بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق با استفاده از روش سنتز سبز، نانوکامپوزیتهاي فریت نیکل- اکسید روي آلایش یافته با مقادیر متفاوت کبالت تهیه شدند. ویژگیهاي ساختاري، میکروساختاري، مغناطیسی و خاصیت فوتوکاتالیستی پودرهاي بهدست آمده توسط دستگاههاي پراش پرتو ایکس - XRD - میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی - SEM - ، مغناطومتر نمونه مرتعش - VSM - و جذب فرابنفش-مرئی - UV-Vis - مورد بررسی قرار گرفت. الگوي پراش پرتو X نمونهها نشان داد هیچ گونه فاز ناخالصی درترکیبها وجود ندارد. تصاویر میکروسکوپ الکترونی نشان داد که ذرات کروي شکل و داراي مرزهاي مشخصی میباشند. منحنی مغناطش نشان داد که نانوکامپوزیتها داراي ماهیت مغناطیسی نرم با وادارندگی کم میباشد.نتاًثیر نانو پودرهاي تهیه شده در از بین بردن آلایندهي رنگی کنگورد نشان داد که پس از 100 دقیقه تابش نور UV قله جذب در محلول کاهش یافته است.
-1 مقدمه
روشهاي متداول تهیه نانوذرات به دلیل استفاده از مواد شیمیایی خطرناك، تهدید بالقوهاي را براي محیط زیست ایجاد کرده-اند. در سالهاي اخیر محققان تلاشهاي زیادي به منظور کاهش تأثیرات این نوع از موادشیمیایی انجام دادهاند که منجر به ابداع روشهاي سبز براي تولید نانوذرات با استفاده از پلیمرهاي طبیعی شده است. براي اولین بار گاردا و همکارانش در سال 2002 از این روش براي تهیه نانوذرات استفاده کردند .[1] تهیه نانوذرات به روش سبز، روشی پاکیزه، غیرسمی و سازگار با محیط زیست استاخیرا،ً. کتیرا به عنوان عصاره گیاه گون مورد توجه قرار گرفته است. ویژگی هایی نظیر طبیعی و غیرسمی بودن، قدرت کاهندگی بالا، دسترسی آسان و همچنین قابلیت تثبیت و سازگاري با محیط زیست و اصول سنتز سبز سبب شده است تا از آن به عنوان یک پلیمر طبیعی و زیست تخریب پذیر در تهیه مواد نانوساختار استفاده شود .در بین نیمهرساناها، اکسیدروي به دلیل دارا بودن ویژگیهایی از قبیل ارزان و غیرسمی بودن، فراوانی در طبیعت، حساسیت به نور، پایداري بالا و ویژگی کاتالیزوري مناسب بیشتر از سایر نیمهرساناها مورد توجه قرار گرفتهاست. اکسید روي یک نیمه-رساناي نوع n با گاف انرژي در گسترهي 3/2-3/4 eV و انرژي پیوند 60 meV است که به عنوان یک ماده فوتوکاتالیستی مورد استفاده قرار گیرد4]و[3 .بازده فوتوکاتالیستی یک ماده به انتقال موثر و جداسازي حاملهاي بار - الکترونها و حفرهها - که به صورت نوري برانگیخته شدهاند، بستگی دارد.[5] آلایش نانوساختارهاي اکسیدروي با فلزات واسطه نظیر میتواند خواص اپتیکی و نانو ساختاري اکسیدروي را تحت تأثیر قرار دهد. در این پژوهش، خواص فوتوکاتالیستی اکسیدروي آلایش شده با کبالت تحت تابش نور UV مورد مطالعه قرار گرفته است.
-2مواد و روشها
ابتدا 0/8 گرم کتیرا و 0/1 گرم فریت نیکل تهیه شده به 150 میلیلیتر آب مقطر اضافه شد و محلول همزده شد تا مایعی ژلاتینی بدست آمد - ظرف . - A مقادیر استوکیومتري از نیتراتهاي روي و کبالت به 40 میلیلیتر آب مقطر افزوده شد - ظرف . - B محلول حاصل به صورت قطره قطره به ظرف A اضافه شد. ظرف حاوي ژل به مدت 16 دقیقه درون مایکروویو با توان 800 وات قرار داده شدتا کاملاً آب آن بخار شود. پودر بهدست آمده به مدت 2 ساعت درون کوره با دماي 400 درجه سانتیگراد قرار داده شد. براي بررسی ویژگی فوتوکاتالیستی نمونههاي تهیه شده محلول رنگی با غلظت 2 میلیگرم در 100 میلیلیتر از رنگ کنگورد تهیه شده و سپس 0/0125 گرم از نانوکامپوزیت تهیه شده به آن اضافه شد و پس از طی کردن مرحلهي تاریکی، به مدت 100 دقیقه تحت تابش - 30W - UV قرار داده شد.
