دانشگاه رازی

هندسه میکروراکتورهای فتوکاتالیستی نقش مهمی در تشدید انتقال جرم و بهبود عملکرد فرآیندهای چند فازی دارد. در این پژوهش، میکروراکتور سه فازی جریان پیوسته برای بررسی اثر هم زمان هندسه راکتور، شرایط عملیاتی و اعمال امواج فراصوت   با استفاده از مبدل های پیزوالکتریک بر انتقال جرم و سینتیک تخریب فوتوکاتالیستی متیلن بلو (MB) تحت تابش ماوراءبنفش (UV) و امواج فراصوت (US) طراحی و ارزیابی شد. ابتدا، هفت پیکربندی میکروراکتور با تغییرتعداد و هندسه حوضچه های اختلاط (لوزی شکل و دایره‌ای) و وجود یا عدم وجود المان‌ دوار (چرخ‌دنده) طراحی و عملکرد آنها با استفاده از با استفاده ازTiO2، تابش UV و تزریق پیوسته اکسیژن بررسی شد. اثر دوز فتوکاتالیست (mg/L 4/0 - 1/0)، غلظت اولیه MB   m) 6? - 3?) و دبی جریان مایع mL/min) ?? و ??) بر ضریب انتقال جرم حجمی سمت مایع (kLa)، بازده فضا-زمان (STY)، بازده فضا-زمان فتوکاتالیستی(PSTY) ، نرخ حذف ویژه(SRR)   و راندمان حذف(RE)   بررسی شد. میکروراکتور دارای 4 حوضچه‌ لوزی شکل بدون چرخ دنده، با kLa برابر   -146/36، STY برابر     mg/L·day 105 × 16/8   و SRR   برابر mg/g·h 109 × 2/7 به عنوان هندسه بهینه انتخاب شد. در شرایط بهینه عملیاتی، شامل غلظت اولیه MB برابر ppm 30، دوز فتوکاتالیست mg/l 4/0 و دبی جریان ml/min 20، راندمان حذف 13/24% و ضریب تعیین R2= 0.9907 به دست آمد. در مرحله دوم، سونوفتوکاتالیز با استفاده از فراصوت با فرکانس MHz 7/1 در میکروراکتور بهینه مجهز به چهار مبدل پیزوالکتریک و با به کارگیری فتوکاتالیست مغناطیسی Fe2O3/TiO2   بررسی شد. در شرایط بهینه   به راندمان حذف 3/44%   دست یافتیم و با kLa   برابر s-1 17/41 و ثابت سرعت واکنش (Kapp)   min-1 33/0 همراه بود. در آزمایش های مقایسه ای، فرآیند UV+US در مقایسه با فتوکاتالیز و سونولیز به ترتیب 13/1 و 55/1 برابر راندمان حذف بالاتری نشان داد. فتوکاتالیست مغناطیسی Fe2O3/TiO2 نیز عملکردی 3/1 برابر TiO2 نشان داد. تحلیل‌های رگرسیون خطی چندگانه (MLR) و همبستگی پیرسون، اثر معنادار پارامترهای عملیاتی بر عملکرد فرآیند را تایید کردند. همچنین، عملکرد سونوفتوکاتالیستی تابعی از تعداد و آرایش فضایی مبدل‌های پیزوالکتریک بود؛ به طوریکه تغییر موقعیت مبدل های فعال در پیکربندی‌های تک عنصری و چند عنصری، نتایج متفاوتی ایجاد کرد و فعال‌سازی همزمان هر چهار مبدل، بالاترین راندمان حذف برابر با 3/44 % را به همراه داشت. در مجموع، نتایج نشان داد که مهندسی همزمان هندسه میکروراکتور، شرایط عملیاتی، فتوکاتالیست مغناطیسی و آرایش مبدل های فراصوت، راهبردی موثر برای تشدید انتقال جرم و بهبود عملکرد فرآیند سونوفتوکاتالیستی سه فازی در جریان پیوسته است.