بخشی از مقاله
چکیده
در این پروژه نانوذرات اکسید تنگستن به روش شیمیایی سنتز و با استفاده از پراش اشعه ایکس - خلگ - ، و آنالیز حرارتی مشخصه یابی شده است. نانوذرات فوتوکاتالیست سنتز شدهي اکسید تنگستن تحت تابش نور فرابنفش براي حذف نفتالن مورد استفاده قرار گرفت. آنالیزهاي مربوط به حذف نفتالن با کروماتوگرافی مایع با عملکرد بالا - هعبد - مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان دادند که نانو ذرات سنتز شده می توانند نفتالن را در بازه زمانی 2 ساعت از حدود عژژ5 به عژژ 0/068برسانند.
واژه هاي کلیدي: نفتالن، اکسید تنگستن، فوتوکاتالیست، هیدروکربن هاي پلی آروماییک
-1 مقدمه
هیدروکربن هاي پلی آروماتیک - دAب - ترکیبات حلقوي متصل بهم و متشکل از اتم هاي هیدروژن و کربن هستند. این ترکیبات اغلب از احتراق نفت و زغال سنگ، خاکستر زباله ها، وسایل نقلیه و یا توسط فعالیتهاي صنعتی مانند پتروشیمی ایجاد می شوند. این ترکیبات بسیار سمی می باشند که در آب، خاك، هوا و رسوبات وجود دارند. به دلیل سمیت بالا، اثرات سرطان زایی و جهش ژنتیکی و پایداري در محیط زیست، 16 نوع از هیدر کربن هاي پلی آروماتیک توسط آژانس حفاظت محیط زیست ایالات متحده واتحادیه اروپا به عنوان آلاینده هاي محیط زیست در اولویت قرار داده شده است. این ترکیبات در آب نامحلول ولی در چربی محلول می باشند، بنابراین به راحتی وارد بدن انسان شده و باعث ایجاد سرطان و جهش ژنی میشوند و حذف آنها از محیط زیست از اهمیت ویژهاي برخورد دار است .[1]
نفتالن براي گندزدایی و حشره کشی کاربرد فراوانی دارد و براي جلوگیري از بید زدن پوشاك نیز به کار می برند .حضور حلقه هاي بنزنی این ماده را در دسته مواد خطرناك قرار داده که براي موجودات زنده سمی می باشد، ماکزیمم حلالیت نفتالن در آب 30میلی گرم بر لیتر می باشد. روش معمول حذف آلایندگی هاي آلی از آب و فاضلاب تجزیه بیولوژیکی پساب توسط میکروارگانیسم ها میباشد ولی به دلیل وجود حلقه هاي بنزنی در هیدروکربن هاي آروماتیک بازدهی حذف بیولوژیک به شدت کاهش یافته و میکروارگانیسم ها قادر به شکستن این ساختا رها نمی باشند. در سال هاي اخیر توجه بسیاري از محققین به روش هاي اکسیداسیون پیشرفته از جمله اکسیداسیون فوتوکاتالیستی معطوف شده است .[2]
-2 اساس و مکانیزم واکنش هاي فوتوکاتالیستی
اساس سیستم هاي فوتوکاتالیستی، تابش فوتون به یک نیمه هادي با انرژي برابر یا بزرگتر از باند ممنوعه آن میباشد. با تامین این انرژي، الکترون از تراز ظرفیت به تراز هدایت منتقل شده و یک جاي خالی الکترون - حفره با بار مثبت - بر جاي می گذارد. این حفره با مولکول هاي آب یا یونهاي هیدروکسیل واکنش داده و رادیکال آزاد هیدروکسیل ایجاد می کند. رادیکال هاي هیدروکسیل یک اکسنده بسیار قدرتمند می باشند که آلاینده ها را بطور انتخاب ناپذیر و طی واکنش هاي زنجیري به دي اکسید کربن و آب تبدیل می کند و عامل اصلی تخریب آلاینده ها می باشد. رادیکال هاي هیدروکسیل یک اکسنده بسیار قدرتمند است که آلاینده ها را بطور انتخاب ناپذیر و طی واکنش هاي زنجیري به دي اکسید کربن و آب تبدیل می کند و عامل اصلی تخریب آلاینده ها می باشند.
