در اختراع حاضر، با ساخت فوتوكاتاليست هاي نانولوله اي TiO2و بهبود عملكرد آنها توسط اكسيد گرافن به روش آندايز دو مرحله اي، از اين فوتوكاتاليست ها براي تصفيه كامل پساب هاي كلروفنلي استفاده شده است. . استفاده از كامپوزيت نانولوله هاي GO/TiO2 به صورت ورق در تخريب آلاينده هاي آلي نه تنها باعت بهبود خواص فوتوكاتاليسي نانولوله ها از جمله كاهش انرژي نوار جدايش و افزايش جذب نور مي شود، بلكه به علت پايداري فيزيكي آن، امكان استفاده چند باره براي اين نمونه ها با كاهش بسيار اندك در راندمان امكان پذير است. استفاده از نانولوله ها TiO2 دوپ شده با GO در تخريب آلاينده 2و4-دي كلروفنول ميزان 94% تخريب را پس از 4 ساعت نشان داد كه 20% بيشتر از نانولوله هاي TiO2 خالص بود. ميزان تخريب آلاينده پس از 4.5 ساعت تابش دهي به 100% رسيد. همچنين پس از 5 بار استفاده از نانولوله هاي TiO2 دوپ شده با GO مقدار تخريب تنها 6% كاهش يافت كه اين نتيجه تاييدي بر صرفه اقتصادي اين روش در تصفيه پساب هاي آلي كارخانجات صنعتي مي باشد.

اين اختراع در زمينه مهندسي شيمي فرآيندهاي جداسازي با تمركز بر توليد انرژي تجديدپذير و حفظ محيط زيست انجام گرديده است. امروزه بخش اعظم انرژي الكتريكي مورد استفاده در جهان از منابع انرژي تجديدناپذير مانند سوخت هاي فسيلي تامين مي گردد كه با توجه به جمعيت فزاينده بشر و توسعه صنعت رو به اتمام است. حدود دوسوم كره زمين را آب پوشانده كه بخش اعظم آن آب شور درياها است. مي توان از اختلاف غلظت آب هاي موجود در سامانه الكترودياليز معكوس استفاده كرد تا بدون هيچ گونه آلاينده زيست محيطي انرژي الكتريكي را مستقيما در محل از اختلاف غلظت نمك دو جريان آب نمك توليد نمود. در سامانه الكترودياليز معكوس، غشاهاي تبادل كاتيون و تبادل آنيون به صورت يكي در ميان در بين دو الكترود آند وكاتد قرار گرفته اند كه جريانهاي نمكي با غلظت متفاوت، در آرايش تناوبي بين غشاها جريان يافته و يون ها پس از عبور از غشاها روي سطح الكترودها به انرژي الكتريكي تبديل مي شوند. بنابراين غشاهاي تبادل يوني مهمترين بخش سامانه هاي الكترودياليز معكوس به شمار مي روند كه توليد آنها در انحصار برخي شركت هاي خارجي است. از اين روي در اين اختراع براي نخستين بار در ايران غشاي تبادل كاتيون همگن داراي نانوذرات اكسيدآهن با موفقيت توليد و عملكرد آن در سامانه الكترودياليز معكوس ارزيابي شد كه تمام مراحل عاملدار شدن تا ساخت غشا در محيط آزمايشگاه انجام شد.. همچنين در مقايسه با ساير غشاهاي سنتز شده در كشور كه از نوع ناهمگن مي باشند، از نظر روش ساخت و پيچيدگي آن و همچنين كارايي نتايج رضايت بخشي حاصل شد. اميد مي رود با انجام مطالعات و بررسي هاي بيشتر در آينده، استفاده از اين غشاهاي سنتزي جايگزين غشاهاي تجاري در مطالعه عملكرد سامانه الكترودياليز معكوس گردد

در اين اختراع از توليد پوست پرتقال اصلاح شده توسط سديم هيدروكسيد براي جذب زيستي تك جزئي متيلن بلو و جذب رقابتي سيستم دوجزئي متيلن بلو و كريستال ويولت موجود در پساب صنايع مختلف استفاده شده¬است. دربين انواع روشها، روش جذب¬سطحي به عنوان كم هزينه ترين و پربازده ترين روش شناخته شده است. همچنين، از ميان جاذب¬هاي مختلف، جاذبهاي زيستي به عنوان كارآمدترين جاذب¬ها در فرآيند جذب مورداستفاده قرار ميگيرند كه علاوه بر جذب آلاينده هاي موجود در پسابها، از تجمع پسماندهاي كشاورزي و ايجاد مشكلات ثانويه جلوگيري ميشود. در اين اختراع، پوست پرتقال اصلاح شده با سديم هيدروكسيد، گروه¬هاي كربوكسيلي بيشتري به عنوان محل¬هاي اتصال در اجزاي سلولزي توليد ميكند. اصلاح توسط محلول رقيق سديم هيدروكسيد به عنوان حلال بخش كوچكي از ليگنين و مواد آلي قابل انحلال در پسماندهاي گياهي، موجب بهبود نفوذ عوامل اصلاح