سنتز و مشخصه‌يابي ساختارهاي نانوكامپوزيتي Ce-TiO2/Fe3O4-Cu و ارزيابي رفتار فوتوكاتاليستي آن در فرآيندهاي تصفيه فوتوكاتاليستي پساب‌هاي صنعتي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مواد

دكتري

با توجه به افزايش نياز به منابع آب و آلوده شدن بسياري از منابع آبي، تصفيه آب‌ها و پساب‌ها از اهميت زيادي برخوردار است. از سوي ديگر با توجه به هزينه‌هاي بالا تأمين انرژي استفاده از روش‌هاي كه بتواند هزينه‌هاي انرژي تصفيه پساب را كاهش دهد مورد توجه بسياري از محققان بوده است. يكي از روش‌هاي پيشنهادي استفاده از مواد فوتوكاتاليستي است كه مي‌تواند با استفاده از نور خورشيد به‌عنوان يك انرژي پاك و ارزان قيمت فرآيند تصفيه پساب‌ها را انجام دهد. يكي از مواد مورد استفاده به‌عنوان فوتوكاتاليست تيتانيوم دي‌اكسيد بوده كه خواص نوري و فوتوكاتاليستي مناسبي براي تصفيه آلاينده‌هاي آلي از پساب دارد. علي رقم آن‌كه تيتانيوم دي‌اكسيد مزاياي فراواني دارد، معايبي نيز دارد كه راندمان فرآيند تصفيه پساب را كاهش مي‌دهد. يكي از نقاط ضعف تيتانيوم دي‌اكسيد انرژي شكاف نواري آن است كه موجب مي‌شود تيتانيوم دي‌اكسيد در طول موج‌هاي ماوراءبنفش فعال شود. از اهداف اين پژوهش افزودن عنصر سريم به‌صورت آلايش شده به‌منظور كاهش انرژي شكاف نواري تيتانيوم دي‌اكسيد و افزودن عنصر مس به¬صورت آلايش شده به¬منظور ايجاد خواص آنتي باكتريالي براي نانوكامپوزيت است. همچنين استفاده از روش‌هايي كه بتواند قابليت جداسازي آسان و بازيابي تيتانيوم دي‌اكسيد را فراهم كند از اهميت بالايي برخوردار است. در پژوهش حاضر سنتز نانوكامپوزيت آهن اكسيد آلايش ‌شده با مس–تيتانيوم دي¬اكسيد آلايش‌ شده با سريم به‌عنوان يك فوتوكاتاليست مؤثر در تصفيه پساب‌ها انجام شده است. به نظر مي‌رسد به كمك اين روش مي‌توان چالش‌هاي پيش روي تيتانيوم دي‌اكسيد به‌عنوان يك ماده فوتوكاتاليستي در محدوده نور مرئي را برطرف كرد و با گسترش دامنه خاصيت فوتوكاتاليستي اين ماده در محدوده نور مرئي كاربرد گسترده‌اي را مورد استفاده قرار داد. به‌منظور مشخصه¬يابي نانوكامپوزيت سنتز شده از آزمون طيف‌سنج مرئي-ماوراءبنفش استفاده شد كه نتايج نشان مي‌دهد آلايش شدن سريم بر روي نانوكامپوزيت سنتز شده موجب كاهش انرژي شكاف نواري و بهبود خواص نوري و فوتوكاتاليستي نانوكامپوزيت شده است. همچنين آزمون‌هاي پراش پرتو ايكس، طيف¬سنجي سريه فوريه فروسرخ، ميكروسكوپ الكتروني روبشي نشر ميداني همراه با طيف‌سنج پرتو ايكس پراكنده انرژي، مغناطيس‌سنج نمونه ارتعاشي، طيف‌سنجي بازتابي پراكنده، ميكروسكوپ الكتروني عبوري، BET و پتانسيل زتا صحت و عملكرد مناسب نانوكامپوزيت سنتز شده را تائيد كرد. بر اساس نتايج آزمون طيف‌سنج مرئي-ماوراءبنفش، استفاده از سريم آلايش شده توانست انرژي شكاف نواري تيتانيوم دي‌اكسيد را از 2/3 الكترون‌ولت به 4/2 الكترون‌ولت كاهش دهد و از اين طريق مي‌توان نانوكامپوزيت سنتز شده را در طول موج‌هاي مرئي بكار گرفت. نتايج آزمون پراش پرتو ايكس نشان مي‌دهد، صفحات بلوري مربوط به فاز آناتاز و روتيل براي نانوكامپوزيت سنتز شده به‌وضوح قابل مشاهده است. همچنين افزودن سريم باعث غالب شدن فاز آناتاز بر روتيل در نانوكامپوزيت شده است. بر طبق نتايج آزمون طيف‌سنجي سريه فوريه فروسرخ، نوارهاي مربوط به پيوندهاي Cu-O و Fe-O به‌خوبي نشان دهنده‌ي سنتز موفق نانوكامپوزيت نهايي است كه تركيبات شيميايي مورد نظر براي انجام فرآيند تخريب آلاينده در آن به‌خوبي سنتز شده است. طبق نتايج آزمون مغناطيس‌سنج نمونه ارتعاشي، نانوكامپوزيت سنتز شده داراي خاصيت پارامغناطيسي بوده كه به‌راحتي با ايجاد يك ميدان مغناطيسي مي‌توان آن را جداسازي كرد. همچنين نانوكامپوزيت سنتز شده داراي اندازه ذرات حدوداً 40 تا 45 نانومتر است. همچنين بررسي عملكرد نانوكامپوزيت در تخريب متيلن¬بلو نشان مي‌دهد اين نانوكامپوزيت در شرايط بهينه عملياتي (زمان واكنش برابر با 85/3 ساعت، درصد سريم آلايش ¬شده برابر با 64/2 درصد، ميزان نانوكامپوزيت برابر با 08/20 ميلي¬گرم و منبع نور ماوراءبنفش) قادر به تخريب بيش از 92/86 درصد آلاينده‌ها متيلن¬بلو از پساب¬هاي صنعتي است. در نهايت بررسي پايداري نانوكامپوزيت نشان مي‌دهد كه نانوكامپوزيت سنتز شده قادر است پس از 5 چرخه استفاده مجدد همچنان عملكرد قابل قبولي براي تخريب آلاينده‌ها داشته باشد.

234584

مواد و متالورژي

مهندسي مواد

دانشگاه صنعتي اصفهان