بخشی از مقاله
چکیده
هدف از تحقیق پیشرو افزایش خواص فتوکاتالیستی دیاکسید تیتانیم جهت استفاده در تصفیه فتوکاتالیستی پساب صنایع نساجی است. بههمین منظور نانوذرات دیاکسید تیتانیم آلائیدهشده با مقادیر مختلف آهن 0 - و - wt% 1 و نانوکامپوزیت کربن فعال- دیاکسید تیتانیم آلائیدهشده با 1 wt% آهن از روش سل ژل فرآوری شد. مشخصهیابی به روشهای پراشسنجی پرتو ایکس - XRD - ، بررسی میکروسکوپی الکترونی روبشی گسیل میدانی - FESEM - و طیفسنجی تبدیل فوریه مادون قرمز - - FTIRانجام شد.
فعالیت فتوکاتالیستی نانوذرات و نانوکامپوزیت دیاکسید تیتانیم از طریق تخریب رنگ راکتیو قرمز 198 تحت تابش نور مرئی بررسی شد. طبق نتایج آزمون XRD، همه نمونهها فقط شامل فاز آناتاز دیاکسید تیتانیم بودند. تصاویر FESEM نشان داد که همه نمونهها دارای ذرات کروی شکل و زیر 100 nm هستند. نانوکامپوزیت کربن فعال- دیاکسید تیتانیم آلائیده-شده با آهن بیشترین رنگزدایی فتوکاتالیستی رنگ راکتیو قرمز 198 را تحت تابش نور مرئی نشان داد. رنگ راکتیو قرمز 198 در مدت 5 ساعت تابش نور مرئی درحضور TiO2 و Fe-TiO2/AC بهترتیب حدود 27 و 58 درصد رنگزدایی شد.
مقدمه
پساب صنایع نساجی شامل مواد آلی، محصولات مشتق شده از عوامل ثابتکننده، شویندهها، نمکها و رنگهای راکتیو است. رنگهای راکتیو منشأ آلی دارند و داری حلقه بنزن هستند، همچنین در برابر تجزیه زیستی و شیمیایی مقاوم هستند .[1] در حال حاضر روشهای تصفیه متداول فاضلاب مانند جذب سطحی، لخته سازی و صافی برای حذف رنگها در دسترس است که بهطور اولیه وابسته به اصول فیزیکی و شیمیایی است. در این روشها میزان زیادی لجن تولید میشود و آلودگیهای ثانویهای را ایجاد میکنند .[2] در سالهای اخیر فرایندهای اکسایش پیشرفته بهعنوان جایگزینی برای روشهای متداول تصفیه بهکار میروند. در این روش تولید گونههای اکسید کننده، با تابش نور به یک فتوکاتالیست حاصل میشود.
در بین فتوکاتالیستها، دی-اکسیدتیتانیم به دلیل خنثی بودن از نظر شیمیایی، غیر سمی و ارزان قیمت بودن، رایجترین و مرسومترین مادهای است که بهعنوان فتوکاتالیست استفاده شده است .[3] با وجود مزایای گفته شده دیاکسیدتیتانیم با محدودیتهایی در کاربرد روبروست. میتوان به جذب محدود به ناحیه نور فرابنفش اشاره کرد. تاکنون روشهای زیادی از طرف محققان پیشنهاد شده است که آلائیدهشدن با آهن به منظور افزایش طولموج های جذب دی اکسید تیتانیم بازدهی خوبی را نشان داده است. همچنین نانوذرات دیاکسید تیتانیم به تنهایی بازده تبدیل کمی دارند و نمیتوانند به راحتی رسوب کنند و بعد از فرایند فتوکاتالیست جدایش آنها سخت است. برای دستیابی به تجزیه سریع و موثر آلودگیهای آلی، تولید مجدد و استفاده مجدد از نانوذرات و اصلاح آنها، باید آنها را روی جاذب مناسب ثابت کرد .[4]
به این منظور مواد متخلخل زیادی مثل زئولیت، آلومینا، نانولولههای کربنی، گرافن و کربن فعال استفاده شده است تا در حد امکان یک ساختار با حفرههای زیاد، برای پراکنده شدن خوب ذرات دیاکسید تیتانیم فراهم کند. مطالعات متعدد اثر مفید کربن فعال بهعنوان بستر دیاکسید تیتانیم را نشان میدهند. برای اولین بار یک شیمیدان فرانسوی به نام آنتونی- الکساندر- براتس بوسیی در سال 1822 میلادی اثر چشمگیر تخلخل بر بازده کربن فعال را گزارش کرد. طبق مطالعات او بیان شد که تخلخل بسیار بر خواص جذبی کربن فعال تاثیرگذار است. بعد از آن مطالعات زیادی برای روشن شدن طبیعت تخلخلهای کربن فعال انجام شد .
