بخشی از مقاله
چکیده
در این مطالعه سنتز نانوکاتالیزور CdSe جهت تجزیه نوری آلاینده آلی متیلن بلو تحت نور مرئی مورد بررسی قرار گرفته است. کاتالیزور CdSe با استفاده از روش ترسیب شیمیایی از واکنش پودر سلنیم با سدیم سولفیت تحت شرایط رفلاکس و به دنبال آن واکنش با سولفات کادمیوم در حضور تری سدیم سیترات تهیه شده است. ذرات سنتز شده با استفاده از پراش اشعه ایکس - XRD - ، طیف سنجی مادون قرمز - FT-IR - و میکروسکوپ الکترونی روبشی - - SEM تعیین مشخصات گردیدند. در نهایت به منظور بررسی خواص فتوکاتالیستی ذرات تهیه شده، از آنها در تست حذف فتوکاتالیستی متیلن بلو تحت تابش نور مرئی استفاده گردید. بررسی ها نشان داد که فتوکاتالیست CdSe با راندمان حذف حدود 20 درصد در مدت زمان 50 دقیقه در شرایط اسیدی با PH=3 و در حضور هوا عملکردنسبتاً مناسبی را از خود نشان می دهند. به منظور مشاهده میزان تاثیر حضور فتوکاتالیست، آزمایش ها در حالت بدون حضور کاتالیست نیز انجام گرفت. همچنین سینتیک واکنش مورد بحث نیز محاسبه گردید که حاکی از تبعیت واکنش از سینتیک شبه درجه اول می باشد و ثابت واکنش برابر 0/0418 محاسبه گردید.
واژگان کلیدی: روش شیمیایی ، فتوکاتالیست، کاتالیزور CdSe، نور مرئی
-1 مقدمه
طی سالیان اخیر کاربرد های نانوذرات به طور مجزا و مستقل از فناوری نانو پیشرفت های قابل توجهی داشته به عنوان مثال تولید فتوکاتالیست های نانوذره ای بازده کاتالیستی مواد خاص را به طور چشمگیری افزایش داده است و تنوع کاربردهای آنها توسعه یافته است. گسترش آلاینده ها در آب های سطحی و آب های زیرزمینی با توجه به رشد جمعیت و توسعه سریع صنعتی شدن تبدیل به یک موضوع مهم در سراسر جهان شده است بنابراین کنترل اثرات مضر آلاینده ها و بهبود شرایط محیط زیست ضروری می باشداخیراً. نیز استفاده از نانو ذرات جهت رفع آلودگیهای محیط زیست و حذف آلاینده های آلی موجب شده است که فتوکاتالیست ها و کاربردهای بالقوه آن نیز به طور گسترده مورد توجه قرار گیرد. فتوکاتالیستها موادی هستند که انرژی را از طول موج خاصی از نور دریافت و باعث انجام واکنش می گردند.
تحقیقات بسیاری بر روی خواص فوتوکاتالیستی مواد زیر نورمرئی توسط پژوهشگران صورت گرفته است. تریشاقوش و همکارانش در سال 2013 کامپوزیت - TiO2 گرافن - CdSe را تهیه کردند و سپس فعالیت فوتوکاتالیستی کامپوزیت را با محلول های رنگ آلی مورد بررسی قرار دادند . مشخصه های کامپوزیت ها توسط پراش اشعه ایکس، اشعه ایکس پراکنده انرژی، میکروسکوپ الکترونی و میکروسکوپ الکترونی انتقال مورد بررسی قرار دادند. افزایش تخریب متیل نارنجی و رودامین B با اندازه گیری کاهش غلظت توسط اسپکتروفتومتر UV مشاهده شد، اثر سینرژیک گرافن روی CdSe و TiO2 نشان داده شد و در پایان بازیافت پذیری و پایداری کامپوزیت نیز نشان داده شد.[1]
