بخشی از مقاله
چکیده: : تخریب فوتوکاتالیستی آلاینده های آلی توسط فوتوکاتالیست های نیمه هادی در حوزه تصفیه آب رشد چشمگیری داشته است. فلزات نجیب مثل طلا ونقره با اثر رزونانس پلاسمون خود نقش مهمی در این زمینه دارند. نیمه هادی نقره برمید با گپ انرژی 2,5 الکترون ولت کاربردهای زیادی در فرایندهای فوتوکاتالیستی دارد. آلودگی آب ها از جمله بحران های اساسی پیش روی بشر می باشند و رنگدانه هااز منابع مهم آلوده کننده به شمار می روند. پوسته برنج درسنتز مواد حفره دارمانند MCM-41 دارای کاربرد است.
درواقع پوسته برنج نه تنها منبع سیلیس بلکه به عنوان یک سوبسترا برای سنتزاین ماده مزوپوری به کار می رود. در این کار پژوهشی نانو ذرات نقره برمید بر بستر حفره دارRice husk /MCM-41 نشانده شد و نانو کامپوزیت سنتز شده توسط آنالیزهای متعددی شامل میکروسکوپ الکترونی عبوری - - TEM میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - پراش اشعه ایکس - XRD - و طیف سنجی بازتابشی انتشاری - - DRS مورد بررسی وشناسایی قرار گرفت. نتایج XRD از نمونه های بدست آمده تشکیل ماده مزوپوری MCM-41 از پوسته برنج و تشکیل نانو ذرات نقره برمید را نشان داد. تصاویر TEM بیانگر تشکیل ذراتی نانو متری و کروی است. تصاویر SEM مورفولوژی سطح را نشان دادو مطالعات حاصل از طیف سنجی انتشاری نانوذرات وجود یک لبه جذب در حدود496 نانومتر می باشد.
مقدمه
تصفیه آب های آلوده نیاز به تکنولوژی های متعددی دارد. رنگ ها یک دسته بزرگ از ترکیبات آلی آلوده کننده آب ها به شمار می روند. رنگ های نساجی دارای پایداری فوتوکاتالیتیکی ومقاوم در برابر اکسایش شیمیایی هستند .[1] تاکنون روش های زیادی برای حذف ترکیبات آلاینده از آب ها پیشنهاد شده و تحقیق در این رابطه همچنان ادامه دارد. در بین روش های مذکور، تکنولوژی جذب، توسعه و کاربرد بیشتری یافته است. جاذب های بسیار زیادی نیز برای حذف این نقره برمید
ترکیبات به کار رفته است. از جمله این جاذب ها می توان به زئولیت، کربن های فعال، خاک رس، رزین های تعویض یون، جاذب های پلیمری و جاذب های زیستی اشاره نمود .[2] در بین جاذب های ذکر شده ابتدا کربن فعال وزئولیت به علت ظرفیت های بالای جذب و در دسترس بودن مورد توجه قرار گرفتند، اما معایب این جاذب ها سبب شده که مطالعات روی خانواده دیگری از جاذب ها متمرکز شود. در سال های اخیر نسل جدیدی از جاذب های متخلخل به بازار عرصه شدند که کارایی آنها در زمینه جذب موثر و در برخی موارد منحصر به فرد برای گونه های مختلف به اثبات رسیده است. این جاذب ها که از خانواده جاذب های نانو متخلخل هستند، دارای حفراتی در اندازه 50-2 نانومتر بوده و با نام کلی ترکیبات مزوپروس شناخته شده اند .
