การบำบัดสีน้ำเสียสังเคราะห์เมลานอยดินโดยการตรึงอนุภาคนาโนซิงค์ออกไซด์เจืออะลูมิเนียมที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาทางแสงด้วยบีดลูกผสมพอลิไวนิลแอลกอฮอล์–อัลจิเนต
Article Sidebar
Main Article Content
Abstract
Saowakhon Suksabai, Piangjai Peerakiatkhajohn and Chulaporn Kamnerdpetch
รับบทความ: 21 มิถุนายน 2565; แก้ไขบทความ: 16 พฤศจิกายน 2565; ยอมรับตีพิมพ์: 7 ธันวาคม 2565; ตีพิมพ์ออนไลน์: 22 พฤษภาคม 2566
บทคัดย่อ
การศึกษาวิจัยครั้งนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาประสิทธิภาพการบำบัดสีน้ำเสียสังเคราะห์เมลานอยดินโดยบีด PVA–Alginate–Al/ZnO beads (PA-Al/ZnO beads) ที่เตรียมจากการตรึงอนุภาคนาโนซิงค์ออกไซด์เจืออะลูมิเนียม (Al/ZnO NPs) ที่สังเคราะห์ด้วยวิธีโซล–เจลอย่างง่ายบนบีดลูกผสมพอลิไวนิลแอลกอฮอล์–อัลจิเนต (PA–beads) ทดสอบประสิทธิภาพการบำบัดสีน้ำเสียสังเคราะห์เมลานอยดินที่ความเข้มข้น 100 mg/L ภายใต้การกระตุ้นด้วยแสงรวมทั้งศึกษาลักษณะสัณฐานและองค์ประกอบของบีดทั้งก่อนและหลังการทดสอบประสิทธิภาพการบำบัดสีของอนุภาคนาโนซิงค์ออกไซด์เจืออะลูมิเนียม (Al/ZnO NPs) บีดที่ไม่มีการตรึงอนุภาคนาโน (PA–beads) และเม็ดบีดที่มีการตรึงอนุภาคนาโน (PA–Al/ZnO beads) ผลการศึกษาพบว่า Al/ZnO NPs มีลักษณะโครงสร้าง 2 มิติแบบนาโนชีต โดยมีขนาดเฉลี่ยอยู่ที่ 100–500 นาโนเมตร ในขณะที่เม็ดบีด PA-Al/ZnO มีลักษณะเป็นทรงกลมสม่ำเสมอ มีค่าเฉลี่ยเส้นผ่านศูนย์กลาง 5.35±0.21 มิลลิเมตร และมีการกระจายตัวที่ดีของธาตุ Al และ Zn ในบีดชนิดนี้ เมื่อทดสอบประสิทธิภาพการบำบัดสีน้ำเสียสังเคราะห์เมลานอยดินพบว่า PA–Al/ZnO beads ให้ประสิทธิภาพในการบำบัดสีที่สูงกว่า PA–beads อยู่ที่ร้อยละ 14 ในระยะเวลา 4 ชั่วโมง ภายใต้การกระตุ้นด้วยแสง เนื่องจากการตรึง Al/ZnO NPs ช่วยเพิ่มพื้นที่ผิวสัมผัสมากขึ้น ร่วมกับปฏิกิริยาการเร่งด้วยแสงทำให้การดูดซับและการสลายสีเมลานอยดินดีขึ้น จากความสามารถในการดูดซับที่ขึ้นอยู่กับลักษณะทางโครงสร้าง ขนาด และพื้นที่ผิวดูดซับ อีกทั้งลักษณะของตัวเร่งปฏิกิริยาในปฏิกิริยาการเร่งด้วยแสง ดังนั้น PA–Al/ZnO beads จึงเป็นทางเลือกหนึ่งของวัสดุดูดซับเนื่องจากเป็นวิธีการอย่างง่ายที่มีต้นทุนต่ำ และเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมที่สามารถบำบัดสีน้ำเสียสังเคราะห์เมลานอยดินได้
คำสำคัญ: พอลิไวนิลแอลกอฮอล์–อัลจิเนต บีดลูกผสม อนุภาคนาโนซิงค์ออกไซด์เจืออะลูมิเนียม ปฏิกิริยาการเร่งด้วยแสง เมลานอยดิน
Abstract
This research aimed to study the photocatalytic decolorization of synthetic melanoidins wastewater using PVA–Alginate–Al/ZnO beads (PA–Al/ZnO beads). PA–Al/ZnO beads were prepared by immobilized aluminum–doped zinc oxide nanoparticles (Al/ZnO NPs) which were synthesized by a simple sol–gel method on PVA–Alginate hybrid beads (PA beads). Morphology, ele-ments distribution, and the photocatalytic decolorization efficiency of 100 mg/L synthetic melanoidins wastewater by Al/ZnO NPs, PA–beads, and PA–Al/ZnO beads before and after decolorization efficiency were investigated. From the results of this study, it was found that the Al/ZnO NPs exhibited the formation of 2D nanosheet structure with an average size range of 100–500 nm, whereas the PA–Al/ZnO beads exhibited a uniform spherical shape which an average diameters was 5.35±0.21 mm. and were well distributed of Al and Zn elements in this beads. The decolorized efficacy of synthetic melanoidins wastewater, PA–Al/ZnO beads showed higher efficiency than PA–beads at 14% after 4 hours under the visible light irradiation. Due to the immobilization of Al/ZnO NPs increase the adsorption area and associated with photocatalytic reactions, enhancing the efficiency of melanoid degradation. The adsorption capacity depends on the structure, size, and adsorption surface area while the photocatalysis process mainly depended on the characteristics of the Al/ZnO NPs photocatalyst. Hence, the PA–Al/ZnO NPs beads can be a promising candidate as a simple, low cost and environmentally–friendly adsorbent and suitable photocatalyst for good–performance synthetic melanoidinss wastewater treatment applications.
