بخشی از مقاله
خلاصه
اکسید روی دارای کاربردهای بالقوه ای در بسیاری از حوزه ها است. در این تحقیق ساخت نانو فوتوکاتالیست اکسید روی تثبیت شده بر روی آلومینیوم فسفات مورد بررسی قرار گرفته است. برای شناسایی کاتالیستهای تهیه شده از تصاویر SEM و هم چنین الگوی پراش اشعه ایکس استفاده گردید. در این تحقیق واکنش تجزیه فوتوکاتالیستی اسید رد 52 در آب با استفاده از نانوفتوکاتالیست بر پایه آلومینیوم فسفات به حالت سوسپانسیون و تابش نورUV در فوتوراکتور ناپیوسته انجام گرفت. آزمایش های انجام گرفته حداکثر فعالیت فوتوکاتالیستی را نشان داد.
.1 مقدمه
اکسیدهای فلزی به طور گسترده ای در طبیعت وجود دارند و برخی از آنها به طور گسترده استفاده می شوند .[1] اکسید روی - ZnO - یک اکسید فلزی ضد باکتری زیست سازگار است که پایداری مکانیکی، حرارتی و شیمیایی بالایی نشان می دهد. این ماده دارای کاربردهای بالقوه ای در بسیاری از حوزه ها مانند کنترل آلودگی زیست محیطی، نمایش نشر میدانی، فتوکاتالیست، پنجره سلول های خورشیدی، حسگرهای گاز و در داروسازی است
پایداری بالا، ارزان و غیر سمی بودن به عنوان دلایل اصلی است که سبب پذیرش طیف گسترده ای از مواد اکسید روی در مقایسه با دیگر فوتوکاتالیست های شناسایی شده، شده است 4]و .[5 در این تحقیق ساخت نانو فوتو کاتالیست ZnO تثبیت شده بر روی آلومینیوم فسفات مورد بررسی قرار گرفته است.
اسید رد - C27H29N2NaO7S2 - 52 یک رنگ نساجی با مصرف بالای جهانی می باشد که در پساب صنایع نساجی به مقدار زیاد یافت می شود
از بین همه انواع مواد رنگی، رنگ های آزو وسیع ترین کاربرد را به دلیل تنوع در ساختمان شیمیایی و تولید آسان دارا می باشند
به دلیل تنوع کاربرد این رنگ ها، وجود این ترکیب ها در آلودگی پساب صنایع و محیط قابل انتظار است .
فرایند تجزیه فوتوکاتالیستی از جمله فرایند هایی است که برای تجزیه آلاینده ها به کار می رود و تاثیر پرتو نور بر روی تجزیه آلاینده های آب و هوا مهم ترین کاربرد این فرایند است و فوتوکاتالیست ها از جمله ترکیبات نیمه هادی و مؤثر ترین عامل در انجام تجزیه فوتوکاتالیستی می باشند
هم چنین در این تحقیق واکنش تجزیه فوتوکاتالیستی اسید رد - AR52 - 52 در آب با استفاده از کاتالیست اکسید روی - ZnO - بر پایه آلومینیوم فسفات به حالت سوسپانسیون و تابش نورUV در فوتوراکتور ناپیوسته انجام گرفت.
.2 روش و مراحل تحقیق
.1,2 روش تهیه نانو فوتوکاتالیست ZnO تثبیت شده بر روی آلومینیوم فسفات
برای ساختن نانوذرات اکسید روی که بر روی آلومینیوم فسفات تثبیت شده باشد، محلول نیترات روی در مخلوطی از نیترات آلومینیوم و محلول اسید فسفریک با نسبت مولی مناسب اضافه شد. سپس محلول آمونیاک رقیق به صورت قطره قطره به این محلول اضافه شد تا رسوب تشکیل شود. رسوب فیلتر شد و با آب مقطر شستشوداده شد. پس از خشک کردن در 110 درجه سانتی گراد، رسوب خشک در کوره - 650 درجه سانتی گراد - به مدت 5 ساعت قرار داده شد. سپس رسوب خرد و غربالگری شد.
