การพัฒนาเซลล์ต้นแบบโฟโตอิเล็กโตรคะตะไลติกร่วมกับเซลล์สุริยะสำหรับกำจัดสารอินทรีย์สีย้อมจากระบบอุตสาหกรรม

Abstract

ได้พัฒนาเซลล์ต้นแบบโฟโตอิเล็กโตรคะตะไลติกร่วมกับเซลล์สุริยะสำหรับกำจัดสารอินทรีย์สีย้อมจากระบบบำบัดน้ำเสีย ได้ศึกษาการทำขั้วไฟฟ้า FTO/WO3/BiVO4 ด้วยวิธีการจุ่มเคลือบ ศึกษาโครงสร้างผลึก สัณฐานวิทยา องค์ประกอบทางเคมี สมบัติทางแสง ด้วยเทคนิคการเลี้ยวเบนของรังสีเอ็กซ์ (X-ray diffractometry ; XRD) กล้องจุลทรรศน์แบบแรงอะตอม (Atomic Force Microscope ; AFM) เทคนิคสเปกโทรสโกปีของอนุภาคอิเล็กตรอนที่ถูกปลดปล่อยด้วยรังสีเอ็กซ์ (X-ray photoelectron spectroscopy ; XPS) และเทคนิคยูวีวิสิเบิลสเปกโทรสโกปี (UV-vis spectroscopy) ตามลำดับ

ได้ออกแบบเซลล์โฟโตอิเล็กโตคะตะไลติกโดยการใช้ขั้วไฟฟ้า FTO/WO3/BiVO4 เป็นขั้วไฟฟ้าแอโนด ทำงานร่วมกับเซลล์สุริยะ โดยเซลล์สุริยะทำหน้าที่ให้ศักย์ไฟฟ้าแก่ตัวช่วยชาร์ต แบตเตอรี่ตามระบบวงจรไฟฟ้าที่ได้ออกแบบ ติดตามประสิทธิภาพการกำจัดสีย้อมด้วยวิธียูวีวิสิเบิลสเปกโทรสโกปี และการตรวจวัดค่าซีโอดี

ได้ศึกษาผลของจำนวนขั้วไฟฟ้า การให้ศักย์ไฟฟ้า ค่าพีเอช ชนิดของขั้วไฟฟ้าแคโทด และกลไกการเร่งการกำจัดสีย้อม พบว่าที่สภาวะที่ดีที่สุดใช้ขั้วไฟฟ้าแอโนด 4 ขั้ว ให้ศักย์ไฟฟ้า 2.0 โวลต์ พีเอชเท่ากับ 3 และใช้ขั้วไฟฟ้า สแตนเลสสตีลเป็นขั้วไฟฟ้าแคโทด ภายใต้สภาวะเร่งด้วยแสงช่วงตามองเห็นพบว่าสามารถกำจัดสีย้อมเมทิลีนบลูและโรดามีนบี ได้ถึง 94 และ93 เปอร์เซ็นต์ตามลำดับในเวลา 3 ชั่วโมง นอกจากนี้เซลล์โฟโตอิเล็กโทรคะตะไลติกที่ได้พัฒนาขึ้นยังสามารถประยุกต์ใช้กับการกำจัดน้ำเสียสีย้อมจริงจากโรงงานอุตสาหกรรมได้ถึง 90 เปอร์เซ็นต์ในเวลา 7 ชั่วโมง โดยเฉพาะอย่างยิ่งระบบดังกล่าวยังสามารถลดค่า ซีโอดี ได้ถึง 80 เปอร์เซ็นต์ซึ่งสามารถยืนยันการกำจัดสารอินทรีย์ให้กลายเป็นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำได้เป็นอย่างดี ดังนั้นระบบที่ได้พัฒนาขึ้นนี้เหมาะที่จะพัฒนาให้มีขนาดสเกลที่ใหญ่ขึ้นเพื่อประยุกต์ใช้กับการบำบัดน้ำเสียสีย้อมในระบบอุตสาหกรรมต่อไป

The photoelectrocatalytic cell (PEC) prototype combined with a solar cell was developed for the organic dye wastewater treatment. FTO/WO[Subscript3]/BiVO[Subscript4] electrode fabrication was studied by the dip coating method. The crystalline structure, morphology, chemical composition, and light absorption were characterized by X-ray diffractometer (XRD), Atomic Force Microscope (AFM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and UV-vis spectroscopy technique, respectively.

The photoelectrocatalytic cell was designed by using the fabricated FTO/WO3/BiVO4 electrode as a photoanode electrode in combination with a solar cell system. The solar cell system can assist by applying potential for a battery charger with the circuit designed. The efficiency of dye degradation was monitored by UV/Vis spectrophotometry and COD measurement.

The effects of the electrode amount, an applied potential, pH value, a type of cathode electrode, and catalytic dye mechanism of degradation were studied. The optimum condition for using 4 anode electrodes contains an applied potential = 2.0V, pH = 3 and stainless steel as cathode electrode under visible irradiation which can degrade methylene blue, and rhodamine B dyes up to 94 Percent and 93 Percent in 3 hours, respectively. Moreover, the developed PEC cell can also be applied to degrade real dye wastewater from the industrial factories and can degrade up to 90 Percent in 7 hours. Furthermore, it can reduce COD over 80 Percent and is able to confirm high efficiency of PEC cell for organic dye decomposing to CO[Subscript2] and H[Subscript2] O. Therefore, it is appropriate to further develop a large system for dye wastewater treatment in the industrial system.