بخشی از مقاله
چکیده:
نانو لوله های کربنی پوشش داده شده با اکسید تیتانیوم به روش رسوب دهی ساخته شده و توسط روش های BET و XRD آنالیز شد.نتایج XRD حضور فازهای آناتاز و روتیل را در کامپوزیت تایید نمود و نتایج BET مساحت سطح بسیار بالای کامپوزیت ساخته شده را نشان میدهد. سپس تخریب فوتوکاتالیزوری رنگ اسید بلو 92 به عنوان شاخص از آلایندگی زیست محیطی توسط کاتالیزور ساخته شده در نور UV بررسی شد. نتایج نشان داد که کاتالیزور ساخته شده فعالیت بالایی را در حذف رنگ از خود نشان می دهد و همچنین نتایج فعالیت فوتوکاتالیزور در غلظت های مختلف رنگ نشان داده است افزایش غلظت رنگ همیشه با افزایش سرعت تخریب رنگ و یا افزایش بازدهی همراه نمی باشد، بلکه اگر غلظت رنگ از حد معینی بیشتر شود وضعیت برعکس خواهد شد. در این کار بهترین غلظت اولیه برای رنگ 20 ppm تعیین شد.
واژه های کلیدی: نانو لوله های کربنی ، اکسید تیتانیوم ، تخریب فوتوکاتالیزوری، رنگ اسید بلو 92
مقدمه
خصوصیات منحصر به فرد نانولولههای کربنی مانند ساختار، پایداری شیمیایی، خصوصیات مکانیکی و الکترونیکی، کاربردهای بسیاری را برای آنها در زمینههای مختلف تکنولوژی و علمی ایجاد نموده است .[1] نانولولههای کربنی از لحاظ رسانایی الکتریکی بسته به ساختار و آرایش اتمی هم میتوانند مانند فلزات و هم بهعنوان نیمههادی عمل کنند 2]و.[3 در تئوری، نانولولههای کربنی که خواص فلزی دارند، میتوانند دانسیته جریان الکتریکی بیش از 1000 بار قویتر از فلزاتی مثل نقره و مس داشته باشند. بواسطه تقارن و خواص الکتریکی استثنائی گرافن ، ساختار یک نانولولهقویاً بر روی خواص الکتریکی آن تأثیر میگذارد.
نانولولههای تک یا چند دیواره وابسته به نوع پیچش آنها به صورت فلز یا نیمههادی رفتار میکنند. نانولولههای کربنی بواسطه ویژگیهای منحصر به فرد، دارای پتانسیل بالایی در کاربردهای آینده در علم مواد، بیوتکنولوژی، الکترونیک و شیمی هستند. قدرت مکانیکی و چکشخواری بالا دارند. وجود پیوند کووالانسی در نانولولههای کربنی باعث قدرت کششی بالا در آنها شده است. گزارشی درسال 2000 قدرت کششی معادل 63 GPa را برای نانولوله تک دیواره نشان میدهد. قابل ذکر است که فولاد قدرت کششی برابر 2/1 GPa دارد.از طرفی دیگر در سالهای اخیر نانوساختارهای اکسید فلزی به علت ویژگیهای جالب توجه فیزیک وشیمیایی بسیار مورد استفاده محققین قرار گرفته است. در این بین تیتانیوم اکسید به علت ویژگیهای فیزیکی، نوری و الکتریکی مناسب بسیار مورد توجه دانشمندان بوده است.
نانوساختارهای تیتانیوم اکسید در بسیاری از تحقیقات از جمله حسگرهای گازی، پیلهای خورشیدی، فتوکاتالیست و زیستحسگرها مورد استفاده قرار گرفتهاند .[4-7] تیتانیوم اکسیداساساً جزء مواد زیست سازگار و دوستدار محیط زیست بوده و بهعنوان بستری برای تثبیت زیستمواد 9] و [8، کاربرد در فتوشیمی [10-12] و الکتروشیمی بسیار مورد علاقه محققین بوده استاخیراً. بائو و همکارانش به روش هیدروترمال یک لایه نانوتیتانیوم اکسید با تخلخل یکنواخت را با استفاده از پایه نانولولههای کربنی سنتز کردند .[13] در این تحقیق نیز نانو لوله های کربنی پوشش داده شده با نانو ذرات اکسید تیتانیوم تهیه شده و اثر فوتوکاتالیزوری آن روی تخریب رنگ اسید بلو 92 بررسی شده است.
بخش تجربی
تهیه نانولولهکربنی پوششداده شده با نانوذرات تیتانیوم اکسید و بررسی اثر مقدار رنگ آزوبه منظور تهیه کامپوزیت مورد نظر، ابتدا مقدار 0/3 گرم از نانولولهکربنی چند دیواره در 15 میلیلیتر ایزوپروپانول حل شده و به مدت 10 دقیقه در دستگاه ماوراء صوت قرار داده شد تا سوسپانسیون پایداری بهدست آید. سپس 0/75 گرم تتراایزوپروپیل ارتوتیتانات به سوسپانسیون نانولولهکربنی اضافه شده و در حالیکه محلول به شدت در حال هم خوردن - توسط همزن مغناطیسی - بود، مقدار 10 میلیلیتر آب مقطر بهصورت قطره قطره به آن اضافه شد. مخلوط به مدت 24 ساعت در دمای اتاق در حال هم خوردن قرار داده شد تا تشکیل نانوذرات تیتانیوم اکسید بر روی نانولولههایکربنی بهطور کامل انجام گیرد.