.2,2 شناسایی کاتالیست
برای شناسایی کاتالیستهای تهیه شده از تصاویرSEM و هم چنین الگوی پراش XRD استفاده گردید. در شکل 1 الگوهای XRD و در شکل 2 تصویر SEM که از نانوفوتوکاتالیست تهیه شده بدست آمده، نشان داده شده است.
شکل.1 الگوی XRD فوتوکاتالیست ZnO تثبیت شده روی آلومینیوم فسفات که در دمای450 درجه سانتیگراد کلسینه شده است.
شکل.2 تصاویر SEM مربوط به فوتوکاتالیست ZnO تثبیت شده روی آلومینیوم فسفات
.1,3 روش انجام فرایند تجزیه فوتو کاتالیزوری رنگ AR52 و بررسی عوامل موثر بر آن
جهت انجام فرایند فوتوکالیزوری ابتدا برای هر آزمایش مقادیر کاتالیست، رنگ، و pH تعیین گردید. برای تنظیم pH از محلول H2SO4 و NaOH و از الکترود مدل PY-P12 و دستگاه pH متر PT-10P Sartorius استفاده شد، پمپ هوادهی روشن و پمپ جریان برگشتی به کار انداخته شد، شیر جریان خروجی از پمپ به طوری تنظیم شد که از اغتشاش زیاد در اثر ورود حباب های هوابه جریان برگشتی جلوگیری شود، زیرادر صورت وقوع چنین حالتی عملکرد عادی پمپ مختل می شد.
جریان چرخشی محلول حاصل به مدت 30 دقیقه در حالی که لامپ هایUV خاموش هستند برقرار گردید، سپس به مدت 150 دقیقه در معرض تابش UV-C قرار گرفت و هر 30 دقیقه نمونه گیری انجام گردید و بعد ازسانتریفیوژ کردن نمونه ها جهت جداسازی ذرات کاتالیست از محلول، با استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتر اندازه گیری جذب در max برابر با 562 نانومتر صورت گرفت و عوامل مؤثر در تجزیه فوتو کاتالیزوری مورد بررسی قرار گرفتند.
.2,3 بررسی عوامل مؤثر در تجزیه فوتو کاتالیزوری
برای بررسی اثر pH در تجزیه رنگ به وسیله فرایند فوتوکاتالیستی، محلولی به غلظت ppm 10 از رنگ در حضور غلظت مناسب - ppm 30 - از کاتالیست تهیه شد. سپس pH هر نمونه تنظیم گردید. محلول ها بمدت 150 دقیقه تحت تابش پرتو فرا بنفش قرار گرفتند. در طی این مدت در فاصله های زمانی 30 دقیقه ای از محلول ها نمونه برداری شد و جذب آنها بوسیله دستگاه اسپکترو فوتومتر اندازه گیری شد و به وسیله معادله کالیبراسیون غلظت رنگ وسپس درصد تبدیل تعیین گردید. نتایج این آزمایش در شکل 3 نشان داده شده است.
غلظت کاتالیزور در تجزیه رنگ مورد بررسی قرار گرفت. به محلول رنگ با غلظت¬های مشخص، مقادیرمختلف کاتالیست اضافه گردید به طوری که غلظت کاتالیست بین 10 تا ppm 40 متغیر بود سپس محلول های به دست آمده تحت تاثیر فرایند تابش پرتو فرا بنفش قرار گرفتند و بعد از شروع واکنش در فواصل زمانی30دقیقه ای از تمام محلول ها نمونه برداری شد و جذب آن ها بوسیله دستگاه اسپکتروفوتومتردر طول موج ماکزیمم جذب، اندازه گیری شد. نتایج این آزمایش در شکل 4 نشان داده شده است.
غلظت اولیه رنگ نیز به نوان پارامتر بسیار مهم دیگر مورد بررسی قرار گرفت. غلظت های اولیه به صورت متغیر از 5 تا 50 ppm درشرایط بهینه آزمایش تحت فرآیند تابش پرتو فرا بنفش قرار گرفت و در فواصل 30 دقیقه ای از محلول رنگ نمونه برداری شد. بعد از سانتریفیوژ کردن جهت جداسازی ذرات کاتالیست، جذب نمونه ها توسط دستگاه اسپکتروفوتو متر در طول موج ماکزیمم جذب، اندازه گیری شد. نتایج این آزمایش در شکل 53 نشان داده شده است.
