بخشی از مقاله
چکیده: نانوذرات CdSe و CdSe دوپه شده با دیسپرسیوم - Dy - با استفاده از روش هیدروترمال سنتز شدند. برای تعیین مشخصات نانو مواد تهیه شده از آنالیزهای میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - و پراش اشعه ایکس - XRD - بهره گرفته شد. نتایج آنالیزهای SEM وXRD سنتز موفق نانوذرات خالص و دوپه شده را تایید کرد. با توجه به تصاویر SEM مشخص گردید که دوپه کردن با Dy باعث کاهش تجمع ذرات و همچنین باعث کاهش اندازه ذرات میشود. نانوذرات CdSe دوپه شده با Dy دارای پراکندگی اندازه -30 20 نانومتر بودند.
در ادامه کار نانو ذرات تهیه شده به عنوان کاتالیست در فرآیند سونوکاتالیستی هتروژن جهت حذف ماده آلاینده رنگزای آبی اسیدی 92 مورد استفاده قرار گرفت. نانوذرات دوپه شده با 2 درصد مولی Dy بالاترین کارایی را در فرایند سونوکاتالیزوری هتروژن برای رنگزدایی ماده رنگزای آبی اسیدی 92 نشان دادند. تاثیر پارامترهای عملیاتی بر روی راندمان رنگزدایی آبی اسیدی 92 مانند درصد دوپانت، غلظت کاتالیست وغلظت اولیه ماده رنگزا مورد بررسی قرار گرفتند.
مقدمه
طیف گستردهای از مواد سمی و خطرناک به طور مستمر باعث آلودگی آبهای طبیعی میگردند. در این میان مواد رنگزای سنتزی به علت استفاده روزافزون در صنایع نساجی، بخش بزرگی از ترکیبات آلی آلودهکننده آبها و پسابها را شامل میشوند. از این رو تصفیه پساب مواد رنگزا قبل از ورود به محیط ضروری میباشد. در سالهای اخیر محققین، فعالیتهای خود را بر روی استفاده از فرآیندهای اکسایش پیشرفته - AOPs - که شامل تولید رادیکال های هیدروکسیل با قابلیت حذف کامل ترکیبات آلی هستند؛ متمرکز نمودهاند.
از بین فرآیندهای اکسایش پیشرفته فرآیند اولتراسونیک به عنوان فرآیند سازگار با محیط زیست اخیرا توجه زیادی را به خود جلب کردهاست . با این حال به علت بازده پایین انرژی و عدم معدنیسازی کامل ترکیبات آلی پایدار، به تنهایی برای تصفیه پسابهای صنعتی به کار نمیرود. برای بهبود کارایی این روش، از تابش اولتراسونیک در حضور کاتالیستهای نیمههادی استفاده میکنند که آن را سونوکاتالیست مینامند.
با اضافه شدن کاتالیست در این فرآیند حفرهزایی و در نتیجه تولید رادیکالهای هیدروکسیل افزایش مییابد که منجر به افزایش تخریب آلایندههای آلی میشود. CdSe نمونهای از کاتالیستهای نیمه هادی گروه II-VI میباشد که به دلیل پهنای شکاف باند کم و تولید سریع جفت الکترون-حفره یک کاتالیست مناسب میباشد. نانوساختارهای CdSe کاربردهای وسیعی را در دستگاههای الکترونیک نوری، دیودهای لیزری، نانوسنسورها و سلولهای خورشیدی دارا میباشند. از معایب CdSe خالص ظرفیت جذب کم و بازترکیبی سریع جفت الکترون-حفره میباشد. به طور کلی، ظرفیت جذب ذرات CdSe میتواند با تولید نانومواد CdSe که سطح ویژه بالایی دارند بهبود یابد. با تهیه مواد نیمه هادی کامپوزیتی حاوی CdSe و یا با دوپه کردن عناصر فلزی مانند لانتانیدها، بازترکیبی سریع الکترون-حفره میتواند کاهش یابد.
بخش تجربی
نانوذرات CdSe و CdSe دوپه شده با Dy درصدهای مولی متفاوت با استفاده از مواد اولیه Cd - CH3COO - 2 و Na2SeO3 و هیدرازین هیدرات به عنوان عامل کاهنده و Dy2O3 به عنوان منبع دوپانت بروش هیدروترمال سنتز شدند. نانوذرات سنتز شده سپس در فرایند سونوکاتالیزوری هتروژن برای حذف ماده رنگزای آبی اسیدی 92 مورد استفاده قرار گرفتند. تاثیر پارامترهای عملیاتی مانند درصد دوپانت ، غلظت اولیه کاتالیست و غلظت اولیه ماده رنگزا بر روی راندمان رنگزدایی مورد بررسی قرار گرفتند.
