Journal of Environmental Health Engineering

fa بهینه‌سازی فرآیند ازناسیون فتوکاتالیستی برای تخریب تقویت‌شده میکروپلاستیک پلی‌اتیلن در محیط‌های آبی Process Optimization of Photocatalytic Ozonation for Enhanced Degradation of Poly Ethylene Microplastic in Aquatic Systems تخصصي Special پژوهشي Research <div style="text-align: justify;">زمینه و هدف: میکروپلاستیک‌ها، به دلیل پایداری بالا و مقاومت در برابر تجزیه زیستی، تهدیدی جدی برای اکوسیستم‌های آبی و سلامت انسان محسوب می‌شوند. در این پژوهش، کارایی فرآیند ازناسیون فتوکاتالیستی با استفاده از نانوکامپوزیت g-C3N4/NH2-MIL-125(Ti)/TiO2 برای تخریب میکروپلاستیک پلی اتیلن در محیط آبی مورد بررسی قرار گرفته است. مواد و روش ها: نانوکامپوزیت سنتز شده با استفاده از آنالیزهای FTIR، XRD، UV–Vis DRS، FESEM، TEM، EDX و BET مشخصه‌یابی شد. سپس عملکرد آن در فرآیند مذکور بررسی گردید. بهینه‌سازی پارامترها شامل pH، دوز کاتالیست، غلظت ازن، زمان واکنش و غلظت اولیه آلاینده با استفاده از روش طراحی آزمایش و مدل سطح پاسخ انجام شد. همچنین سینتیک واکنش، اثر یون‌های معدنی، آزمون‌های رباینده های رادیکال، کاهش TOC و قابلیت بازیافت کاتالیست در شرایط بهینه، ارزیابی شد. یافته‌ها: نتایج مشخصه‌یابی نشان داد که نانوکامپوزیت سنتز شده دارای ساختار مزومتخلخل با سطح ویژه 51/151 سانتیمتر مربع در گرم و جذب مؤثر نور مرئی (Eg=۱/۸۶ الکترون ولت) است. در شرایط بهینه (pH برابر ۶/۱۶، دوز کاتالیست ۰/۴۴ میلی گرم در لیتر، غلظت ازن ۳/۵ گرم در دقیقه و زمان ۵۲ دقیقه)، راندمان حذف برابر ۹۷/۴ درصد به دست آمد. تخریب آلاینده از سینتیک شبه مرتبه اول پیروی کرد و اثر هم‌افزایی قابل توجهی بین فتوکاتالیز و ازناسیون مشاهده شد. همچنین گونه‌های فعال اصلی شامل رادیکال هیدروکسیل و اکسیژن نوزاد تعیین شدند. نتیجه‌گیری: نانوکامپوزیت g-C3N4/NH2-MIL-125(Ti)/TiO2 عملکردی کارآمد و پایدار در فرآیند ازناسیون فتوکاتالیستی نشان داد و می‌تواند به‌عنوان یک کاتالیست مناسب در حذف میکروپلاستیک‌ها از محیط‌های آبی مورد استفاده قرار گیرد.</div> <div style="text-align: justify;">Background: Microplastics pose a significant threat to aquatic ecosystems and human health due to their inherent persistence and recalcitrance to biodegradation. In this study, the efficacy of photocatalytic ozonation using a g-C₃N₄/NH₂-MIL-125(Ti)/TiO₂ nanocomposite was investigated for the degradation of polyethylene microplastics in aqueous media. Materials and Methods: The synthesized nanocomposite was characterized using FTIR, XRD, UV-Vis DRS, FESEM, TEM, EDX, and BET analyses. Subsequently, its performance in the photocatalytic ozonation process was evaluated. The operational parameters, including pH, catalyst dosage, ozone concentration, reaction time, and initial pollutant concentration, were optimized using an experimental design approach and response surface methodology. In addition, reaction kinetics, the effects of inorganic ions, scavenger tests, TOC decrease, and catalyst recyclability were investigated. Results: Characterization results indicated that the synthesized nanocomposite possessed a mesoporous structure with a specific surface area of 151.51 m² g⁻¹ and effective visible‑light absorption (Eg = 1.86 eV). Under optimal conditions (pH = 6.16, catalyst dosage = 0.44 mg/L, ozone concentration = 3.5 g/min, and reaction time = 52 min), a removal efficiency of 97.4% was achieved. The degradation process followed pseudo‑first‑order kinetics, and a significant synergistic effect between photocatalysis and ozonation was observed. Furthermore, hydroxyl radicals and singlet oxygen were identified as the dominant reactive species. Conclusion: The g‑C₃N₄/NH₂‑MIL‑125(Ti)/TiO₂ nanocomposite demonstrated efficient and stable performance in the photocatalytic ozonation process and can be considered a promising catalyst for the removal of microplastics from aquatic environments.</div> میکروپلاستیک پلی اتیلن, فرایند ازناسیون فتوکاتالیستی, نانوکامپوزیت, فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته, تصفیه آب Polyethylene microplastics, Photocatalytic ozonation process, Nanocomposite, Advanced oxidation processes, Water treatment 284 310 http://jehe.abzums.ac.ir/browse.php?a_code=A-10-968-1&slc_lang=fa&sid=1 Pooria Kasaee Zadegan پوریا کسائی‌زادگان 0009-0002-2765-4816 No PhD Candidate, Department of Civil Engineering, SR.C., Islamic Azad University, Tehran, Iran دانشجوی دکتری، دانشکده عمران، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران Seyed Abbas Hosseini سید عباس حسینی abbas_hoseyni@iau.ac.ir 0000-0001-8858-3543 Yes Department of civil engineering, SR.C., Islamic Azad university, Tehran, Iran دانشکده عمران، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران Lobat Taghavi لعبت تقوی 0000-0002-4973-318X No Department of Natural Resources and Environmental, SR.C., Islamic Azad University, Tehran, Iran گروه منابع طبیعی و محیط زیست، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران Reza Jalilzadeh Yengejeh رضا جلیل‌زاده ینگه‌جه 0000-0002-8360-5739 No Department of Environmental Engineering, Ahv.C, Islamic Azad University, Ahvaz, Iran گروه مهندسی محیط زیست، واحد اهواز، دانشگاه آزاد اسلامی، اهواز، ایران