-3 نتایج و بحث
الگوي پراش پرتو x نمونههاي خالص و آلاییده شده با کبالت در شکل 1 نشان داده شده است. الگوهاي بدست آمده با الگوي استاندارد پراش پرتو X ساختار بلوري ورتسایت اکسیدروي با شماره JCPDS#36-1451 مطابقت دارند و هیچ گونه قلهي اضافی در الگوهاي پراش پرتو X نمونههاي تهیه شده وجود ندارد.
شکل :1 الگوي پراش پرتو x نمونههاي الف - بدون آلایش ب - آلایش یافته
شکل 2 مورفولوژي و ویژگیهاي میکروساختاري نانو ذرات تهیه شده توسط دستگاه SEM را نشان میدهد. این تصاویر نشان میدهند که ذرات نانوساختارهاي تهیه شده کروي شکل هستند و داراي توزیع یکنواخت هستند که توسط مرزدانههاي مشخصی از هم جدا شدهاند.
شکل :2 تصاویر FE-SEM الف - نمونه بدون آلایش ب - نمونه آلایش یافته
منحنی پسماند مغناطیسی نمونهي آلایش یافته در شکل 3 نشان داده شدهاست. در این شکل مشاهده میشود که این نمونه داراي ماهیت مغناطیسی نرم با وادارندگی کم میباشد. ویژگی مغناطیسی نمونهها ناشی از حضور فریت نیکل میباشد. این ویژگی سبب میشود که بتوان نمونهها را پس از پایان فرایند فوتوکاتالیستی توسط یک میدان مغناطیسی بازیافت نمود. در این صورت هم از ایجاد آلودگی ثانویه جلوگیري میشود و هم مواد فوتوکاتالیستی جهت استفاده مجدد مورد استفاده قرار خواهند گرفت. مقادیر بدست آمده از این منحنی شامل مغناطش اشباع - Ms - ، مغناطش پسماند - Mr - و وادارندگی براي این نمونه به ترتیب برابر 2/6 emu/g، 0/82 emu/g و 0/23 kOe میباشد.
شکل :3 منحنی مغناطش نمونهي آلایش یافته
شکل 4 طیف جذبی رنگ قرمز کنگو در حضور نمونههاي تهیه شده تحت تابش نور UV به مدت 100 دقیقه را نشان میدهد. تصاویر نشان میدهند که بیشینهي قلهي جذب براي تمامی نمونهها 497 نانومتر است. همچنین، ارتفاع قلهها با افزایش زمان تابش نور UV به تدریج کاهش مییابند. از آنجا که ارتفاع قلهها بیانگر غلظت رنگ میباشد میتوان نتیجه گرفت که با افزایش زمان تابش غلظت رنگ قرمز کنگو ناشی از خاصیت فوتوکاتالیستی هر دو نمونه کاهش یافته است. درصد تخریب رنگ از رابطهي - C0-C/C0 - × 100 محاسبه شد که در آن C0 ضریب جذب متناظر با غلظت اولیهي رنگ و C ضریب جذب متناظر با غلظت رنگ بعد از تابش پرتو فرابنفش در یک زمان مشخص میباشد. با توجه طیفهاي جذبی مشاهده میشود که بعد از گذشت زمان 100 دقیقه درصد تخریب براي نمونههاي بدون آلایش و با آلایش کبالت بترتیب برابر 29/48 و 36/59 میباشد.
شکل 4 طیف جذبی نمونههاي الف - بدون آلایش ب - آلایش یافته
نتیجه گیري
در این تحقیق نانوکامپوزیتهاي مورد نظر به روش سنتز سبز تهیه شدند و خاصیت فوتوکاتالیستی آنها مورد بررسی قرار گرفت و نتیجه شد که با آلایش کبالت به نمونهي خالص خاصیت فوتوکاتالیستی بهبود یافت.
