1-1- مقدمه………………………………………………………………………………… 1
1-2- آلاینده های محیط زیست……………………………………………………….. 2
1-3- آنتی بیوتیک ها و مشكلات زیست محیطی…………………………………… 2
1-4- تكنیک های تصفیه…………………………………………………………………. 4
1-5- فرایندهای اكسیداسیون پیشرفته (AOPs) ……………………………………….. 4
1-5-1- فرایند هتروژن فتوكاتالیز……………………………………………………… 5
1-5-2- انواع فتوكاتالیزورها………………………………………………………… 13
1-5-3- مكانیسم فرایندهای هتروژن كاتالیز………………………………………… 14
1-5-3-1- مكانیسم فرایند فتوكاتالیستی UV/TiO2………………………………..
1-6- تثبیت فتوكاتالیزور TiO2 بر روی بستر ثابت…………………………………….. 17
1-6-1- تثبیت كاتالیزور به روش PMTP………………………………………….
1-7- طراحی آزمایش……………………………………………………………….. 22
1-7-1- انواع روش های طراحی آزمایش…………………………………………… 22
1-7-1-1- روش تاگوچی…………………………………………………………….. 23
1-7-1-1-1- ویژگی آرایه های متعامد…………………………………………… 23
1-8- فرایند طراحی آزمایش…………………………………………………………. 23
1-8-1- برنامه ریزی…………………………………………………………………….. 24
1-8-2- اجرا…………………………………………………………………………… 24
1-8-2-1- محاسبه اثر اصلی فاكتورها………………………………………… 24
1-8-3- آنالیز واریانس (ANOVA)…………………………………………………. 25
1-8-3-1- روش استاندارد…………………………………………………………. 25
1-8-3-2- روش S/N (نسبت سیگنال به نویز)………………………………….. 27
1-8-3-2-1- مشخصه نوع Nominal is better……………………………….
1-8-3-2-2- مشخصه نوع Smaller is better………………………………
1-8-3-2-3- مشخصه نوع Bigger is better………………………………..
1-9- مطالعات پیشین در زمینه بررسی حذف آنتی بیوتیک ها با بهره گرفتن از فرایندهای اكسیداسیون پیشرفته…28
1-10- اهداف طرح حاضر……………………………………………………………. 33
فصل دوم: روش تحقیق
2-1- وسایل، دستگاه ها و نرم افزارهای مورد نیاز……………………………….. 34
2-1-1- فتوراكتور………………………………………………………………………… 35
2-2- مواد مورد استفاده………………………………………………………………… 36
2-3- مشخصات TiO2-P25……………………………………………………………
2-4- مشخصات كلرامفنیكول………………………………………………………… 36
2-5- روش تهیه محلول مادر CAP………………………………………………………
2-6- روش تثبیت نانو ذرات تیتانیوم دی اكسید بر روی بسترهای شیشه ای……. 38
2-7- تكنیک های مورد استفاده برای تعیین مشخصات بسترهای تهیه شده از نانوذرات TiO2-P25 تثبیت شده بر روی صفحات شیشه ای…. 40
2-8- روش تعیین میزان بارگیری نانوذرات تیتانیوم دی اكسید بر روی صفحات شیشه ای..41
2-9- بررسی فعالیت فتوكاتالیزوری نانوذرات تثبیت شده بر روی صفحات شیشه ای…… 42
2-10- نحوه ارائه نتایج……………………………………………………………….. 42
2-11- روش اندازه گیری غلظت CAP موجود در محلول…………………………….. 43
2-12- روش آماده سازی نمونه ها برای اندازه گیری TOC…………………………

2-13- روش آماده سازی نمونه ها برای اندازه گیری میزان یون های آمونیوم، نیترات، نیتریت و كلرید…… 45
2-14- اندازه گیری نیترات به روش اسپكتروفتومتری………………………. 46
2-15- اندازه گیری نیتریت به روش اسپكتروفتومتری………………………… 46
2-16- اندازه گیری كلرید به روش آرژانتومتری……………………………… 46
2-17- اندازه گیری آمونیوم به روش رنگ سنجی به كمك شناساگر نسلر…….. 47
فصل سوم: نتایج و بحث
3-1- مشخصات بسترهای تهیه شده از نانوذرات TiO2-P25 بر روی صفحات شیشه ای….. 48
3-1-1-  تصاویر SEM…………………………………………………………………
3-1-2- تصاویر AFM………………………………………………………………….
