بخشی از مقاله
چکیده:
نانو اکسیدهای فلزی مختلط بر پایه لانتان -فلزواسطه به روش سل - ژل با استفاده از اسید سیتریک به عنوان عامل کمپلکس ساز تهیه شدند. خصلت فوتوکاتالیزوری اکسیدهای فلزی مختلط تهیه شده در فرایند حذف آلاینده قرمز بازی تحت تشعشع نور مرئی مورد بررسی قرار گرفت و مشاهده شد فعالیت دابل پروسکیت ها بیشتر از سینگل پروسکیت ها است. در ادامه تاثیر پارامترهای تهیه کاتالیزور روی خصلت فوتوکاتالیزوری دابل پروسکیت در حذف آلاینده قرمز بازی بررسی شده و نتایج نشان داد کاتالیزور La2TiMnO6 با نسبت اسیدسیتریک 1 و دمای کلسیناسیون 750 œC بیشترین خصلت فوتوکاتالیزوری را در حذف آلاینده قرمز بازی دارا می باشد.
واژه های کلیدی: فوتوکاتالیزور، دابل پروسکیت، آلاینده آب
مقدمه
در دسترس بودن آب سالم و پاک یکی از مهمترین مسائل پیش روی بشر میباشد. مواد رنگزای سنتزی به طور گسترده در بسیاری از صنایع استفاده میشود، به عنوان مثال در صنعت نساجی، چرم، تولید کاغذ، در صنعت مواد غذایی و همچنین در تولید مواد آرایشی کاربردهای فراوانی دارند. بسیاری از رنگها به دلیل داشتن ساختمان آروماتیکی، در برابر تجزیه بیولوژیکی مقاوم هستند و همچنین میتوانند میزان اکسیژن آب را کاهش دهند و موجب فعالیت باکتریهای بیهوازی در آب گردند. بنابراین تصفیه پسابهای رنگی قبل از تخلیه آنها به محیط-زیست ضروری است 1]و.[2 روشهای تصفیه مختلفی برای حذف آلایندهها از آبهای آلوده گزارششده است.
از جملهاین روشها، فرآیندهای اکسایش پیشرفته میباشند. به طور کلی فرآیندهای اکسایش پیشرفته در برگیرنده کلیه فرآیندهایی هستند که در آنها با روشهای مختلف، رادیکالهای فعال هیدروکسیل - OH. - تولید میگردد. از آنجا که رادیکالهای هیدروکسیل قدرت اکسیدکنندگی بسیار بالایی دارند، با سرعت بالا باعث تجزیه کامل اکثر آلایندهها میشوند .[3] در اکثر فرآیندهای اکسایش پیشرفته از تابش فرابنفش که از لامپهای فرابنفش ساطع میشود به عنوان منبع نور استفاده میشود. از آنجا که تابش اشعه فرابنفش تنها %4 از نور خورشیدی که به زمین میرسد را تشکیل میدهد، بنابراین لازم است از فوتوکاتالیزورهایی که در محدودهی نور مرئی فعال می باشند، استفاده کرد.
اکسیدهای مختلط با ساختار پروسکیت - ABO3 - ، فوتوکاتالیزورهای فعال در نور مرئی می باشند و نتایج تحقیقات نشان داده است که کارایی فوتوکاتالیزوری دابل پروسکیت ها - A2B'B''O6 - بخاطر سطح ویژه بالا، اندازه ذرات کوچک تر و مقدار بیشتر حفرات که بعنوان جاذب اکسیژن عمل می کنند، بیشتر از سینگل پروسکیت ها - ABO3 - می باشد .[4] بنابراین در مقاله حاضر تلاش شده است که نانو اکسیدهای فلزی مختلط با ساختار دابل پروسکیت بر پایه لانتانیم - فلزات واسطه مانند تیتانیم، منگنز، آهن، و غیره[LaTiMO6 - M= - H' 0Q' &R' …. - @ تهیه شوند و در مرحله بعد فعالیت فوتوکاتالیزوری آنها جهت حذف ماده آلی رنگزا در حضور نور مرئی بررسی شده است.
