بررسی حذف فوتوکاتالیتیک بخار تولوئن از هوا در بستر جذبی-فوتوکاتالیتیکی

زمینه و هدف : کیفیت هوا در محیط های داخلی  یکی از موضوعات مهم در حوزه سلامت می ­باشد که در چند سال اخیر و با تغییر در الگو­های زندگی مورد توجه قرار گرفته است. تولوئن یکی از ترکیبات آلی با کاربرد گسترده صنعتی می ­باشد. این ترکیب­ ها به دلیل فشار بخار بالایی که دارند از پتانسیل انتشار و ایجاد مواجهه تنفسی در فرآیندهای ساخت و حتی در هنگام استفاده از محصولات که در ساخت آنها استفاده شده­اند برخوردار هستند. با توجه به اثرات بهداشتی ترکیبات آلی فرار، کنترل آنها پیش از تخلیه به محیط زیست و همچنین ارائه روش ­هایی برای کنترل آنها در محیط ­های داخلی ضروری به نظر می­رسد. فرآیند اکسیداسیون فوتوکاتالیتیکی ترکیبات آلی فرار یکی از روش­ های موثر و همسو با محیط زیست در زمینه حذف ترکیبات آلی فرار محسوب می­ شود. مهم­ترین محدودیت این روش، وابستگی حذف آلاینده به شیمی سطح و زمان ماند آلاینده بر سطح بستر می­باشد. در این مطالعه به منظور بهبود افزایش زمان ماند و بهبود کارایی حذف، از مخلوطی از دی­ اکسید تیتانیوم و کربن فعال در ساخت بستر جذبی- فوتوکاتالیتیکی استفاده شد. این مطالعه با هدف بررسی کارایی حذف بخار تولوئن در بستر جذبی-فوتوکاتالیتیکی انجام گردید.

مواد و روش کار : در این پژوهش، از دی اکسید تیتانیوم و مخلوط دی اکسید تیتانیوم و کربن فعال پودری محلول در آب مقطر جهت ساخت بستر فوتوکاتالیتیکی و بستر جذبی- فوتوکاتالیتیکی استفاده شد. لایه نشانی بسترها به روش غوطه ­ور سازی بستر پشم شیشه انجام شد. بررسی توزیع سایزی ذرات و کیفیت لایه نشانی به روش میکروسکوپ الکترونی انجام گردید. کارایی اکسیداسیون فوتوکاتالیتیکی تولوئن در دو رآکتور مجزا در حضور تابش فرابنفش مورد بررسی قرار گرفت. طراحی آزمون­ها به منظور بررسی تاثیر غلظت اولیه تولوئن و گذر حجمی جریان بر کارایی حذف فوتوکاتالیتیکی در سیستم­های فوتوکاتالیتیکی و جذبی-فوتوکاتالیتیکی با استفاده از روش سطح پاسخ  (RSM )انجام شد.

یافته­ها : نتایج نشان داد که راندمان حذف و ظرفیت حذف تولوئن در بسترهای فوتوکاتالیتیکی و جذبی- فوتوکاتالیتیکی متأثر از گذر حجمی جریان و غلظت ورودی آلاینده به سیستم بود. در شرایط بهینه عملیاتی، راندمان حذف در بسترهای فوتوکاتالیتیکی و جذبی- فوتوکاتالیتیکی به ترتیب در بارگذاری ۸۴/۵ و ۱/۶۵ میلی­گرم به ازای متر مکعب در ثانیه و زمان ماند ۲ و۸/۵ ثانیه، ۹۹/۹۸% و ۹۵/۱۴ % به دست آمد و ظرفیت حذف نیز در نقاط بهینه عملیاتی در دو فوتوکاتالیست جذبی و غیر جذبی ۵۰۰۸/۷۱ و ۱۲۰۴/۸۵ میلی­گرم به ازای هر متر مکعب در دقیقه بود.

نتیجه­ گیری : بسترهای حذف فوتوکالیتیکی از کارایی خوبی در زمینه حذف ترکیبات آلی در محیط های داخلی، برخوردار هستند. تلفیق آنها با جاذب های سطحی منجر به توسعه بسترهای خودپالای جذبی-کاتالیتیکی می­ شود که ظرفیت حذف آلاینده را تا ۵ برابر بسترهای کاتالیتیکی بهبود بخشیده و زمینه ساز کوچک سازی بستر کنترلی و  امکان استفاده از آنها را در سیستم­ های تصفیه هوای خانگی و صنعتی فراهم می­ نماید. افزایش کارایی حذف در بسترهای جذبی- فوتوکاتالیتیکی با افزایش هواگذر به دلیل کاسته شدن از ضخامت لایه مرزی و بهبود انتقال جرم از جریان هوا به سایت های جذبی و کاتالیتیکی می­باشد.