بخشی از مقاله
چکیده: در این تحقیق، نانوفوتوکاتالیزورهای سولفید روی خالص و تقویت شده با یون فلزی واسطه نیکل - Ni2+ - با درصد وزنی 5% در محیط آبی و در حضور عوامل مهارکننده -Lسیستین سنتز شده و سپس با روش های مختلفی مشخصه نگاری شدند. آنالیز میکروسکوپ الکترونی عبوری میانگین اندازه ذرات را در محدوده ِ-0/5 نانومتر تخمین زد. در ادامه، یک روش سبز و موثر برای حذف آلاینده زیستی و صنعتی نفتالن با استفاده از نانوفوتوکاتالیزورهای سنتز شده با روش اکسیداسیون پیشرفته طراحی گردید. مشخص شد که نوع نانو-فوتوکاتالیزور، غلظت اولیه آلاینده، زمان تابش، pH اولیه محلول نمونهها بر بازده حذف آلاینده تاثیر گذار هستند. بیشترین میزان حذف نفتالن با غلظت اولیه25 ppm پس از 120 دقیقه تابش در pH=10 به دست آمد. در پایان، مدل سینتیکی واکنش نیز مورد مطالعه قرار گرفت.
-1 مقدمه
آب به صورت های مختلفی در صنعت مصرف می شود؛ از جمله به عنوان ماده اولیه، حلال، واسطه انتقال حرارت، ذخیره کننده انرژی، انتقال دهنده مواد زاید، سپر حفاظتی که هر یک مصرف زیاد آب را طلب می نماید. بدین لحاظ عملیات تصفیه آب به منظور استفاده مجدد و در نتیجه حفظ منابع آب موجود از اهمیت ویژه ای برخوردار گردیده است. از طرفی تصفیه پساب های صنعتی، در مواردی که به محیط زیست بازگردانده می شوند، مثلاً زمانی که برای مصارف کشاورزی مورد استفاده قرار می گیرند، یک موضوع قابل توجه زیست محیطی به شمار می رود و لذا تصفیه بهتر از اثرات زیانبخش آلودگیها می-کاهد.
روش تصفیه مناسب روشی است که هزینه انجام آن کمتر از مخارج لازم برای از بین بردن آثار و عواقب زیان آور آلودگی ها موجود در پساب باشد. در این رابطه برخی شاخص های مورد توجه عبارتند از : اکسیژن مورد نیاز شیمیایی - COD - ، اکسیژن مورد نیاز بیوشیمیایی - - BOD، غلظت کل مواد آلی - TOC - ، ترکیبات آلی هالوژنه قابل جذب - AOX - ، میکروارگانیسم های بیماری زا، کاتیون ها و فلزات سنگین، کدورت، قابلیت هدایت الکتریکی، , pH موارد مرتبط دیگر مانند بو و رنگ، بدیهی است که استفاده از شاخص های بیولوژیکی جهت تکمیل موارد مزبور از اهمیت بسزایی برخوردار است.[1 ] در دهههای اخیر روش های جدیدی به منظور رعایت هر چه بیشتر مقررات مورد نظر سازمان های حفاظت محیط زیست گسترش یافته است. در این میان متون کاربرد تجزیه مواد آلی در پساب ها با استفاده از این روش ها به طور روزافزونی افزایش یافته است.
از این روش های تجزیه ای عموماً با نام »فرآیندهای اکسایش پیشرفته - AOPs - « نام برده می شود . این فرایندها خود به چندین گروه بزرگ تقسیم بندی می گردند که مهمترین آنها عبارتند از : فرآیندهای اکسایشی فوتوکاتالیزوری در حضور کاتالیزورهای مختلفی مانند TiO2 و ZnO و نور UV، فرآیندهای اکسایشی فوتوشیمیایی در حضور اکسنده های کمکی و نور UV و فرآیندهای فوتوفنتون.[2] از سویی، نقاطکوانتومی بهعنوان نانوذرات نیمههادی شناخته میشوند که با توجه به بالاتر بودن نسبت سطح به حجم - حجم موثر - در ذرات نیمرسانا در مقیاس نانو از همتایان تودهای خود، امکان جذب بیشتر فوتون در سطح فوتوکاتالیزور میسر میشود. علاوه بر این، نوترکیبی زوج الکترون-حفره در نیمرساناها به-شدت با کاهش اندازه ذرات، کاهش مییابد.