كننده مانند سيتريك اسيد داخل جاذب زيستي، و در نتيجه روشي جهت افزايش جذب آلاينده، شناخته ميشود. نتايج آزمايشگاهي نشان ميدهد كه عملكرد بهتر جذب نمونه سنتزشده نسبت به نمونه هاي ديگر به علت دلايل زير ميباشد: 1. سديم هيدروكسيد به عنوان يك اصلاح كننده كارآمد و مقرون به صرفه براي اصلاح مواد ليگنوسلولزي ميباشد 2. مكانيسم اصلاح NaOH شامل انحلال ناخالصيها، افزايش نسبت مزوپور، ظرفيت تبادل كاتيون، و بار منفي روي زيست توده ميباشد 3. پوست پرتقال بدليل دارا بودن سطح بالاتر و منافذ بيشتر نسبت به ساير جاذبهاي زيستي بسيار كارآمد ميباشد 4. پوست پرتقال اساسا شامل سلولز، پكتين، ليگنين، رنگدانه هاي كلروفيل، و ساير هيدروكربنهايي با وزن مولكولي كم ميباشد. اين اجزاي سازنده شامل گروه هاي عاملي سطحي مختلفي مانند كربوكسيل(–COOH)، هيدروكسيل(–OH) و آميد(–N-H) ميباشد كه اين پسماند را به جاذبي براي حذف رنگدانه ها و فلزات سنگين از محلولهاي آبي تبديل ميكند. نمونه سنتز شده براي جذب زيستي رنگدانه هاي متيلن بلو و كريستال ويولت استفاده شد، كه در حضور 0.25g جاذب NOP در سيستم جذب دوجزئي متيلن بلو و كريستال ويولت و 0.2g در سيستم جذب تك جزئي متيلن بلو در mL100 محلول آبي متيلن بلو و كريستال ويولت با غلظتهاي متفاوت استفاده شد. ميزان جذب در سيستم تك جزئي 90% و در سيستم دوجزئي حدود 90% بود و اين نتيجه تطابق خوبي با نتايج حاصل از آناليزها دارد.

در اين اختراع، نانوكامپوزيت‌هاي هيبريدي Ag(x)/CoFe2O4/rGO(y) حاوي نانو ورقه‌هاي اكسيدگرافن كاهش‌‌يافته،فريت اسپينل كبالت و نانوذرات پلاسموني نقره سنتز شدند و بعد از شناسايي توسط تكنيك‌هاي مختلف براي تخريب فوتوكاتاليزوري تتراسايكلين استفاده شدند.فريت‌هاي اسپينل از جمله فريت اسپينل كبالت (CoFe2O4) به دليل سنتز آسان و عملكرد موثر، ماده مغناطيسي مناسبي جهت بهبود عملكرد فوتوكاتاليزوري به شمار مي‌آيند. اكسيدگرافن كاهش‌يافته (rGO) با بهبود جذب نور مرئي، تركيب مجدد الكترون- حفره‌ها را كاهش داده و باعث تصفيه موثرتر پساب مي‌شود. از طرفي نانوذرات پلاسموني نقره (Ag) با داشتن خاصيت رزونانس پلاسمون سطحي با افزايش دامنه طول موج برانگيختگي باعث تنظيم كردن نوار جدايش شده و فعاليت فوتوكاتاليزوري را بهبود مي‌بخشند.نانوكامپوزيت‌ هيبريدي Ag(0.2)/CoFe2O4/rGO(0.5) براي اولين بار توسط يك روش دو مرحله‌اي گرمابي و احياي شيميايي جهت تصفيه فوتوكاتاليزوري پساب سنتزي تتراسايكلين تحت نور مرئي سنتز شده‌ است.مشخصه‌يابي و تعيين ويژگي‌هاي ساختاري و مورفولوژيكي نانوكامپوزيت‌هاي هيبريدي سنتز شده به كمك آناليزهاي مختلف مانند XRD، FESEM، TEM، EDX، DRS، VSM، PL، جذب فيزيكي نيتروژن و نقشه عنصري انجام شده است.بيشترين راندمان در تصفيه پساب (90/43درصد) در حضورmg 100 فوتوكاتاليزور هيبريدي Ag(0.2)/CoFe2O4/rGO(0.5) در mL100 محلول آبي تتراسايكلين به غلظت mg/L 30 تحت تابش‌دهي نور مرئي به مدت 180 دقيقه حاصل شد و آزمايش‌هاي اثر رباينده‌هاي مختلف، h+ و O2•ˉ را به عنوان گونه‌هاي فعال اصلي در فرآيند تخريب فوتوكاتاليزوري شناسايي كردند.از آنجايي كه انجام آزمايش‌هاي تجربي فرآيندي زمان‌بر و پرهزينه است، استفاده از مدل‌هاي محاسباتي براي پيش‌بيني درصد حذف آلاينده‌ها در شرايط عملياتي مختلف حائز اهميت مي‌باشد.به همين دليل جهت شبيه‌سازي فرآيند تصفيه پساب سنتزي از شبكه عصبي مصنوعي (ANN) استفاده شده است. در طراحي مدل ANN از تابع انتقال تانژانت سيگموئيد در لايه پنهان و يك تابع انتقال خطي در لايه خروجي استفاده شده است. پارامترهاي مقدار كاتاليزور، غلظت اوليه تتراسايكلين، زمان واكنش، توان لامپ، مقدار نيترات نقره و غلظت اكسيدكننده، ورودي‌هاي شبكه هستند و خروجي مدل، درصد تخريب تتراسايكلين است.