Keywords: PVA–Alginate, Hybrid beads, Al/ZnO nanoparticles, Photocatalytic, Melanoidins
Downloads
Article Details
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
References
Ahmad, M., Ahmed, E., Zhang, Y., Khalid, N. R., Xu, J., Ullah, M., and Hong, Z. (2013). Preparation of highly efficient Al–doped ZnO photocatalyst by combustion synthesis. Current Applied Physics 13(4): 697–704.
Algarni, T. S., Abduh, N. A. Y., Kahtani, A. A., and Aouissi, A. (2022). Photocatalytic degradation of some dyes under solar light irradiation using ZnO nanoparticles synthesized from Rosmarinus officinalis extract. Green Chemistry Letters and Reviews 15(2): 460–473.
Bruhns, P., Kanzler, C., Degenhardt, A. G., Koch, T. J., and Kroh, L. W. (2019). Basic structure of melanoidinss formed in the Maillard reaction of 3–deoxyglucosone and γ–aminobutyric acid. Journal of Agricultural and Food Chemistry 67(18): 5197–5203.
Chen, X., Wu, Z., Liu, D., and Gao, Z. (2017). Preparation of ZnO photocatalyst for the efficient and rapid photocatalytic degra-dation of azo dyes. Nanoscale Research Letters 12: 143.
Hassan, H. S., Elkady, M. F., Shazly, A. H. E., and Bamufleh, H.S. (2014). Formulation of synthesized zinc oxide nanopowder into hybrid beads for dye separation. Journal of Nanomaterials 6: 1–14.
Isik, Z., Bilici, Z., Adiguzel, S.K., and Yatmaz, H. C. (2019). Entrapment of TiO2 and ZnO powders in alginate beads: Photocatalytic and reuse efficiencies for dye solutions and toxicity effect for DNA damage. Environmental Technology & Innovation 14: 100358.
Kumar, A., Sood, A., and Han, S.S. (2022). Poly (vinyl alcohol)–alginate as potential matrix for various application: A focused review. Carbohydrate Polymers 277: 118881.
Lee, H. J., Kim, J. H., Parka, S. S., Hong, S. S., and Lee, G.D. (2015). Degradation kinetics for photocatalytic reaction of methyl orange over Al–doped ZnO nanoparticles. Journal of Industrial and En-gineering Chemistry 25: 199–206.
Liakos, T. I., and Lazaridis, N. K. (2016). Melanoidins removal from molasses effluents by adsorption. Journal of Water Process Engineering 10: 156–164.
Mahdavi, R., and Talesh, S. S. A. (2017). Sol–gel synthesis, structural and enhanced photocatalytic performance of Al doped ZnO nanoparticles. Advanced Powder Technology 28: 1418–1425.
Majidnia, Z., and Idris, A. (2015). Photocatalytic reduction of iodine in radioactive waste water using maghemite and titania nano-particles in PVA–alginate beads. Journal of Taiwan Institute of Chemical Engi-neers 54: 137–144.
Mateus, M. V., Luz, M. S. da, Gelamo, R.V., Lemos, D. A., Poleto, C. and Gonçalves, J. C. da S. I. (2022). Study of the catalytic activity of multilayer graphene (MLG), moly–bdenum oxide (MoO2), and manganese ferrite (MnFe2O4) on the melanoidins removal by ozonation process. Brazilian Journal of Chemical Engineering 39: 55–66.
Piangjai, P., Teera, B., Jung, H. S., Supphasin, T., and Jung, H. Y. (2021). Efficient and rapid photocatalytic degradation of methyl orange dye using Al/ZnO nanoparticles. Nanomaterials 11(4): 1059.
Raj, K. P., Sadaiyandi, K., Kennedy, A., and Thamizselvi, R. (2016). Structural, optical, photoluminescence and photocatalytic assessment of Sr–doped ZnO nanopar-ticles. Materials Chemistry and Physics 183: 24–34.
Tripathy, B. K., Johnson, I., and Kumar, M. (2020). Melanoidins removal in multi–oxidant supplemented microwave system: Optimization of operating conditions using response surface methodology and cost estimation. Journal of Water Process Engineering 33: 101008.
Tsiakiri, E. P., Sompatzi, E., Voukia, F., Sotiropoulos, S., and Pantazaki, A. A. (2020). Biocatalytic and bioelectrolytic decolori-zation of simulated melanoidins wastewaters by Saccharomyces cerevisiae cells suspended and conjugated on silica and alumina. Journal of Environmental Chemical Engineering 8: 104078.
Velan, R. P., Ayyasamy, P. M., Kathiravan, R., and Subashni, B. (2015). Rapid decolorization of synthetic melanoidins by bacterial extract and their mediated silver nanoparticles as support. Journal of Applied Biology & Biotechnology 3(2): 006–011.
Verma, R., Kundu, L. M., and Pandey, L. M. (2021). Enhanced melanoidins removal by amine–modified Phyllanthus emblica leaf powder. Bioresource Technology 339: 125572.