ارزیابی کارایی فرایند فوتوکاتالیستی نانوساختارهای آلی-فلزی جهت کاهش غلظت اتیل بنزن از هوای آلوده

کلانتری, امیر محمد; بهبهانی نیا, آزیتا; عتابی, فریده

doi:10.22034/ewe.2022.343514.1787

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

¹ دانشجوی کارشناس ارشد، گروه مهندسی محیط‌زیست، دانشکده محیط‌زیست و منابع طبیعی دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات، تهران، ایران

² استادیار، گروه محیط زیست، دانشکده کشاورزی، دانشاه آزاد اسلامی واحد رودهن، رودهن، ایران

³ دانشیار، گروه مهندسی محیط‌زیست، دانشکده محیط‌زیست و منابع طبیعی دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات، تهران، ایران

https://doi.org/10.22034/ewe.2022.343514.1787

چکیده

با استفاده از فرایندهای فوتوکاتالیستی می‌توان در شرایط ویژه ترکیبات آلی فرار در هوا را کاهش داد. هدف از این مطالعه، ارزیابی کارایی فرایند فوتوکاتالیستی در حضور نانوساختارهای آلی-فلزی مدل Bi₂S₃@NH₂-MIL125(Ti) در کاهش غلظت اتیلبنزن بود.. پارامترهای دبی جریان هوا (0.5-3 l/m)، اتیل بنزن با غلظت 150-300 ppm و مقدار کاتالیست نشانده شده ((1-3 g/m² مورد مطالعه قرار گرفت. با افزایش دبی جریان هوای آلوده به اتیلبنزن، کارایی فرایند از 79% در دبیl/min 5/0 به 41% در دبی l/min 3 کاهش پیدا کرد. با افزایش مقدار کاتالیست نشانده شده بر دیواره راکتور، کارایی فرایند از 65% در دز g/m² 5/0 به 86% در دز g/m² 3 افزایش یافت. با افزایش مقدار غلظت ورودی اتیلبنزن به داخل راکتور، کارایی فرایند از 94% در غلظتppm 150 به 55% در مقدارppm 300 کاهش یافت. شرایط بهینه فرایند در دبی l/m 5/0، غلظت اتیلبنزن برابرppm 150 و مقدار کاتالیست g/m²3 تعیین شد. درحضور منابع مختلف نوری که شامل پرتو ماورابفش A، C و نور مرئی است، میتوان بهترتیب 94، 95 و 67% از غلظت اولیه اتیل بنزن را کاهش داد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

آلودگی هوا

عنوان مقاله [English]

Efficiency Evaluation of Organic-Metal Nanostructures in Photodegradation of Ethylbenzene from Air Stream

نویسندگان [English]

Amir Mohammad Kalantari ¹
Azita Behbahaninia ²
Farideh Atabi ³

¹ M.Sc. Student, Department of Environment Engineering, Faculty of Environment and Natural Resource, Islamic Azad University, Science and Research Branch, Tehran, Iran

² Assist. Professor, Department of Environment, Faculty of Agriculture and base science, Islamic Azad University, Roudehen Branch, Roudehen, Iran

³ Assoc. Professor, Department of Environmental Engineering, Faculty of Environment and Natural Resource, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran

چکیده [English]

By using photocatalytic processes, it is possible to reduce volatile organic compounds in the air under special conditions. The aim of this study was to evaluate the efficiency of the photocatalytic process in the presence of organic-metallic nanostructures model Bi₂S₃@NH₂-MIL125(Ti) in reducing ethylbenzene concentration. The concentration of 150-300 ppm and the amount of deposited catalyst (1-3 g/m²) were studied. By increasing the airflow rate contaminated with ethylbenzene, the efficiency of the process decreased from 79% at 0.5 l/min to 41% at the flow rate of 3 l/min. By increasing the amount of catalyst coated on the reactor wall, the efficiency of the process increased from 65% at a dosage of 0.5 g/m² to 86% at a dosage of 3 g/m². By increasing the amount of input concentration. Of ethylbenzene, the efficiency of the process decreased from 94% at a concentration of 150 ppm to 55% at a concentration of 300 ppm. The optimal process conditions were determined at a flow rate of 0.5 l/m, the concentration of ethylbenzene, 150 ppm, and the amount of catalyst, 3.0 g/m². The presence of different light sources including UV A, C, and visible light could reduce the initial concentration of ethylbenzene by.94, 95, and 67% respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