همچنین هیونگ دانگ و همکارانش در سال 2014 ساخت و مشخصه ساختار ناهمگن کواکسیال CdSe/CdS/ TiO2 که کاربرد بالقوه ای در تجزیه فتوکاتالیستی و تخریب آلاینده های سمی آب دارد بررسی کردند.CdSe/CdS. تحت دولایه به صورت ناپیوسته روی نانو لوله های TiO2 با استفاده از واکنش جذب و واکنش لایه یونی و رسوب لایه اتمی الکتروشیمیایی قرار می گیرد که اثرات قابل ملاحظه ای در کارایی پاسخ نور مرئی و تولید هیدروژن دارد. فرآیند سنتز دقیق و مورفولوژی سطح، ساختار فاز تجزیه عنصری و خواص فتوالکتروشیمیایی فیلم های حاصل با کامپوزیت نشان داده شده است. کارائی عکاسی نانو کامپوزیتی 9.47% و نرخ تولید هیدروژن 10.24% میلی لیتر ساعت در سانتی متر است که هر دو مقدار افزایش 7 برابری در مقایسه با نانو تیوب TiO2 خالص است.[2]
ییجی زو و همکارانش نیز در سال 2014 ترکیب AgI/Ag3PO4 را به راحتی از طریق یک فرایند میکس فیزیکی ساده در محیط آبی و با استفاده از میکروذرات AgI و نانوکرهها Ag3PO4 به عنوان پیش مادهها براساس روش رسوبدهی/حلالیت سنتز قرار دادهاند. ترکیب AgI/Ag3PO4 از قبل آماده شده فعالیت خیلی بیشتری از AgI و Ag3PO4 خالص برای حذف متیل اورانژ تحت نور مرئی - >420QP - نشان می دهد . ثابت سرعت مرتبه اول تجزیه متیل اورانژ برای AgI/Ag3PO4 75% ، min-% 56 1 است که این میزان برای AgI خالص 18/6 و برای 1/36 Ag3PO4 میباشد. هتروساختار AgI/Ag3PO4 حد واسط فعالیتهای فتوالقایی و فعالیت فتوکاتالیستی عالی و پایداری، را از خود نشان می دهد.
این یک روش جهانی، سریع، ساده برای ساختن ترکیبات نیمه هادی نمک های معدنی براساس روش رسوبدهی/حلالیت می باشد.[3] در سال 2015 هم جان و همکاران به بررسی یک تحقیق در مورد فعالیت فتوکاتالیستی در نور مرئی و سینتیک های نانو تیوب های TiO2 با کمک پرداختند. CdS/CdSe نانو ذرات CdS و CdSe در روش های نانوذرات TiO2 به شدت سفارش داده شده است که یون لو و همکارانش با استفاده از دو روش رسوب شیمیایی و الکترولیزکردن این نانو کامپوزیت ها را ساخته اند. از تست هایEDX , UV-VIS , XPS HRTEM , XRD , FESEM برای مشخص شدن ساختار ریز ساختار و ترکیب نمونه ها استفاده شده است.
پس از دوره های کنترل شده نانو ذرات CdS و CdSe بر روی دیواره نانو لولههای TiO2 قرار گرفتند . فعالیت فتوکاتالیستی نانو کامپوزیت های ساخته شده به صورت سیستماتیک بررسی شدند نشان داده شده که تخریب متیل نارنجی با استفاده از 92% CdSe/TiO2 و 89.9% CdS/TiO2 بوده در حالی که با استفاده از CdSe/CdS/TiO2 NTAS 96% رسیده است.[4] و در سال 2018 چانگ چانگ ما و همکاران سنتز نانوذرات نقره به عنوان کاتالیزور بر ترکیبات فوتوکاتالیست کامپوزیتی CdSe/Al2TiO5 برای افزایش فعالیت فوتوکاتالیستی را بررسی کردند. در پژوهش آنها فوتوکاتالیستی جدید پلاسمونیک Ag/CdSe/Al2TiO5 با موفقیت از طریق یک فرآیند شیمیایی ساده و آسان تهیه شد.