3-2- تأثیر پارامترهای عملیاتی در راندمان حذف كلرامفنیكول توسط نانوذرات TiO2-P25 تثبیت شده بر روی صفحات شیشه ای….. 53
3-2-1- بررسی تأثیر غلظت اولیه كلرامفنیكول…………………………………… 53
3-2-2- بررسی تأثیر شدت نور فرابنفش………………………………………. 55
3-2-3- بررسی تأثیر pH……………………………………………………………….
3-3- طراحی آزمایشات فعالیت فتوكاتالیزوری نانوذرات TiO2-P25 تثبیت شده بر اساس خواص آرایه های متعامد….. 60
3-3-1- بهینه سازی میزان حذف……………………………………………….. 63
3-3-2- تعیین شرایط بهینه برای فعالیت فتوكاتالیزوری نانوذرات TiO2-P25 تثبیت شده در حذف CAP………………..
3-3-3- تعیین سهم متغیرهای انتخابی در فعالیت فتوكاتالیزوری نانوذرات TiO2-P25 تثبیت شده در حذف CAP ………
3-4- آنالیز سینتیک حذف CAP توسط نانوذرات TiO2-P25 تثبیت شده بر روی صفحات شیشه ای  در فتوراكتور ناپیوسته.. 70
3-5- مطالعات معدنی سازی CAP توسط نانوذرات دی اكسید تیتانیوم در فتوراكتور ناپیوسته……77
3-6- نتیجه گیری………………………………………………….. 80
3-7- پیشنهادات………………………………………………………………….. 81
منابع………………………………………………………………………. 82
چکیده:
در این تحقیق به منظور کاربردی نمودن فرایند فتوکاتالیز ناهمگن در حذف آنتی بیوتیک ها از محیط های آبی، کارائی نانو ذرات تیتانیوم دی اکسید تثبیت شده به روش اتصال حرارتی بر روی صفحات شیشه ­ای Sand-Blast شده در حذف کلرامفنیکول به عنوان یک ترکیب آنتی بیوتیک بررسی شده است. مشخصات صفحات شیشه ­ای پوشش داده شده با نانو ذرات تیتانیوم دی­اکسید توسط تصاویر SEM و AFM بررسی شده است. تأثیر پارامترهای مختلفی نظیر غلظت اولیه کلرامفنیکول، شدت تابش نور فرابنفش و pH در فعالیت فتوکاتالیزوری نانو ذرات تیتانیوم دی اکسید تثبیت شده مورد مطالعه قرار گرفته است. بطوریکه    نانو ذرات تیتانیوم دی اکسید در وضعیت تثبیت شده در شرایط عملیاتی مختلف کارآئی قابل توجهی در حذف کلرامفنیکول از خود نشان می­دهند. نتایج نشان می­دهد که mg L-1 10 از کلرامفنیکول توسط  نانو ذرات تیتانیوم دی اکسید تثبیت شده تحت تابش نور فرابنفش با شدتW m-2 7/36 در مدت زمان 45 دقیقه تقریباً بطور کامل حذف می­ شود. نتایج مطالعات معدنی سازی نیز حذف كامل TOC و ایجاد محصولات معدنی سازی نظیر Cl–، NO3– و NH4+ را در حد انتظار در زمان های تابش بالاتر نشان می دهد. نتایج طراحی آزمایش به روش تاگوچی مؤثرترین پارامتر در حذف آلاینده مذكور در سیستم تثبیت شده را زمان تابش با سهم 60 درصد نشان می دهد. همچنین نتایج آنالیز سینتیک واكنش، مطابقت سینتیک حذف را با مدل لانگمویر- هنیشلوود نشان می دهد. مدل حاصل از نتایج آنالیز سینتیک فرایند، به خوبی قادر به تعیین ثابت سرعت ظاهری حذف CAP در فرایند مذكور می باشد.
