Dye wastewater treatment by photocatalytic process using tio2 catalysts and nanobubbles
โดย อรกช สุทธิวัฒนกุล
ปี 2562
บทคัดย่อ
อุตสาหกรรมฟอกย้อมเป็นอุตสาหกรรมประเภทที่มีการใช้น้ำและสารเคมีจำนวนมากทำให้เกิดสารปนเปื้อนอยู่ในน้ำเสียที่ระบายทิ้งจากกระบวนการฟอกย้อม ซึ่งสารปนเปื้อนบางชนิดมีโครงสร้างของโมเลกุลที่มีความซับซ้อน มีความเป็นพิษสูง และไม่สามารถกำจัดได้โดยกระบวนการทางชีวภาพ หรือกระบวนการทางเคมี ดังนั้นงานวิจัยนี้จึงมุ่งเน้นที่ในการบำบัดน้ำเสียปนเปื้อนสีย้อมด้วยกระบวนการโฟโตคะตะลิติกโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาไทเทเนียมไดออกไซด์ร่วมกับการเติมอากาศขนาดนาโนบับเบิ้ลซึ่งเป็นกระบวนการที่มีศักยภาพสูง ค่าใช้จ่ายต่ำและไม่เกิดสารตกค้างที่เป็นพิษในสิ่งแวดล้อม
การประเมินประสิทธิภาพและจลนพลศาสตร์ของปฏิกิริยาสำหรับชุดทดลองในการบำบัดสีย้อมในน้ำเสียสังเคราะห์ด้วยกระบวนการโฟโตคะตะลิติกร่วมกับการเติมอากาศขนาดนาโนบับเบิ้ลภายใต้แหล่งกำเนิดแสง UVA ที่มีความเข้มแสง 1,580 µW.cm[superscript-2] ทำการศึกษากับน้ำเสียสีสังเคราะห์จากสีย้อม Reactive Black 5 (RB5) และ Indigo Carmine (IC) ที่มีความความเข้มข้นเริ่มต้น 2-10 µM ชุดทดลองขนาด 1.0 ลิตร ในระยะเวลาทดลอง 90 นาที โดยทำการศึกษาเปรียบเทียบกับชุดควบคุม 7 ชุด
ประสิทธิภาพในการบำบัดสีย้อมด้วยกระบวนการโฟโตคะตะลิติกในชุดทดลองสำหรับสีย้อม RB5 และ IC ที่ความเข้มข้นสีย้อมเริ่มต้น 2-8 µM ผลการทดลองแสดงให้เห็นประสิทธิภาพสูงสุด เท่ากับ 100 เปอร์เซ็นต์ และ 100 เปอร์เซ็นต์ ตามลำดับ สำหรับค่าความเข้มข้นเริ่มต้นของสีย้อมทั้งสองชนิดที่มีค่าเท่ากับ 10 µM พบว่า ประสิทธิภาพในการบำบัดสีย้อมมีค่าลดลงโดยมีค่าเท่ากับ 87.57 เปอร์เซ็นต์, 99.35 เปอร์เซ็นต์ สำหรับ RB5 และ IC ตามลำดับ ทั้งนี้จลนพลศาสตร์ที่เหมาะสมสำหรับใช้อธิบายปฏิกิริยาการบำบัดสีย้อมดังกล่าวเป็นไปตามรูปแบบของสมการ Langmuir-Hinshelwood Model (L-H model) โดยมีค่าคงที่การเกิดปฏิกิริยาโฟโตออกซิเดชัน (k) และค่าคงที่ในปฏิกิริยาดูดติดผิว (K) เท่ากับ 0.661 µM.min และ 0.919 µM[superscript-1] ตามลำดับ สำหรับสีย้อม RB5 ในส่วนของการกำจัดสีย้อม IC เท่ากับ 0.545 µM.min และ 0.366 µM [superscript-1] ตามลำดับ
ABSTRACT
Textile dyeing industry uses a lot of water and chemicals causing contaminated wastewater. The contaminants with complex molecular structures or high degrees of toxicity may not be biological or chemical degradable. Therefore, this research focuses on the treatment of dye contaminated wastewater by photocatalytic process using titanium dioxide (TiO[subscript2]) as catalysts along with nanobubble aeration system which is a high potential, low cost and non-toxic procedure.
The efficacy and reaction kinetics of the dye wastewater treatment by photocatalytic process using a UVA light source with the intensity of 1,580 µW.cm[superscript-2] along with nanobubble aeration system were evaluated. In the experiment, one litre of synthetic dye wastewater containing Reactive Black 5 (RB5) and Indigo Carmine (IC) in the initial concentrations of 2-10 µM was treated for 90 minutes and compared with seven controlled experiments.
The optimum efficiency of photocatalytic process for RB5 and IC dye removal with an initial concentration of 2-8 µM. was obtained as 100 Percent and 100 Percent, respectively. However, with an initial concentration of 10 µM., the optimum efficiency for dye treatment of RB5 and IC decreased to 87.57 Percent and 99.35 Percent, respectively. The optimum reaction kinetics for RB5 dye removal, according to Langmuir-Hinshelwood model (L-H model), included photocatalytic oxidation rate constant (k) of 0.661 µM.min and surface adsorption constant (K) of 0.919 µM [superscript-1]. While the optimum reaction kinetics for IC dye removal included photocatalytic oxidation rate constant (k) of 0.545 µM.min and surface adsorption constant (K) of 0.366 µM[superscript-1].
Download : Dye wastewater treatment by photocatalytic process using tio2 catalysts and nanobubbles