حفره ایجاد شده می تواند بطور مستقیم نیز از ترکیبات آلی الکترون گرفته و آنها را اکسید کند. الکترون منتقل شده به تراز هدایت، مولکول هاي اکسیژن حل شده در آب را احیا کرده و مولکول هاي آنیون رادیکالی سوپراکسید ایجاد میکند. سوپر اکسید بسیار واکنش پذیر بوده و می تواند هر ترکیب آلی را اکسید نماید.باند ممنوعه اکسید تنگستن در حدود هک 2/4 – 2/8 می باشد. قدرت اکسندگی الکترون هاي باند هدایت آن نسبت به الکترود نرمال هیدروژن مشابه اکسید تیتانیوم بوده و 3/1 الی 3/2 ولت می باشد. اکسید تنگستن پایداري خوبی در برابر تابش فوتون دارد و غیر سمی است. بنابراین گزینه بسیار مناسب و ایده آلی به عنوان فوتوکاتالیست مطرح می باشد. تري اکسید تنگستن می تواند واکنش هاي فوتوکاتالیستی را در طول موج هاي بالاتر از عغ440 کاتالیز کند. به طور کلی در سیستم هاي فوتوکاتالسیتیبراي تخریب آلاینده سه مرحله اساسی وجود دارد که به ترتیب زیر می باشد:
‐A جذب نور
-B جذب مولکول هاي آلاینده
ه- جدایش و انتقال بار
فوتوکاتالیست هاي نیمه هادي، به عنوان تکنولوژي سبز بطور گسترده اي براي حذف آلاینده هاي آب استفاده می شود. در فرایند تخریب آلاینده ها مهمترین واکنش، اندرکنش یون ها ي هیدروکسیل با حفره هاي ایجاد شده برروي نیمه هادي و تولید رادیکال هاي هیدروکسیل می باشد. تحقیقات نشان می دهد که در این سیستم ها بین جذب، جدایش و انتقال بار رقابت وجود دارد و بنابراین باید غلظت فوتوکاتالیست در مقدار بهینه باشد .[3]
-3 روش کار
الف - مواد مورد نیاز
نمک سدیم تنگستات - قلدلحخقحلهش - ، اسید نیتریک، اسید اگزالیک و نفتالن از شرکت مرك آلمان، لامپ فرابنفش 8 وات نوع ه.
ب - فوتوراکتور
فوتوراکتور مورد نظر از یک ژاکت، یک لوله کوارتز و سیستم نمونه گیري تشکیل شده است. سیستم سرمایش جهت خنک کردن و نیز سیستم تزریق گاز جهت هم زدن محلول تعبیه شده است.
ج - سنتز نانوذرات تري اکسید تنگستن
براي سنتز نانوذرات از نمک تنگستات سدیم دو آبه - تلدلحخقحلهش - به عنوان منبع تنگستن استفاده شد. ابتدا مقدار مشخصی از نمک تنگستات سدیم را در آب مقطر حل کرده و قطره قطره اسید نیتریک را به آن اضافه می کنیم تا اسیدیته محلول به حدود 1 برسد، محلول در حین اضافه کردن اسید نباید بهم بخورد. رسوب زرد رنگ بدست آمده تنگستیک اسید - خقحلد - می باشد . این رسوبات را چندین بار آب مقطر شستشو می دهیم تا یون ها و ناخالصی هاي احتمالی حذف شوند. براي بدست آوردن اندازه دانه هاي ریزتر از اگزالیک اسید به عنوان ماده فعال کننده سطحی استفاده شد. به این ترتیب که رسوبات را در اگزالیک اسید حل کرده و محلول کاملا شفافی بدست آمد. محلول به مدت 4 ساعت در دماي ه250˚ قرار داده شد و رسوبات زرد رنگ اکسید تنگستن بدست آمد.