[5] به طور کلی کربن فعال، جذب سطحی خوب و ساختار حفرهای یکنواختی دارد. کربن فعال میتواند مولکولهای آب و زنجیرههای آلی بیشتری روی سطح جذب کند .[4] در نتیجه آلودگیها و دیاکسید تیتانیم روی سطح کربن فعال در تماس مستقیم با هم خواهند بود و وابستگی سرعت تخریب به نفوذ کم خواهد شد. همچنین حد واسطهای سمی تشکیل شده در طی تخریب آلودگیها روی سطح کربن جذب شده و در نهایت اکسید می-شوند .[6]
تحقیقاتی که تا کنون بر روی کامپوزیت کربن فعال- دیاکسید تیتانیم آلائیده شده با آهن انجام شده بسیار محدود است و هنوز ابهامات زیادی در مورد آن وجود دارد. همچنین فعالیت فتوکاتالیستی کامپوزیت کربن فعال- دیاکسید تیتانیم آلائیدهشده با آهن فقط تحت تابش نور فرابنفش مورد ارزیابی قرار گرفته است و هیچ گزارشی در مورد بررسی فعالیت فتوکاتالیستی این کامپوزیت تحت تابش نور مرئی انجام نشده است. هدف از این تحقیق فرآوری کامپوزیت کربن فعال- دیاکسید تیتانیم آلائیدهشده با آهن و بررسی فعالیت فتوکاتالیستی آن تحت تابش نور مرئی است.
مواد و روش تحقیق
-1 فرآوری نانوذرات دیاکسید تیتانیم
برای فرآوری سل دیاکسید تیتانیم، ابتدا 5 ml تترابوتیل تیتانات و 50 ml اتانول، روی همزن مغناطیسی با هم مخلوط شدند. در ادامه 250 ml آب مقطر با 0/33 ml اسید سولفوریک مخلوط شده و تحت همزدن پیوسته به آرامی، به محلول قبل افزوده شد. بعد از قرار گرفتن محلول حاصل تحت همزدن شدید و به مدت 0/5 ساعت، سل دیاکسید تیتانیم بهدست آمد. سل دیاکسید تیتانیم، 2 ساعت در حمام آب 80 C قرار داده شد و بعد از 2 بار شستشو با آب مقطر، در دمای 100 C خشک شد. پودر به دست آمده به ذرات ریز خرد و در دمای 600 C به مدت 1 ساعت در کوره با اتمسفر هوا با نرخ گرمایش 10 C/min تحت عملیات حرارتی قرار گرفت.
برای فرآوری نانوذرات Fe-TiO2 ، بعد از فرآوری سل دیاکسید تیتانیم مقدار مشخصی نمک کلرید آهن به سل اضافه و 0/5 ساعت تحت هم زدن شدید قرار گرفت. فرآوری نانوکامپوزیت Fe-TiO2/AC نیز روندی مشابه فرآوری نانوذرات Fe-TiO2 دارد. بعد از 0/5 ساعت مخلوط شدن کلرید آهن با سل دیاکسید تیتانیم ،کربن فعال اضافه شد و محلول حاصل 0/5 ساعت تحت همزدن شدید قرار گرفت. بقیه مراحل مثل قرار گرفتن در حمام آب 80 C، شستشو و خشک کردن مثل روش فرآوری نانوذرات Fe-TiO2 آنجام شد.
-2 آزمونهای مشخصهیابی و ارزیابی
بهمنظور شناسایی فازهای ایجادشده در نانوذرات از دستگاه پراشسنج پرتو ایکس - - XRD ، مدل X'PertPro ساخت شرکت پانالیتیکال کشور هلند و دارای آند مسی با طول موج - . 1/7890 Å - &X استفاده شد. برای بررسی ریختشناسی نانوذرات فرآوری شده از میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی - - FESEM مدل HITACHIS- 4160 با دقت 5nm، بزرگنمایی 20-30000 برابر و نوکی از جنس تنگستن استفاده شد.