1-1- مقدمه
تمام آبهای طبیعی دارای آلودگی هایی هستند که از فرایند فرسایش، شستشو و هوازدگی خاک ها ناشی می شوند. یکی دیگر از مهمترین عوامل آلودگی های آب های سطحی، تخلیه پسابهای صنعتی و فاضلاب ها به محیط زیست می باشد که اگر بدون تصفیه به محیط زیست وارد شوند، می توانند به طرق مختلف اکوسیستم آبی را بطور نامطلوبی تحت تأثیر قرار دهند. لذا برای حفاظت منابع آبی و زیرزمینی و نیز برای دسترسی به آب آشامیدنی مطلوب لازم است این آلاینده ها را از منابع شان حذف کنیم. بسیاری از فرایندها به منظور تخریب یا تجزیه این عوامل آلاینده سالهاست بکار برده می شوند که از آنجمله می توان به فرایندهای انعقاد، اکسیداسیون شیمیایی، جذب روی کربن فعال شده، اکسیداسیون کاتالیستی و … اشاره کرد[1،2]. لیکن اکثر این روشها غیرتخریبی بوده و فقط فاز آلاینده را تغییر داده و یک آلودگی ثانویه ایجاد می کنند[4،3]. از میان تکنیک های تصفیه، فرایندهای اکسیداسیون پیشرفت (AOPs)[1] بعنوان یک تکنیک نوین و خوش آتیه مورد توجه ویژه واقع شده است، چراکه این فرایندها قادرند تقریبا اکثر ترکیبات آلی را بطور کامل معدنی نمایند. روش هتروژن فتوکاتالیز یکی از فرایندهای اکسیداسیون پیشرفته، ترکیبی از یک فتوکاتالیزور و اشعه فرابنفش یا اشعه نور طبیعی خورشید می باشد که در آن عمدتا دو نوع فاز جامد و مایع وجود دارد. بسته به محیط واکنش می توان از بسترهای ثابت از فتوکاتالیزورها یا از محلول های سوسپانسیونی در فتوراکتورها استفاده کرد که براساس تحقیقات آزمایشگاهی، راکتورهای نوع دوغابی کارآمدتر از راکتورهای با کاتالیزورهای تثبیت شده می باشند، در صورتی که در مقیاس صنعتی، راکتورهای با کاتالیزورهای تثبیت شده و با جریان پیوسته کاربردی تر هستند. با وجود استفاده بسیار زیاد از ترکیبات دارویی در دهه­های گذشته، تنها در چند سال اخیر است که حضور این ترکیبات بعنوان آلاینده در محیط زیست مورد توجه بسیار واقع شده است. یکدسته مهم از ترکیبات دارویی آنتی بیوتیک ها هستند که بعلت ماهیت پایداری که دارند در محیط های آبی خود را نشان می دهند. تلاش های بسیار زیادی برای حذف این ترکیبات در محیط های آبی صورت گرفته است که در این بین فرایندهای اکسیداسیون پیشرفته بعنوان یک روش مؤثر مورد توجه بیشتری قرار گرفته است[5].
در کار پژوهشی حاضر  به منظور کاربردی نمودن فرایند فتوکاتالیز ناهمگن در حذف آنتی بیوتیک ها از محیط های آبی، کارائی نانوذرات دی اکسید تیتانیوم  تثبیت شده به روش اتصال حرارتی بر روی صفحات شیشه ­ای Sand-Blast شده در حذف کلرامفنیکول بعنوان یک ترکیب آنتی بیوتیک بررسی شده است.
2-1- آلاینده های محیط زیست
با افزایش دانش بشری و گسترش تکنولوژی، معضلی به نام آلودگی محیط زیست مطرح می شود که نه تنها در کشور ما،  بلکه برای اکثر کشورهای پیشرفته دنیا از جمله مسائلی است که روز به روز ابعاد پیچیده تری به خود می گیرد. این آلودگی ها منابع آب را نیز تحت تأثیر قرار می دهند. بنابراین حفاظت از محیط زیست در هر کشوری مورد توجه جدی دولتمردان می باشد[6]. ترکیبات دارویی و محصولات بهداشتی از جمله آلاینده های آب هستند و بدلیل انتشار