با حرارت دادن مخلوط تا دمای 100°C ایزوپروپانول از محیط حذف شده و رسوب حاصل به مدت 2 ساعت در دمای 300°C کلسینه شد. نانوذرات تیتانیوم اکسید پوشش داده شده روی نانولولههایکربنی به اختصار TiO2-CNT نامیده شد.برای بررسی تاثیر غلظت رنگ در فرایند فوتوکاتالیستی، محلولهایی با غلظت 25،20،15و 30 میلی گرم در لیتر - - ppm از رنگ اسید بلو 92 تهیه شد. در یک نمونه آزمایش فوتوکاتالیزوری سنتی، 0/01 گرم از پودر فوتوکاتالیزور به 100 میلیلیتر از محلول آلاینده با غلظت 10ppm اضافه شد در حالی که مخلوط بر روی همزن مغناطیسی هم زده میشد. بررسی حذف آلاینده با دستگاه اسپکتروسکوپی UV-Vis از طریق کاهش غلظت در PD[ نمونههای آلاینده دنبال شد. آزمایشات فوتوکاتالیستی در pH خنثی انجام گردید.
نتایج و بحث
در شکل - 1 - الگویXRD نانولولههای کربنی پوششداده شده با نانوذرات تیتانیوم اکسید نشان داده شده است. وجود پیکهای مشخصه تیتانیوم اکسید - در 2 برابر با 25/0، 27/5، 36/0 ، 38/0، 48/0 و - 55/0، حضور هر دو فاز آناتاز و روتیل را تأیید میکند. بنابراین در طی فرایند انجام شده تشکیل نانوذرات تیتانیوم اکسید به خوبی بر روی نانولولههای کربنی صورت گرفته است.در شکل - 2 - ایزوترم جذب و واجذب نمونههای نانولولههای کربنی پوششداده شده با نانوذرات تیتانیوم اکسید نشان داده شده است. با توجه به منحنیهای جذب و واجذب، ایزوترمها از نوع VI میباشد که بر طبق قرارداد آیوپاک بیانگرمواد مزوحفره میباشد.
با توجه به توزیع اندازه حفرات - BJH - ، میانگین اندازه حفرات 10nm میباشد. مساحت سطح نانولولههای کربنی پوششداده شده با نانوذرات تیتانیوم اکسید, 142m2 g-1 بدست آمده است. در مجموع سطح تهیه شده به علت تخلخل بالا، مساحت سطح خوب و اندازه حفرات مناسب قابلیت برای فعالیت بالای فوتوکاتالیستی را دارا میباشد.انتظار می رود که اگر غلظت اولیه رنگ افزایش یابد احتمال واکنش بین مولکولهای رنگ و گونه های اکسنده افزایش یابد و این امر منجر به افزایش سرعت تخریب رنگ می گردد. دلیل این مشاهده این است که سرعت تخریب رنگ به احتمال تشکیل رادیکالهای هیدروکسیل روی سطح کاتالیست و انجام واکنش بین مولکولهای رنگ و گونه های اکسنده بستگی دارد.
اما همانطور که در شکل3 نشان داده شده است افزایش غلظت رنگ همیشه با افزایش سرعت تخریب رنگ و یا افزایش بازدهی همراه نمی باشد، بلکه اگر غلظت رنگ از حد معینی بیشتر شود وضعیت برعکس خواهد شد. دلیل این امر را می توان اینگونه بیان کرد که در غلظتهای بالای رنگ تولید رادیکالهای اکسنده روی سطح کاتالیست کاهش می یابد و این عمدتا به این خاطر می باشد که سایتهای فعال کاتالیست با مولکولهای رنگ اشغال می شود. همچنین می توان گفت که در غلظتهای بالای رنگ مقدار قابل توجهی از نور ماوراء بنفش توسط مولکولهای رنگ جذب می شود که این منجر به کاهش تولید رادیکالهای اکسنده از سطح فوتوکاتالیست می گردد.
نتیجهگیری
در این کار نانو لوله های کربنی پوشش داده شده با اکسید تیتانیوم به روش رسوب دهی ساخته شده و توسط روش های BET و XRD آنالیز شد. سپس تخریب فوتوکاتالیزوری رنگ اسید بلو 92 به عنوان شاخص از آلایندگی زیست محیطی توسط کاتالیزور ساخته شده در نور UV بررسی شد. نتایج نشان داد که کاتالیزور ساخته شده فعالیت بالایی را در حذف رنگ از خود نشان می دهد و همچنین نتایج فعالیت فوتوکاتالیزور در غلظت های مختلف رنگ نشان داده است افزایش غلظت رنگ همیشه با افزایش سرعت تخریب رنگ و یا افزایش بازدهی همراه نمی باشد، بلکه اگر غلظت رنگ از حد معینی بیشتر شود وضعیت برعکس خواهد شد.