نتایج و بحث
شناسایی نانوذرات سنتز شده
شکل - 1 الف و ب - تصاویر SEM نانوذرات سنتز شده را نشان میدهد. با توجه به شکل -1 الف نانوذرات CdSe دارای شکل کروی و یکنواخت با اندازه کریستالهای تقریبا 100-50 نانومتر و با تجمع کم دیده میشود. با توجه به شکل -1 ب مشخص میشود که دوپه کردن با Dy باعث کاهش تجمع ذرات و همچنین باعث کاهش اندازه ذرات میشود. با توجه به شکل 2 بر اساس تصاویر SEM و با استفاده از نرم افزار نهامین میانگین اندازه نانوذرات 20-30 نانومتر به دست آمد.
طیف XRD نانوذرات CdSe خالص و CdSe دوپه شده با Dy در شکل 3 نشان داده شده است. پیک های پراش در 2Ө های 24/32، 25/4، 30، 42/28، 49/6 و 67/64 را میتوان در سطوح بازتابی - 100 - ، - 002 - ، - 101 - ، - 110 - و - 112 - طبقه بندی کرد که با ساختار مکعبی CdSe بر اساس داده های پراش پودر استاندارد مطابقت میکند. مقایسه فرایندهای مختلف برای تخریب ماده رنگزای آبی اسیدی 92 تخریب ماده رنگزای آبی اسیدی 92 با استفاده از امواج ماوراء صوت به تنهایی و در حضور نانوذرات CdSe به عنوان کاتالیزور انجام گرفت و نتایج در شکل - 4 - ارائه شده است.
حفره های تولید شده در سطح کاتالیست کوتاه میباشد. یونهای لانتانید میتوانند به عنوان گیرندههای الکترون بازترکیبی الکترون و حفره را کاهش دهند تاثیر مقدار دوپانت Dy در فعالیت سونوکاتالیزوری نانوذرات سنتز شده شکل 5 فعالیت سونوکاتالیستی نانوذرات سنتز شده با درصدهای مختلف دوپانت Dy را نشان میدهد. مقدار بهینه به دست آمده برای درصد دوپانت با توجه به شکل 2 درصد مولی میباشد. بالاتر از غلظت بهینهای دوپانت وجود دارد که بالاتر از آن فعالیت کاتالیستی به دلیل افزایش باز ترکیبی الکترون حفره کاهش می یابد.
حمام اولترراسونیک به ترتیب 10 mg/L و 1 g/L و .150 W/L
در عدم حضور کاتالیزور - سونولیز - راندمان رنگزدایی 40 درصد و در حضور نانوذرات CdSe خالص و Dy-CdSe به ترتیب 50 و 90 درصد بعد از 90 دقیقه تابش امواج ماوراء صوت میباشد. در مورد نانوذرات CdSe خالص، زمانی که انرژی شکاف باند یک نیم رسانا کوچک میباشد طول عمر الکترون از درصدهای مختلف دوپانت در فرآیند سونوکاتالیز؛ غلظتهای ماده رنگزا و کاتالیزور و توان حمام اولتراسونیک به ترتیب 10 mg/L و 1 g/L و .150 W/L
تاثیر غلظت کاتالیست بر راندمان رنگزدایی آبی اسیدی 92
به منظور بررسی تاثیر غلظت کاتالیست Dy-CdSe بر راندمان رنگزدایی ماده آبی اسیدی 92 یک سری از آزمایشهای رنگزدایی در غلظت های مختلف کاتالیست انجام گرفت و نتایج در شکل 5 ارائه شده است. با توجه به شکل با افزایش غلظت کاتالیست از 0/5 گرم بر لیتر به 2 گرم بر لیتر راندمان رنگزدایی از 82 به 100 درصد افزایش میابد. افزایش راندمان رنگزدایی با افزایش غلظت کاتالیست مربوط به افزایش تعداد سایتهای فعال کاتالیست می-باشد ولی از طرف دیگر با افزایش بیشتر مقدار کاتالیست محلول،
