Dye Decolorization by Photooxidation Process Using TiO2 Nanotube Catalyst and Micro/Nanobubble Aeration
โดย สุทธิดา วงษ์วิเชียร
ปี 2564
บทคัดย่อ
งานวิจัยครั้งนี้การศึกษาการบำบัดสีย้อมด้วยกระบวนการโฟโตออกซิเดชันโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาไทเทเนียมไดออกไซด์นาโนทิวป์ (TNTs) ร่วมกับการเติมอากาศขนาดไมโคร/นาโนบับเบิ้ล (MNBs) โดยที่ตัวเร่งปฏิกิริยาเตรียมขึ้นด้วยกระบวนการแอโนไดเซชันเตรียมจากแผ่นไทเทเนียม (Ti) ที่ความต่างศักย์ 50 V เป็นเวลา 1 ชั่วโมง ทำการวิเคราะห์ลักษณะทางกายภาพของตัวเร่งปฏิกิริยาที่เตรียมขึ้นด้วยอุปกรณ์ Field Emission Scanning Electron Microscope (FE-SEM) เพื่อหาลักษณะของพื้นที่ผิว และ X-Ray Fluorescence Spectrometry (XRF) ซึ่งสามารถระบุองค์ประกอบของธาตุใน TNTs ผลการวิเคราะห์พบว่า TNTs มีขนาดของเส้นผ่านศูนย์กลางภายในของท่อนาโนและมีความลึกท่อนาโนอยู่ในช่วง 60-90 nm และพบธาตุหลักเป็น Ti ถึง 97.7% โดยผลการทดสอบแสดงให้เห็นว่า TNTs ที่เตรียมขึ้นมีองค์ประกอบเป็นไปตามที่ต้องการ
สำหรับการศึกษาประสิทธิภาพการบำบัดสีย้อมด้วยกระบวนการโฟโตออกซิเดชันโดยใช้ TNTs ร่วมกับ MNBs โดยใช้แหล่งกำเนิดแสง UVA ความเข้มแสง 1,604 μW.cm–2 สำหรับสีย้อม Indigo Carmine (IC) และ Reactive Black 5 (RB5) ที่มีความเข้มข้นเริ่มต้นของสีย้อมเท่ากับ 2, 4, 6, 8 และ 10 μM โดยมีการเปรียบเทียบกับการทดลองในชุดควบคุม 7 ชุด ผลการศึกษาพบว่ากระบวนการโฟโตออกซิเดชันโดยใช้ TNTs ร่วมกับ MNBs สามารถบำบัดสีย้อม IC และ RB5 โดยมีประสิทธิภาพสูงสุด เท่ากับ 83.33±13.11% และ 41.28±10.73 ตามลำดับ
รวมทั้งใช้สมการจลนพลศาสตร์ของ Langmuir-Hinshelwood Model (L-H model) ในการหาค่าคงที่อัตราการเกิดปฏิกิริยาการบำบัดสีย้อมด้วยกระบวนการโฟโตออกซิเดชัน จากผลการศึกษาค่าคงที่การเกิดปฏิกิริยาโฟโตออกซิเดชัน (k) ได้เท่ากับ 0.352 และ 0.472 μM·min-1 สำหรับสีย้อม IC และ RB5 ตามลำดับ และค่าคงที่ในปฏิกิริยาดูดติดผิว (K) เท่ากับ 0.063 μM-1 และ 0.044 μM-1 สำหรับสีย้อม IC และ RB5 ตามลำดับ
ABSTRACT
This research investigated the dye decolorization by photooxidation process using TiO2 nanotube catalyst (TNTs) and micro/nanobubble aeration (MNBs). TNTs were prepared by anodizing process from titanium sheet (Ti) with a voltage difference of 50 V for 1 hour. The physical characteristics of the prepared catalyst were analyzed by Field Emission Scanning Electron Microscope (FE-SEM) to characterize surface areas and X-Ray Fluorescence Spectrometry (XRF), which could determine the elemental composition of TNTs. The analysis results indicated that the inner diameter and depths of nanotube were in the range of 60-90 nm, and the primary trace element Ti was 97.7%. The results showed that the prepared TNTs had the desired composition.
Regarding the investigation of the dye decolorization efficiency by photooxidation process using TNTs and MNBs aeration along with UVA light source at 1,604 μW.cm–2 for Indigo Carmine (IC) and Reactive Black 5 (RB5) at the initial dye concentrations of 2, 4, 6, 8, and 10 μM, and the comparison among seven controlled experiments, the study results exposed that the photooxidation process using TNT with MNBs treated IC and RB5 dyes with maximum efficiency of 83.33±13.11% and 41.28±10.73, respectively.
In addition, the Langmuir-Hinshelwood kinetic model (L-H model) was used to determine the rate constant of the dye decolorization by photooxidation process. The results of the photooxidation rate constant (k) was 0.352 and 0.472 μM.min–1 for IC and RB5 dyes, respectively. While the surface adsorption constant ( K) was 0. 063 and 0.044 μM–1 for IC and RB5 dyes, respectively.