در اين اختراع با استفاده از نانوكامپوزيت هاي اكسيد گرافن مغناطيسي شده به تصفيه پساب سنتزي تتراسايكلين پرداخته شده است. گرافن فعاليت فوتوكاتاليستي خوبي در ناحيه مرئي دارد ولي براي تسهيل جداسازي از محلول هاي آبي، نانوذرات هماتيت (α-Fe2O3) جهت ايجاد خواص مغناطيسي به كار گرفته شده اند. به منظور جبران برخي از محدوديت هاي هماتيت نظير برد كوتاه نفوذ حفره ها و هدايت الكتريكي نسبتاً ضعيف، از تنوريت (CuO) به عنوان نيمه رساناي نوع p در سنتز نانوكامپوزيت استفاده شده است تا با تشكيل يك اتصال ناهمگن p-n با نانوذرات نوع n هماتيت، راندمان فعاليت فوتوكاتاليستي بهبود يابد. حضور هماتيت و تنوريت ضمن تسهيل انتقال و جداسازي الكترون، به محدود كردن تركيب مجدد الكترون-حفره ها كمك مي كنند. از طرف ديگر، نانوذرات نقره كه به دليل خاصيت رزونانس پلاسمون سطحي باعث جذب گسترده و قوي فوتوكاتاليست در ناحيه مرئي شده و خاصيت مغناطيسي نانوكامپوزيت را نيز به طور چشمگيري افزايش مي دهد، به عنوان تركيب ديگري در سنتز گرافن مغناطيسي شده به كار گرفته شده است. بنابراين براي اولين بار، نانوكامپوزيت هاي Ag/CuO/α-Fe2O3/rGO و CuO/α-Fe2O3/rGO با روش هاي گرمابي و پخش نوري جهت تصفيه فوتوكاتاليستي پساب سنتزي تتراسايكلين تحت نور مرئي سنتز شده اند. مشخصه يابي و تعيين ويژگي هاي ساختاري و مورفولوژيكي نمونه هاي سنتز شده به كمك آناليزهاي مختلف مانند XRD، FESEM، TEM، EDX، DRS، VSM، PL، جذب فيزيكي نيتروژن و نقشه عنصري انجام شده است. بهترين راندمان در تصفيه پساب (72.97 درصد) در حضور mg 100 فوتوكاتاليست Ag/CuO/α-Fe2O3/rGO (شامل mg 0.5 اكسيد گرافن و mg 2.4 نيترات نقره) در mL 100 محلول آبي تتراسايكلين به غلظت mg/L 30 تحت تابش دهي مرئي به مدت 360 دقيقه حاصل شد و آزمايش هاي تشخيص اثر رباينده هاي مختلف، +h و ¯•O2 را به عنوان گونه هاي فعال اصلي در اين فرآيند نتيجه داده اند. از آنجايي كه انجام آزمايش هاي تجربي براي به دست آوردن درصد تخريب آلاينده ها در شرايط عملياتي مختلف پرهزينه و زمان-بر است، استفاده از مدل هاي محاسباتي براي ارائه درصد تخريب در شرايط متفاوت ميتواند مفيد باشد. از اين رو، به كمك شبكه عصبي مصنوعي(ANN) شبيه سازي و پيش بيني فرآيند تصفيه پساب انجام شده و مشاركت نسبي پارامترهاي ورودي با روش گارسون مورد بررسي قرار گرفته است.