بخشی از مقاله
چکیده:
بهبود خواص فوتوکاتالیزوری نانوساختارهای آلی-معدنی با استفاده از روشهای مختلف سنتز و مواد اولیه مناسب شکل دهنده فازهای فعال کاتالیزوری در سالهای اخیر باعث گسترش روزافزون کاربردهای عملی این ترکیبات در جوامع دانشگاهی و صنایع گردیده است. در این میان، اهمیت بکارگیری داربستهای متخلخلی که بهبود ظرفیت جذب سوبسترا توسط فوتوکاتالیزور در محیط را افزایش می دهد بر هیچ کس پوشیده نیست. با هدف صرفه جویی در مصرف انرژی و حذف منابع تابشی مصنوعی در فرایندهای فوتوکاتالیزوری حذف آلاینده ها، تلاش های گسترده ای جهت جابجایی گپ انرژی نیمه رساناهای فعال در ناحیه فرابنفش به سمت ناحیه مرئی و همچنین سنتز نیمه رساناهای فعال در این ناحیه مورد توجه قرار گرفته است. در این پروژه فعالیت کاتالیزورهای نوری کامپوزیت Ag-Br-Cl-TiO2 بر پایه موردنیت فعال در محیط مرئی جهت تخریب نمونه پساب کارخانجات نساجی مورد برسی قرار گرفت.
مقدمه
از میان ترکیباتی که به عنوان کاتالیزور نوری عمل می کنند، تیتانیوم دی اکسید تنها ماده ی صنعتی حال حاضر است؛ اما این ماده در محدوده ی نور فرابنفش فعال است و این بخش از نور تنها %4 از نور خورشیدی را که به زمین میرسد تشکیل میدهد؛ بنابراین لازم است این کاتالیزور نوری به نحوی اصلاح شود تا در محدودهی نور مرئی نیز فعال باشد و یا از کاتالیزور نوری کارآمدتری استفاده شود.[3-1] علاوه بر تیتانیوم دی اکسید، سایر اکسیدهای فلزی از قبیل روی اکسید - ZnO - ، زیرکونیوم دی اکسید - ZrO2 - ، تنگستن تریاکسید - WO3 - ، کادمیوم سولفید - CdS - ، روی سولفید - ZnS - ، کربن نیترید - C3N4 - ، هماتیت - Fe2O3 - و مس اکسید - CuO - و ساختارهای بر پایه نقره نیز به عنوان کاتالیزور نوری استفاده میشوند .
[7-4] در این بین نشاندن گونه های فعال فوتوکاتالیزوری بر روی پایه مناسب با مساحت سطح بالا از این نظر که به راحتی میتوان کاتالیست مورد نظر را مورد استفاده مجدد قرار داد از اهمیت بالایی برخوردار می باشد. در این پروژه فعالیت نانوکامپوزیت حاوی گونه نقره کلرید - برمید - -تیتانیم دی اکسید بر پایه زئولیت موردنیت جهت تخریب نمونه پسماند مربوط به کارخانجات نساجی مورد مطالعه قرار می گیرد.
بخش تجربی
نانوکریستال های زئولیت موردنیت به روش هیدروترمال و در دمای 180 درجه سانتیگراد با زمان سنتز 24 ساعت تهیه گردیدند. از پیش ماده TITTP و نقره نیترات و CTAC و CTAB با کوپل روشهای سل-ژل و همرسوبی شیمیایی نانوکامپوزیت نهایی Ag-Br-Cl-TiO2 بر پایه موردنیت سنتز و جهت استفاده بعدی پودر گردید.
