao J, Silva A, Pereira J. Adsorption of a reactive dye on chemically modified activated carbons: influence of ph. Journal of Colloid & Interface Science. 2006;296(2):480 89. 47- Asgari G, Ghanizadeh G, Seyd Mohammadi A. Adsorption of humic acid from aqueous solutions onto modified pumice with hexadecyl trimethyl ammonium bromide. Journal of Babol University of Medical Sciences. 2012;14(1):14 22 (in Persian). 48- Cho Y, Choi W. Visible light-induced reactions of humic acids on TiO2. Journal of Photochemical & Photobiological. 2001;148:129 35. 49- Liu S, Lim M, Fabris R, Chow C, Chiang K, Drikas M, et al. Removal of humic acid using TiO2 photocatalytic process Fractionation and molecular weight characterisation studies. Chemosphere. 2008;72:263 71. 50- Yigit Z, Inan H. A Study of the photocatalytic oxidation of humic acid on anatase and mixed-phase anatase rutile TiO2 nanoparticles. Water, Air and Soil Pollution. 2009;9:237 43. 51- WHO. Zinc in Drinking-Water: Background Document for Preparation of WHO Guidelines for Drinking-Water Quality. Geneva: World Health Organization; 2003. دوره هشتم/ شماره دوم/ تابستان 1394 189

Iran. J. Health & Environ., 2015, Vol. 8, No. 2 Photocatalytic removal of natural organic matter from aqueous solutions using zinc oxide nanoparticles immobilized on glass ABSTRACT M.S Mansoury 1*, H. Godini 2, Gh. Shams Khorramabadi 3 1 MSc student of environmental health engineering, Lorestan university of medical science. 2 Phd environmental health engineering, associated professor, Lorestan university of medical science. 3 Phd environmental health engineering, associated professor, Lorestan university of medical science. Received: 17 March 2015; Accepted: 17 June 2015 Background and Objective: Natural organic matters (NOM) are known as precursors to disinfection byproducts. As conventional treatment processes cannot get disinfection by-product standards, novel methods have been increasingly applied for the removal of disinfection by-products precursors. The UV/ZnO process is one of the advanced oxidation processes using photocatalytic technology. The present study aims to investigate the effect of UV/ZnO photocatalytic technology on the NOM removal from aqueous solution. Materials and methods: This study was conducted in a lab-scale batch photocatalytic reactor. The volume of reactor was 1liter and covered with UV lamps. Peristaltic pump was used for complete mixing. Humic acid is a key component of natural organic matter and it was used in this study. Each of the samples taken from the UV/ZnO process and other processes were analyzed for their UV absorbance at 254 nm by spectrophotometric. Initial concentration of Humic acid, contact time, ph, and UV irradiation were investigated. Results: The highest efficiency of the UV/ZnO photocatalytic process for removal of Humic acid from aqueous solution was achieved at initial concentration = 2 mg/l, contact time = 120 min, UV irradiation = 3950 μw cm2, and ph=3. In this process, the removal efficiency for 2 mg/l humic acid was 100 % at 2h retention time. Conclusion: The research showed that performance of system was increased by increasing contact time and UV irradiation and was decreased by increasing HA initial concentration and ph and UV radiation with ZnO agent could not remove NOM lonely. Photocatalytic system using zinc oxide immobilized on glass have high performance to remove humic acid from aqueous solution. The UV/ZnO process was efficient and environmental friendly for natural organic matter removal. Keywords: Natural organic matter, Humic acid, Disinfection by-product, Photocatalytic oxidation. *Corresponding Author: mary.mansoury@gmail.com