آزمایشات فوتوکاتالیستی نشان می دهد که گونه Ag/CdSe می تواند کارآیی بازده جداسازی الکترون ها و سوراخ های عکس را بهبود بخشد و در نتیجه فعالیت فوتودراسیون متیلن آبی را بهبود بخشد. نمونه 20 درصد وزنی Ag/CdSe/Al2TiO5 برترین فعالیت فوتوکاتالیستی را نشان می دهد.[5] تحقیقات اخیر نشان داده که TiO2 ،SnO2 ،ZnO ،CdS از جمله نیمه هادی هایی هستند که دارای خواص فتوکاتالیستی می باشند و CdSe نیز از این فتوکاتالیست ها بوده که دارای بندگپ1/74 ev می باشد. در این مطالعه فعالیت فتوکاتالیستی CdSe برای حذف فتوکاتالیستی Methylene blue در نور مرئی مورد بررسی قرار گرفته است. برای این کار در ابتدا نانو ذرات سلنید کادمیوم از واکنش پودر سلنیم با سدیم سولفیت تحت رفلاکس و سپس با سولفات کادمیوم تهیه و تعیین مشخصات گردیده است.
-2 روش و شرح مواد
مواد مورد استفاده شامل سلنیم - Se - ،کادمیموم سولفات 8آبه - - CdSO48H2O، تری سدیم سیترات، سدیم سولفیت - - Na2SO3 و متیلن بلو با درصد خلوص 99/99 درصد می باشد، کلیه مواد از شرکت مرک آلمان تهیه شده است.ابتدا 2/2 گرم از Na2SO3 را در 10میلی لیتر آب دیونیزه حل کرده و سپس 0/84 گرم از Se را در آن محلول ریخته و آن را تحت رفلاکس 100درجه سیلسیوس به مدت 3 ساعت قرار می دهیم. محلول Na2SeSO3 بدست آمده را داخل ظرف دیگر ریخته و سپس مقدار 2/68 گرم CdSO4.8H2O را در 10 میلی لیتر آب دیونیزه حل کرده و آنها را روی محلول Na2SeSO3 ریخته و محلول بدست آمده تحت شرایط رفلاکس به مدت 3 ساعت قرار داده می شود. نهایتا رسوب حابدست امده پس از جداسازی و 3 مرتبه شستشو بوسیله آب و اتانول به مدت 3 ساعت در دمای 60 درجه سیلسیوس قرار داده می شود تا خشک گردد. پودر بدست آمده نهایی جهت تعیین مشخصات و ارزیابی فعالیت فتوکاتالیستی مورد استفاده قرار می گیرد.
به منظور بررسی اثر فتوکاتالیزوری از لامپ 650 وات، لنزUV جهت ایجاد نور مرئی در طول موج مورد نظر و سل دوجداره برای جلوگیری از بالا رفتن دمای محلول استفاده شد. بدین منظور 0/01 گرم از فتوکاتالیست تهیه شده در 100 سی سی محلول متیلن بلو با غلظت 20 ppm را داخل راکتور ریخته می شود. فتوکاتالیست وزن شده به محلول تحت همزن اضافه می گردد و به مدت 30 دقیقه در محیط تاریک قرار داده می شود . پس از روشن شدن لامپ نمونه برداری در زمانهای 50 و 40 ، 30 ، 20 ، 10 ، 5 دقیقه انجام شد و طیف UV-Vis نمونه ها پس از جداسازی رسوبات ثبت گردید. به منظور بررسی اثر حضور فتوکاتالیست یک آزمایش نیز در شرایط بدون کاتالیست انجام گردید. کلیه آزمایشات پس از بهینه سازی اسیدیته محلول در PH برابر 3 انجام شدند.
-3 نتایج و بحث
-1-3 تعیین مشخصات ذرات CdSe تهیه شده
به منظور بررسی ساختار نمونه CdSe از پراش اشعه ایکس - XRD - استفاده گردیده است که در شکل 1 مشاهده می شود با توجه به شکل 1 ساختار بلوری نمونه CdSe با آنالیز استاندارد آن در پیک های مورد نظر مشابه بوده و این آنالیز بیانگر تشکیل ساختار بلوری CdSe می باشد. به منظور بررسی بیشتر ساختار نمونه CdSe تهیه شده از طیف FTIR استفاده شده است. شکل 2 نشان دهنده طیف نانوذرات تهیه شده می باشد.