نتایج و بحث
شناسایی ساختارها
تصاویر XRD نمونه های تهیه شده در شکل 1 نشان داده شده اند. همانگونه که مشخص است، پیک های مشخصه صفحات کریستالی زئولیت موردنیت، پیک های مشخصه فازها آناتاز و روتیل TiO2 و همچنین پیکهای مربوط به نقره هالید ها مشخص گردیده است. الگوهای XRD به خوبی موید سنتز موفق گونه های مورد نظر بوده است. نتایج حاصله مربوط به آنالیز FTIR در شکل 2 نشان داده شده است. دو نوار پهن در 1654 و 3400 به مولکولهای آب جذب شده درون ساختارها نسبت داده میشود.
دو پیک در 640 و 921 به گونه های نقره هالیدها مربوط می باشند. همچنین نوار قوی در ناحیه 640 و 1490 به ارتعاشات کششی بترتیب پیوندهای نقره-هالید و نقره-تیتانیم نسبت داده میشوند. آنالیز مورفولوژی نمونه های سنتز شده با تصاویر SEM مورد بحث قرار گرفت. نتایج مربوطه در شکل 3 ارایه گردیده است. همانگونه که از تصاویر ارایه شده پیداست، گونه های فعال فوتوکاتالیزوری به صورت یکنواخت خلل و فرج پایه ها توزیع شده و میانگین اندازه نانوذرات برای ساختارهای بر پایه موردنیت برابر 90 نانومتر میباشد.
فعالیت فوتوکاتالیستی نانوساختارها
نتایج حاصل از این مطالعه در شکل 4 ارائه گردیده است. در این مطالعه محلول 25 میلی گرم بر لیتر نمونه رنگ آزو حاوی 0/025 گرم از پودر نانوساختار در دمای 28 درجه سانتیگراد و pH خنثی به عنوان شرایط آزمایشگاهی انتخاب گردید. همانطور که ملاحظه می شود ترکیبات سنتز شده در غیاب منبع نور فعالیت قابل توجهی را از خود نشان نمی دهند که نشان دهنده قابلیت جذب کم آلاینده در خلل و فرج مواد پایه می باشد. بنابراین عمده کاهش جذب و غلظت آلاینده در حضور نانوساختارهای سنتز شده به قابلیت فوتوکاتالیزوری ترکیبات سنتز شده نسبت داده میشود.
بر اساس نتایج حاصله ترکیبات سنتز شده بعد از بازه زمانی 120 دقیقه قادر به تخریب کامل آلاینده از محیط آبی بوده اند. علاوه برا آن، ترکیب نانوساختار با سرعت نسبتا بالاتری فرایند مذکور را به انجام رسانده است. با توجه تصاویر SEM میتوان دریافت که توزیع نانوذرات فعال نوری بر روی سطح و در خلل و فرج پایه همگن بوده و نانوذرات با توزیع یکنواختی از اندازه بر روی سطح آرایش یافته اند. این خود میتواند عامل قدرتمندی در سرعت بالاتر فرایند کاتالیزوری در حضور این ترکیب باشد.
با جذب فوتون در ناحیه مرئی توسط گونه های فوتوکاتالیزوری نقره برمید-تیتانیم دی اکسید موجود بر روی سطح، این گونه ها فعال گردیده و الکترون از نوار والانس به نوار هدایت منتقل می گردد. زوج الکترون حفره بر روی سطح با گونه های موجود در محیط آبی نظیر اکسیژن مولکولی و گروه های هیدروکسید موجود در محیط واکنش داده و رادیکال هایی نظیر OH و O. 2 تولید می کنند که رادیکالهای مذکور قابلیت تخریب ساختار شیمیایی آلاینده های ارگانیک و پیوند های حیاتی در ارگانیسم ها را دارا می باشند. همچنانکه از شکل 4 قابل برداشت می باشد، نتایج نشان داد نمونه حاوی نقره برمید و تیتانیم دی اکسید فعالیت بالاتری را در تخریب آلاینده از خود نشان می دهد. این امر را می توان به برهمکنشهای الکترونی موثرتر بین نانوذرات نقره برمید و TiO2 بر روی سطح نسب داد که به طور موثرتری بازترکیب الکترون-حفره را به تاخیر می اندازد.