Light Source
Nanostructure
Photodegradation
Volatile Organic Compounds

مراجع

Alam G. Trovó, Raquel F.P. Nogueira, Ana Agüera, Carla Sirtori, Amadeo R. Fernández-Alba.(2009).Photodegradation of sulfamethoxazole in various aqueous media: Persistence, toxicity and photoproducts assessment. Chemosphere, 77(10), 1292-1298. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2009.09.065

Baysal, E., Uzun, U. C., Ertaş, F.N., Goksel, O. and Pelit, L. (2021). Development of a new needle trap-based method for the determination of some volatile organic compounds in the indoor environment. Chemosphere, 277,130251. DOI: 10.1016/j.

Bian, Y., Gu, Y., Zhang, X., Chen, H., Li, Z. (2021). Engineering BiOBrxI1−x solid solutions with enhanced singlet oxygen production for photocatalytic benzylic CH bond activation mediated by N-hydroxyl compounds. Chin. Chem.Lett. 32(9):2837-2840. DOI: 10.1016/j.cclet.2021.02.006

Chen, Z., Hanna S., Redfern l., Alezi D., Islamoglu T., Farha O. (2019). Reticular chemistry in the rational synthesis of functional zirconium cluster-based MOFs. Coord. Chem. Rev., 386, 32–49. DOI: 10.1016/j.ccr.2019.01.017

Dey, C., Kundu, T., Biswal, B., Mallic, A. (2014). Crystalline metal-organic frameworks (MOFs): synthesis, structure and function. Acta Crystal. B. Struct. Sci. Cryst Eng. Mater. 70(1), 3-10. DOI: 10.1107/S2052520613029557

Feng, Y., Wang, H., Zhang, S., Zho, Y. and Gao, J. (2019). Metal–Organic frameworks: antibodies@MOFs: an in vitro protective coating for preparation and storage of biopharmaceuticals. Adv. Mater. 31(2), 1970012. DOI: 10.1002/adma.201805148

Guo, J. and Gao, Q. (2021). Enhancement of ethylbenzene removal from contaminated gas and corresponding mechanisms in biotrickling filters by a biosurfactant from piggery wastewater. J. Environ. Manage. 277, 111411. DOI: 10.1016/j.jenvman.2020.111411

Kwong, C., Hui, K. S., Chao, C. Y.,Wan, M. P. (2008). Catalytic ozonation of toluene using zeolite and MCM-41 materials. Environ. Sci. Techno., 42(22), 8504-8509. DOI: 10.1021/es801087f

Li, X.,Pi, Y., Yu, H.,Li, Z. (2018). Amorphous TiO₂@NH₂-MIL-125(Ti) homologous MOF-encapsulated heterostructures with enhanced photocatalytic activity. Chem. Commun. 54(15), 1917-1920. DOI: 10.1039/C7CC09072B

Liu, J., Yan, Y. and Zhang, H. (2011). Adsorption dynamics of toluene in composite bed with microfibrous entrapped activated carbon. Chemi. Engi. J. 173(2), 456-462. DOI: 10.1016/j.cej.2011.08.004

Lv, S., Tang, Y., Zhang, K., Tang, D. (2018). Wet NH₃-triggered NH₂-MIL-125(Ti) structural switch for visible fluorescence immunoassay impregnated on paper. Anal. Chem. 90(24), 14121-14125. DOI: 10.1021/acs.analchem.8b04981

Moradi M, Hopke P, Hadei M, Eslami A, Rastkari N, Naghdali Z, Kermani M, Emam B, Farhadi M, Shahsavani A.(2019). Exposure to BTEX in beauty salons: biomonitoring, urinary excretion, clinical symptoms, and health risk assessments. Environ. Monit. Assess., 17, 191(5), 286. DOI: 10.1007/s10661-019-7455-7

Nath, R. K., Zain, M. F. M. and Kadhum, A. (2014). An investigation of LiNbO₃ photocatalyst coating on concrete surface for improving indoor air quality. Constr. Build. Mater., 54, 348-353. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2013.12.072