بخش تجربی
تهیه نانوکاتالیزورها
تمام مواد اولیه برای تهیه نانو کاتالیزورها با خلوص بالا از شرکت مرک خریداری شد. نانواکسیدهای فلزی مختلط بر پایه لانتانیم - فلزواسطه با ساختار دابل پروسکیت به روش سل - ژل نوع پچینی تهیه شدند. در این روش از اسید سیتریک به عنوان عامل کمپلکس ساز و از اتیلن گلیکول به عنوان عامل واکنش استری شدن و پلیمریزاسیون استفاده می شود. پس از انحلال کامل مقدار معین نمک های فلزات در 70 میلی لیتر آب مقطر، اسید سیتریک اضافه شده و در یک دمای مشخص توسط هم زن مغناطیسی هم زده می شود تا سوسپانسیون تغلیظ شده و پس از تشکیل ژل، عملیات خشک کردن، تجزیه ژل و کلسیناسیون ذرات جامد حاصل به مدت 4 ساعت در دمای 700 C انجام شد. .[5]
بررسی خصلت فوتوکاتالیزوری
خصلت فوتوکاتالیزوری دابل پروسکیت های تهیه شده در حذف آلاینده رنگی قرمز بازی مورد بررسی قرار گرفت. ابتدا مقدار مورد نظر از دابل پروسکیت تهیه شده - 300 ppm - به ظرف واکنش که حاوی محلول ماده رنگزای قرمزبازی با غلظت 15 ppm و حجم مشخص بود، منتقل شد و در حالی که لامپ خاموش است به مدت نیم ساعت به وسیله هم زن مغناطیسی همزده شد تا به تعادل برسد. سپس لامپ نور مرئی را روشن کرده تا نمونه تحت تابش نور مرئی قرار گیرد. در زمانهای مختلف از سوسپانسیون مورد آزمایش توسط سرنگ نمونهبرداری کرده و مقدار جذب آن به وسیله دستگاه اسپکتروفتومتر در طول موج 531nm اندازهگیری شد. در نهایت با استفاده از رابطه بیرلامبرت و مقدار جذب اندازه گیری شده، غلظت باقیمانده قرمز بازی محاسبه گردید.
نتایج و بحث
بررسی فعالیت فوتوکاتالیزورها در حذف آلاینده
عملکرد دابل پروسکیت های تهیه شده در حذف آلاینده رنگی قرمز بازی تحت تابش نور مرئی در شکل 1 نشان داده شده است. ملاحظه می شود دابل پروسیکت ها خصلت فوتوکاتالیزوری خوبی در نور مرئی از خود نشان می دهند و در بین دابل پروسکیت های لانتان-فلزواسطه، La2TiMnO6 بیشترین فعالیت را از خود نشان داد.برای مقایسه خصلت فوتوکاتالیزوری دابل پروسکیت با سینگل پروسکیت، سینگل پروسکیت های LaTiO3 و LaMnO3 نیز سنتز شده و خصلت فوتوکاتالیزوری آنها در حذف آلاینده قرمز بازی مورد بررسی قرار گرفت و نتایج در شکل 2 نشان داده شده است.مطابق شکل 2، مشاهده می شود سینگل پروسکیت ها هیچ فعالیتی در حذف آلاینده قرمز بازی از خود نشان ندادند.
در نهایت کاتالیزور La2TiMnO6 بعنوان کاتالیزور با بیشترین خصلت فوتو برای بررسی های بیشتر انتخاب شد. در مرحله بعد تاثیر برخی پارامترهای تهیه کاتالیزور مانند نسبت اسیدسیتریک به کل کاتیون ها و دمای کلسیناسیون روی خصلت فوتوکاتالیزوری بررسی شده است. شکل 3 فعالیت فوتوکاتالیزوری La2TiMnO6 با نسبت های اسیدسیتریک متفاوت را در تخریب آلاینده قرمز بازی نشان می دهد. همانطور که ملاحظه می شود کاتالیزور La2TiMnO6 با نسبت اسیدسیتریک 1 بیشرین خصلت فوتوکاتالیزوری را از خود نشان داد.یکی از عواملی دیگری که میتواند بر روی فعالیت کاتالیزورها تاثیرگذار باشد، دمای کلسیناسیون میباشد. برای بررسی اثر دمای کلسیناسیون بر خصلت فوتوکاتالیزوری، کاتالیزور La2TiMnO6 با نسبت اسیدسیتریک 1، در دماهای 650 œC و 750 œC کلسینه شد. شکل 4 راندمان تخریب آلاینده قرمز بازی روی کاتالیزورهای La2TiMnO6 با دماهای کلسیناسیون متفاوت را نشان میدهد. همانطور که مشاهده میشود با افزایش دمای کلسیناسیون بخاطر افزایش درصد کریستالیته کاتالیزور، خصلت فوتوکاتالیزوری بهبود می یابد.
نتیجهگیری
نانو اکسیدهای فلزی مختلط La2TiMO6 - M= Fe, 0Q' 1L' … - با روش سل-ژل تهیه شده و در فرایند حذف فوتوکاتالیکی آلاینده قرمز بازی تحت تشعشع نور مرئی مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که فعالیت دابل پروسکیت بیشتر از سینگل پروسکیت بوده و کاتالیزور La2TiMnO6 بیشترین خصلت فوتوکاتالیزوری را در حذف آلاینده قرمز بازی
