بخشی از مقاله
چکیده: منگنایت های فلزی ظرفیت مخلوط به علت وجود همزمان یون های Mn4+ و Mn3+ در ساختمان کریستالی آن ها دارای خواص فیزیکی، شیمیایی، مغناطیسی و ترابردی بالایی هستند. در تحقیق حاضر ابتدا منگنایت لانتانیم آلایش شده با کلسیم - La0.7Ca0.3MnO3 - به روش هیدروترمال تهیه شد و پودر به دست آمده بر اساس نتایج آزمون وزن سنجی گرمایی - TGA - ، در دمای مناسب کلسینه شد.
نتایج آزمون های مشخصه یابی های XRD و FTIR حاکی از این است که ترکیب با ساختار پروسکایت و تک فاز و بدون هیچگونه ناخالصی تشکیل شده است و دارای مورفولوژی نانو میله با طول متوسط 126,8 nm میباشد. ترکیب La0.7Ca0.3MnO3 دارای گاف نواری 1,83 eV است که نشان دهنده قابلیت استفاده به عنوان فوتوکاتالیست در ناحیه تابش نور مرئی را دارد. محلول آبی رنگ کاتیونی رودامین بی - RhB - به عنوان مدلی از پساب به منظور بررسی فعالیت فوتوکاتالیزوری ترکیب La0.7Ca0.3MnO3 تحت تابش نور مرئی مورد استفاده قرار گرفت.
نتایج حاصل از حذف رودامین بی با استفاده از فرآیند اکسیداسیون فوتوکاتالیستی ناهمگن نشان می دهد که طی مدت زمان 90 دقیقه بیش از 80 درصد رودامین بی حذف می شود و ثابت کلی سرعت واکنش از درجه یک بوده و معادل 0,020 min-1 می باشد. رودامین بی - RhB - یک رنگ کاتیونی است که در صنایع نساجی، چرم و داروسازی کاربرد دارد و وجود آن در پساب های صنایع شیمیایی موجب بروز صدمات و خساراتی به محیط زیست می گردد .[3] در تحقیق حاضر نانومنگنایت به روش هیدروترمال تهیه شد و سپس فعالیت فوتوکاتالیستی آن در فرآیند حذف شیمیایی رودامین بی - RhB - موجود در محلول آبی تحت تابش نور مرئی حاصل از لامپ LED مورد بررسی قرار گرفت.
بخش تجربی
ترکیب نانوساختار La0.7Ca0.3MnO3 با استفاده از مواد اولیه KMnO4، MnCl2، La - NO3 - 3 , Ca - NO3 - 2 و KOH خریداری شده از شرکت مرک آلمان انجام شد. برای محلول سازی و واکنش ها از آب دیونیزه استفاده شد. پتاس به عنوان مینرالایزر و در غلظت 15 M به کار رفت. ترکیب نانوساختار La0.7Ca0.3MnO3 مطابق روش مذکور در تحقیق قبلی انجام شد .[4] رودامین بی یک رنگ موجود در پساب های صنایع شیمیایی میباشد که در برابر تجزیه بیوشیمیایی مقاوم است.
در این تحقیق فعالیت فوتوکاتالیستی La0.7Ca0.3MnO3 تهیه شده، به وسیله تعیین میزان توانایی آن در تجزیه رنگ رودامین بی محلول در آب تحت تابش نور مرئی مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور مقدار 0,02 گرم از ترکیب به 50 میلی لیتر محلول آبی رودامین بی - 10 ppm & pH=4,5 - موجود در ظرف شیشه ای اضافه شد و در حین اختلاط تحت تابش نور قرار گرفت و دما در 25 °C ثابت نگه داشته شد.
در فاصله های زمانی مشخص مقدار معینی از نمونه برداشته می شد و بعد از جداکردن ذرات معلق طیف جذب UV آن گرفته می شد. آزمایش های شاهد با تابش نور به محلول رودامین بی فاقد فوتوکاتالیزور و نیز اختلاط محلول رودامین بی و فوتوکاتالیزور در تاریکی انجام شد. الگوی پراش اشعه ی ایکس - XRD - نمونه های پودری با دستگاه پراش اشعه ی ایکس ساخت شرکت زیمنس آلمان در دمای اتاق اندازه گیری شد. آزمون وزن سنجی گرمایی - TGA - نمونه ها با دستگاه وزن سنجی حرارتی ساخت شرکت لاینسیس آلمان با نرخ حرارت دهی 5 °C/min از دمای محیط تا 1000 °C انجام شد.
نتایج و بحث
نتایج پراش اشعه ایکس نمونه به دست آمده بعد از فرآیند کلسینه شدن در شکل 1 نشان داده شده است. همانطوریکه در شکل مشاهده می شود هیچ گونه ناخالصی در نمونه مشاهده نمی شود و ساختار ارتورمبیک با گروه فضایی pnma مشاهده میشود. الگوی XRD با گزارش های مشابه از این ترکیب که با روش های دیگر ساخته شده، تطابق بسیار نزدیکی دارد .[5] اندازه بلورکها با استفاده از فرمول دبای شرر حدود 23 nm محاسبه گردید.
نمودار نتایج حاصل از طیف سنجی FTIR در شکل 2 نشان داده شده است. برای ترکیب دو پیک جذب در 400 cm-1 و 600 cm-1 در نمودار مشاهده می شود که به ترتیب مربوط به مدهای کششی و خمشی پیوندهای می باشد که دلالت بر تشکیل ساختار پروسکایت می کنند .[6] درصد حذف رودامین بی در طی فرآیند فوتوکاتالیستی با استفاده از معادله - 1 - محاسبه می شود .[7] - 1 - % D= - A0 - A - / A0 × 100 که A0 و A به ترتیب میزان جذب حداکثر اندازه گیری شده به وسیله دستگاه اسپکتروسکوپی در زمان های اولیه مربوط به شروع واکنش و در طی واکنش در فاصله های زمانی معین می باشد. نمودار درصد حذف شیمیایی رودامین بی بر حسب زمان در شکل 3 نشان داده شده است. همانگونه که در شکل دیده می شود طی مدت زمان 90 دقیقه بیش از 80 درصد رودامین بی حذف میشود.
در فرآیندهای فوتوکاتالیزوری برهمکنش های شیمیایی بین مولکول های رودامین بی و فوتوکاتالیست با مدل لانگمویر هینشلوود مطابقت دارد. این مدل رابطه بین ثابت ظاهری سرعت واکنش و غلظت آلاینده را نشان می دهد 9]،.[8 شکل 4 نشان میدهد که تجزیه رودامین بی بر طبق معادله - 2 - از سینتیک مرتبه اول پیروی می کند ln - Ct/C0 - = Kapp t - 2 - که C0 و Ct به ترتیب غلظت های رودامین بی در شروع واکنش و در طی واکنش می باشد.