[3] اریوکروم بلک تی یکی از مهمترین رنگدانه های آزو می باشد که در رنگرزی ابریشم، پشم، نایلون، در صنعت چاپ ودر آزمایشگاها بعنوان تیترانت در تخمین یون های کلسیم و منیزیم آب کاربرد دارد. این رنگ به دلیل تولید نفتاکینون به شدت سرطان زا می باشد و نگرانی های زیادی در پی داشته است5]،.[4 نقره نوعی فلز با اثر پلاسمون سطحی می باشد یعنی جذب فوتون در اثر تابش نور سبب جذب قوی در ناحیه مرئی می گردد 7]،.[6 هالید های نقره بعنوان مواد حساس به نور مرئی شناخته شده اند و بطور گسترده در فیلم فوتوگرافیکی کاربرد دارند. جذب فوتون توسط هالیدهای نقره الکترون ها و حفره های مثبت را می سازند که این الکترون ها با یون های نقره ترکیب شده و اتم های نقره را می سازند .[8]
پوسته برنج - RH - یک ماده زائد در حوزه کشاورزی می باشد که به مقدار زیاد تولید می شود. وشامل %50 سلولز، -25 %30 لیگنین و % 20-15 سیلیکا می باشد .[9] پوسته برنج به دلیل پایداری بالا، انحلال ناپذیری، هزینه کم ودردسترس بودن کاربرد گسترده ای در صنعت دارد. این ماده در سنتز ترکیبات متخلخل جدیدی مثل کربن های مزوپور[10] ، زئولیت ZSM->11@ 5 وزئولیت >12@ MCM-22 به کار رفته است.کامپوزیت پوسته برنج با MCM-41 و MCM-48 در شرایط هیدروترمال قابل سنتز بوده که بعنوان جاذب بسیار حائز اهمیت می باشد
13]،MCM-41 .[14 یک نوع الک کننده مولکولی سیلیکاتی با آرایش هگزاگونالی یا لانه زنبوری بوده که حفره های یکسانی به اندازه 10-2 نانومتر دارد این حفره ها سبب می شوند که این ماده بتواند مولکول های بزرگ را در خود جای دهد. این ماده مزوپور دارای مساحت سطح بالا حدود -900 m2/g 1000 بوده که یک مشخصه مهم در واکنش های فوتوکاتالیستی به شمار می رود .[15] بنابراین فعالیت فوتوکاتالیستی این ماده حفره دار به دلیل پراکندگی و جایگیری بالای عناصر فلزی به داخل چهارچوب آن و قابلیت جدایی بار و تولید الکترون و حفره بسیار حائز اهمیت است .[16] در این مطالعه کامپوزیت پوسته برنج با ماده مزوپوری MCM-41 بعنوان ساپورت برای نانوذرات Ag/AgBr در نظر گرفته شد و خواص فوتوکاتالیستی این نانو کامپوزیت برای رنگدانه اریوکروم بلک تی بررسی شد.
بخش تجربی
ابتدا کامپوزیت RH/MCM-41 تحت شرایط هیدروترمال با استفاده از سیلیس طبیعی حاصل از پوسته برنج و سورفاکتانت ستیل تری متیل آمونیوم برمید - CTAB - سنتز گردید که سورفاکتانت CTAB به عنوان قالب برای جهت دهی سیلیس طبیعی به کار برده شد. سپس این کامپوزیت سنتز شده بعنوان بستر برای سنتز نانوذرات نقره برمید بکاررفت. به این ترتیب که با وارد کردن مقدار مشخصی از یک ترکیب نقره دار نانوکامپپوزیت Ag/AgBr-RH/MCM-41 تحت دمای محیط و طی 12 ساعت استیرر شدن بدست آمد. سرانجام از این نانو کامپوزیت برای تخریب فوتوکاتالیستی رنگدانه آنیونی اریو کروم بلک تی استفاده شد.
تست فوتوکاتالیست
تخریب فوتوکاتالیستی رنگدانه در رآکتور مخصوص ودر حضور نور مرئی انجام گردید. به منظور رسیدن تعادلات جذب و واجذب بین فوتوکاتالیست و واکنشگر، محلول فوتوکاتالیست و رنگدانه به مدت 30 دقیقه در تاریکی استیرر شدند. به منظور انجام تست های فوتوکاتالیستی ابتدا مقدار کاتالیست را 0,06 0,04 0,02 گرم سپس غلظت رنگدانه ppm 27 25 23 و مقادیر pH اسیدی بازی و خنثی را مورد بررسی قرار داده شد.
نتایج و بحث
آنالیز طیف سنجی بازتابشی انتشاری - DRS - به منظور بررسی ساختار ترکیبات سنتز شده آنالیز XRD برای نمونه های پوسته برنج، MCM-41 حاصل از پوسته برنج و مطابق شکل 3، طیف بازتابشی انتشاریکامپوزیت نانوکامپوزیت Ag/AgBr-RH/MCM-41 انجام گردید. مطابق RH/MCM-41 عدم جذب در ناحیه UV وبرای نانوکامپوزیت شکل 1، طیف XRD کامپوزیت RH/MCM-41 یک پیک در Ag/AgBr-RH/MCM-41 لبه ی جذب 496 نانومتر دیده شده
2 22,5 درجه که نمایانگر سیلیکای موجود در پوسته برنج و که مربوط به نانو ذرات نقره برمید می باشد. حضور نقره به دلیل پیک دیگری در محدوده 2 تا 3 درجه دارد که دلالت بر سنتز اثر رزونانس پلاسمون جذب قوی در ناحیه مرئی نشان داده ماده مزوپوری MCM-41 می باشد. مطابق شکل 2 طیف است.
XRD نانو کامپوزیت سنتز شده نشان دهنده حضور چهار پیک در 31,15 2 ، 44,55، 55,25 ، 64,65 درجه که دلالت بر سنتز نانوذرات نقره برمید و پیک هایی در 37,15 2 ، 44,05، 62,85 درجه دلیل بر وجود ذرات نقره می باشد.