Oh, W.-D., Lok, L.W., Veksha, A. and Giannis, A. (2018). Enhanced photocatalytic degradation of bisphenol A with Ag-decorated S-doped g-C₃N₄ under solar irradiation: performance and mechanistic studies. Chem. Eng. J., 333, 739-749. DOI: 10.1016/j.cej.2017.09.182

Ren, Y. W., Liang, J. X., Bo, L., Dabin, C. and Chaorang S. (2011). 1, 4‐Phenylenediacetate‐based Ln MOFs–synthesis, structures, luminescence, and catalytic activity. Eur. J. Inorg. Chem., 28, 4369-4379.

Saeedi, S., Godini, H., Almasian, M., Shams-Khorramabadi, G., Kamarehie, B., Mostafaie, P. and Taheri, F.(2015). Photocatalytic degradation of phenol in water solutions using zno nanoparticles immobilized on glass. . J. Adv. Environ.Health Res., 3(3), 204-213. DOI: 10.22102/jaehr.2015.40204Saeedi,

Sági, G., Casy, T. and Patzay, G. (2014). Oxidative and reductive degradation of sulfamethoxazole in aqueous solutions: decomposition efficiency and toxicity assessment. J. Radioanal. Nucl. Chem., 301(2), 475-482. DOI: 10.1007/s10967-014-3134-x

Saldanha, L. A. S., Santos, N. T. G. and Tomaz E. (2021). Photocatalytic ethylbenzene degradation associated with ozone (TiO₂/UV/O₃) under different percentages of catalytic coating area: Evaluation of process parameters. Sep. Purif. Techno., 263, 118344. DOI: 10.1016/j.seppur.2021.118344

Shu, Y., He, M., Ji, J., Huang, H., Liu, S. and Leung, D. Y. (2019). Synergetic degradation of VOCs by vacuum ultraviolet photolysis and catalytic ozonation over Mn-xCe/ZSM-5. Hazard. Mater. 364, 770-779. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2018.10.057

Tajik, L., Bahrami, A., Ghiasvand A. and Ghorbani., F. (2017). Determination of benzene, toluene, ethylbenzene and xylene in field and laboratory by means of cold fiber SPME equipped with thermoelectric cooler and GC/FID method. Pol. J. Chem. Technol., 19(3), 9-15. DOI: 10.1515/pjct-2017-0041

Wen, J., Xie, J., Chen, X. and Li, X. (2017). A review on g-C3N4-based photocatalysts. Appl. Surf. Sci., 391, 72-123. DOI: 10.1016/j.apsusc.2016.07.030

Yang, S. S. and Gülder, Ö. L. (2021). Sooting propensity dependence on pressure of ethylbenzene, p-xylene, o-xylene and n-octane in laminar diffusion flames. Combust. Flame., 227, 202-213

Yarahmadi, R, Shah Taheri, S. J. and Salahshour A. (2018). Treatment and elimination of volatile organic compounds using non-thermal plasma in laboratory scale. J. Environ. Sci. Technol. 20(4), 25-34. DOI: 10.22034/JEST.2018.18444.2763 [In Persian].

Zhang, C., Zhang, J., Ou, K., Liu, Y., Guo, Z., Chen, X., Cheng, G. and Hu, F.(2021). ZIF-8-coated CdS popcorn-like photocatalyst with enhanced visible-light-driven photocatalytic activity for degradation of toluene. Colloid. Surf. A Physicochem. Eng. Asp., 615, 126257.

محیط زیست و مهندسی آب

ارزیابی کارایی فرایند فوتوکاتالیستی نانوساختارهای آلی-فلزی جهت کاهش غلظت اتیل بنزن از هوای آلوده

مراجع

مراجع

دوره 9، شماره 2
تیر 1402
صفحه 168-178

ارزیابی کارایی فرایند فوتوکاتالیستی نانوساختارهای آلی-فلزی جهت کاهش غلظت اتیل بنزن از هوای آلوده

مراجع

مراجع

دوره 9، شماره 2تیر 1402صفحه 168-178

دوره 9، شماره 2
تیر 1402
صفحه 168-178