با کاهش اندازه نانوذرات نیمرسانا، انرژی شکاف نوار تا حد زیادی افزایش یافته که به نوبه خود منجر به پتانسیل اکسیداسیون و احیاء بالاتر در این سیستم میگردد. درمیان نقاطکوانتومی، سولفید روی به عنوان یک ترکیب نسبتا سبز با شکاف انرژی بالا، گزینه مناسبی برای وارد کردن یونهای فلزی و غیرفلزی مختلف به عنوان ناخالصی می باشد. همچنین، عامل تقویت کننده میتواند با تاثیر بر شکاف انرژی، اندازه، شکل و خواص نوری نانوذرات؛ خاصیت فوتوکاتالیزوری آنها را تغییر دهند.[3]
سنتز نانوذرات در محیط آبی در دمای اتاق و بدون استفاده از حلال های شیمیایی در مدت زمان مناسبی انجام گرفت و پس از مشخصهنگاری با تکنیکهای مختلف، بهعنوان نانوفوتوکاتالیزور در فرایند تخریب نوری نفتالن مورد استفاده قرار گرفت. در این تحقیق، سعی بر این بوده است که یک روش جدید، موثر، سازگار با محیط زیست و نسبتا سریع را برای حذف آلاینده صنعتی نفتالن بر مبنای استفاده ار نقاط کوانتومی سولفید روی؛ بصورت خالص و تقویت شده با یون نیکل ارائه شود.
-2 بخش تجربی
سدیمسولفید9آبه - 98% - ، نیتراتروی 4آبه - 98/5% - ، -Lسیستین 99% - - ، نفتالن و سایر مواد شیمیایی با خلوص بالا از شرکتهای معتبر مواد شیمیایی تهیه شدند.
-1-2 دستگاهها و وسایل مورد نیاز
در این تحقیق از دستگاهها و وسایل زیر استفاده شده است: دستگاه اسپکتروفتومتر اتمی UV-Vis مدل LAMBADA-25، سانتریفیوژ - Z 206 A - Wehingen، لامپ UV36WPhilips - Holland - ، همزن مغناطیسی IKA RH basic 2 - Italy - ، همزن فراصوت TECNO GAZ S.P.A - Tecna 3 - ، آون DIGITA- STERILIEZR مدل CSL60، دستگاه اسپکتروفتومتر FT-IR مدل460 Plus، دستگاه میکروسکوپ الکترونی عبوری مدل Zeiss-EM10C-100 KV، دستگاه آنالیز پراش پرتو ایکس مدل .STOE-Stidy-mp کلیه اندازهگیریهای pH بهوسیلهی pHمتر مدل 827 ساخت شرکت متر اهم انجام شد.
-2-2 سنتز نقاطکوانتومی
سنتز نقاطکوانتومی در دمای اتاق و بدون استفاده از هرگونه حلال آلی با روش رسوبدهی شیمیایی انجام گردید.[3] برای این منظور 250 میلیلیتر محلول 0/1 مول بر لیتر از نیترات روی در بالن سهدهانه ریخته و سپس عامل مهارکننده -Lسیستین با غلظت برابر در دراپینگ فنل ریخته و قطره قطره به محلول درون بالن افزوده شد و روی همزن، زیر هود و تحت گاز آرگون - برای حذف اکسیژن محلول - قرار داده شد.
عامل مهار کننده با ایجاد یک پوشش شیمیایی می تواند از طریق ممانعت فضایی و یا دافعههای الکترواستاتیکی مانع نزدیک شدن هسته های اولیه ذرات به یکدیگر شوند و به این ترتیب رشد ذرات را کنترل می کنند. سپس محلول سدیمسولفید 0/1 مول بر لیتر قطره قطره به بالن افزوده شد. نقاطکوانتومی سولفید روی سنتز شده، سانتریفیوژ شدند و رسوب بدست آمده در دمای 50 درجه سانتیگراد خشک و با استفاده از هاون پودر شدند. سنتز نقاط کوانتومی تقویت شده با نیکل از محلول 5 درصد نیکل با غلظت اولیه 0/1 مولار و همانند روش بالا استفاده شد.
