DETERMINATION OF OPTIMAL PARAMETERS OF PHOTOCATALYTIC DESTRUCTION OF METHYLENE BLUE IN THE PRESENCE OF MAGNETITE
DOI:
https://doi.org/10.32782/KNTU2618-0340/2021.4.2.2.18Аннотация
The use of mathematical modelling for the development of new technologies for wastewater treatment is very The use of mathematical modelling for the development of new technologies for wastewater treatment is very important because it allows to reduce the number of experiments, to determine the optimal process conditions, to build a mathematical model. Multifactor dependencies, which, for example, are obtained using experimental planning methods, are powerful statistical tools that allow to determine the total impact of the studied variables, which can be estimated simultaneously, to statistically process the results to be used, to optimize using mathematical models to obtain the best experimental conditions for the purification process.
To assess the influence of selected factors, the method of central compositional planning of the experiment was used. The effect of parameters such as photocatalyst concentration (x1), H2O2 volume (x2) and UV treatment time (x3) on the degradation of methylene blue (MB) was determined.
The presented results show that magnetite is an effective catalyst for the decomposition of MB under the action of UV radiation.
Is established that most effects are statistically significant for the response function. High values of the coefficients at x3, x1, x2 indicate that they are the most influential in the process of photocatalytic destruction. The coefficient at x3 not only has the highest value of all effects, but is also about 2 times greater than the coefficient at x1. The coefficients corresponding to the interactions x1x2 (1.32) and x1x3 (5.24) are represented by values that are 5,84 and 1.5 times less than the coefficient at x3.
The value of the of determination coefficient (R2) is approximately 0.998, which confirms the adequacy of the quadratic model, which represents the relationship between independent factors and the response function. High values of coefficients in linear terms (x2, x3) in comparison with other coefficients mean that they are the most influential in the equation.
It was found that increasing the processing time led to an increase in the degree of degradation of MB The effect of the concentration of hydrogen peroxide and catalyst is extreme. The significance of the factors varies as follows: ttreat> mkat> Vn2o2.
In addition, analysis of variance showed consistency between experimental data and theoretically determined, i.e. the obtained mathematical model is adequate.
Використання математичного моделювання для розробки нових технологій очищення стічних вод є дуже важливим, оскільки дає змогу скоротити кількість дослідів, визначити оптимальні умови процесу, побудувати математичну модель. Багатофакторні залежності, які, наприклад, отримують за допомогою методів планування експерименту – це потужні статистичні інструменти, які дозволяють визначити сумарний вплив досліджуваних змінних, який можливо оцінювати одночасно, провести статистичну обробку результатів, що будуть використані, проводити оптимізацію з використанням математичних моделей, щоб отримати найкращі експериментальні умови проведення процесу очищення.
Для оцінки впливу обраних факторів використовувався метод центрального композиційного рототабельного планування експерименту. Визначали вплив таких параметрів, як концентрація фотокаталізатора (x1), об’єм Н2О2 (x2) та час обробки УФ опроміненням (x3) на деградацію метиленового синього(МС).
Представлені результати показують, що магнетит є ефективним каталізатором розкладу МС під дією УФ-випромінювання. Встановлено, що більшість ефектів є статистично значущими щодо функції відгуку. Високі значення коефіцієнтів при x3, x1, x2 вказують на те, що вони є найбільш впливовими на процес фотокаталітичної деструкції. Коефіцієнт при x3 не тільки має найвище значення з усіх ефектів, але й приблизно в 2 рази більше, ніж коефіцієнт при x3. Коефіцієнти відповідні взаємодіям x1x2 (1,32) і x1x3 (5,24) представлені значеннями, що в 5,84 і 1,5 разів менше відносно коефіцієнту при x3.
Значення коефіцієнта детермінації (R2) становить приблизно 0,998, що підтверджує тісний взаємозв'язок між незалежними факторами і функцією відгуку. Високі значення коефіцієнтів в лінійних доданках (x2, x3) в порівнянні з іншими коефіцієнтами означають, що вони є найбільш впливовими у рівнянні.
Встановлено, що підвищення часу обробки призводить до збільшення ступеню деградації МС. Вплив концентрації перекису водню та каталізатору має екстремальний характер. Значимість факторів змінюється наступним чином: tоб> mадс> Vн2о2. Крім того, дисперсійний аналіз показав узгодженість між експериментальними даними та теоретично визначеними, тобто отримана математична модель адекватна.
Библиографические ссылки
Safonyk, A. P., Prysiazhniuk, O. V., & Pasichnyk, V. A. (2019). Modeliuvannia protsesu ochyshchennia stichnykh vod metodom elektrokoahuliatsii v neizotermichnykh umovakh. Visnyk Natsionalnoho tekhnichnoho universytetu KhPI. Seriia: Matematychne modeliuvannia v tekhnitsi ta tekhnolohiiakh. 8, 175–181.
Bomba, A. Ya., Prysiazhniuk, I. M., Prysiazhniuk, O. V., & Sivak, V. M. (2014). Matematychne modeliuvannia protsesiv pervynnoi ochystky stichnykh vod iz vykorystanniam porystykh mikrochastynok. Visnyk Natsionalnoho universytetu vodnoho hospodarstva ta pryrodokorystuvannia. Tekhnichni nauky. 1, 104–112.
Petrushka, I. M., Moroz, O. I., & Petrushka, K. I. (2016). Matematychne modeliuvannia resursozberihaiuchykh tekhnolohii ochyshchennia stichnykh vod. Aktualni problemy ekonomiky. 4, 433–439.
Shevchenko, O. O., & Ivanova, I. M. (2013). Zastosuvannia biotekhnolohii dlia pidvyshchennia ochystky stichnykh vod vid biohennykh elementiv. Visnyk Natsionalnoho tekhnichnoho universytetu KhPI. Ser.: Matematychne modeliuvannia v tekhnitsi ta tekhnolohiiakh. 37, 215–222.
Burtna, I. A., Ruzhynska, L. I., & Rudenko, L. S. (2016). Matematychna model masoobminnykh protsesiv pervaporatsiinoho ochyshchennia vody. Visnyk Natsionalnoho tekhnichnoho universytetu Kharkivskyi politekhnichnyi instytut. Seriia: Novi rishennia v suchasnykh tekhnolohiiakh. 12, 5–11.
Matematychne modeliuvannia ta optymizatsiia obiektiv tekhnolohii neorhanichnykh rechovyn: navch. posib. dlia studentiv khim.-tekhnol. spets. VNZ / Frolova L. A. ta in. 2-he vyd. (2019). Dnipro : Aktsent.
Li, M., Qiang, Z., Pulgarin, C., & Kiwi, J. (2016). Accelerated methylene blue (MB) degradation by Fenton reagent exposed to UV or VUV/UV light in an innovative micro photo-reactor. Applied Catalysis B: Environmental. 187, 83–89.
Singh, J., Chang, Y. Y., Koduru, J. R., & Yang, J. K. (2018). Potential degradation of methylene blue (MB) by nano-metallic particles: A kinetic study and possible mechanism of MB degradation. Environmental Engineering Research. 23(1), 1–9.
Baghriche, O., Rtimi, S., Pulgarin, C., & Kiwi, J. (2017). Polystyrene CuO/Cu2O uniform films inducing MB-degradation under sunlight. Catalysis Today. 284, 77–83.
