22315

اصلاح سطح فوتوكاتاليست‌هاي نانوساختار بر مبناي فلزات واسطه‌ به منظور بهبود عملكرد آن‌ها در حذف آلاينده‌هاي آلي از آب

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي

98-99

1399/02/31

دكتر امين بازياري

دكتر سميه عليجاني

مهندسي شيمي، نفت و گاز

در سال‌هاي اخير، گسترش روزافزون صنايع سبب انتشار انواع آلاينده‌هاي آلي مانند مواد رنگزا در مقياس وسيع به آب و ايجاد چالش‌هاي بزرگي براي بشر شده است. از جمله روش‌هاي مؤثر جهت تصفيه پساب كه در سال‌هاي اخير بسيار مورد توجه قرار گرفته است، تخريب فوتوكاتاليستي آلاينده‌ها با استفاده از فوتوكاتاليست تيتانيا (TiO2) است. با اين حال، اين فرآيند از محدوديت‌هاي اساسي‌ همچون عدم توانايي جذب نور مرئي، سرعت بالاي تركيب مجدد الكترون و حفره، ظرفيت جذب پايين تركيبات آلي بر روي سطح فوتوكاتاليست رنج مي‌برد. در اين پژوهش از فوتوكاتاليست TiO2 بر پايه‌ي SiO2 به منظور تخريب فوتوكاتاليستي رودامين ب (RhB) به عنوان آلاينده‌ي مدل تحت نور مرئي استفاده شد. به منظور بهبود فعاليت فوتوكاتاليستي از فلزات تنگستن و بيسموت جهت آلاييدن تيتانيا-سيليكا استفاده شد و مشاهده گشت كه اين امر منجر به افزايش فعاليت فوتوكاتاليستي مي‌گردد، كه علت آن انتقالات الكتروني مناسب در حضور نور مرئي و كاهش ميزان تركيب مجدد الكترون و حفره است. به جهت حذف يكي ديگر از موانع پيش روي فرآيند فوتوكاتاليستي، يعني ظرفيت پايين جذب تركيبات آلي بر روي سطح، از دو روش اصلاح سطح متفاوت تحت عنوان‌هاي سيلاني كردن و فلوئوريناسيون به صورت جداگانه استفاده شد. با استفاده از آزمون¬هاي طيف‌سنجي تبديل فوريه مادون قرمز (FTIR)، جذب و دفع نيتروژن، ميكروسكوپ الكتروني روبشي نشر ميداني (FE-SEM)، طيف‌سنجي پراش انرژي پرتو ايكس (EDX)، گرماسنجي حرارتي (TGA) و زاويه‌ي تماس، كاتاليست¬هاي سنتز شده مورد بررسي قرار گرفتند. مشخص شد كه هر دو روش اصلاح سطح بدون تغيير چندان در حجم و قطر حفرات و همچنين حفظ ساختار مزوپور و بافت فوتوكاتاليست، باعث جايگزيني گروه‌هاي هيدروكسيل سطحي به ترتيب توسط گروه سيليل و فلوريد شده‌اند، كه اين موضوع باعث آب‌گريزي سطح (در هر دو روش)، انتقال pzc به سمت pHهاي پايين، ايجاد بار منفي بر روي سطح و ... (در اصلاح سطح به كمك فلوئوريناسيون) مي‌گردد. همه‌ي اين موارد سبب افزايش ظرفيت جذب RhB توسط فوتوكاتاليست و به تبع آن بهبود فرآيند حذف RhB مي‌گردد. تنها پس از 30 دقيقه تابش نور مرئي (90 دقيقه پس از شروع فرآيند) فوتوكاتاليست‌هاي اصلاح شده به كمك سيلاني كردن و فلوئوريناسيون به ترتيب 11/92 و 68/92 درصد از RhB را حذف كرده‌اند، در حالي كه اين ميزان براي فوتوكاتاليست اصلاح نشده 33/79 درصد است.

1399/05/29

Surface modification of transition metals-based nanostructured photocatalysts to improve their function for degration of organic pollutants in water

5/21/2021 12:00:00 AM

In recent years, the development of cities and the daily expansion of industries have resulted in the release of a wide variety of organic pollutants such as dye to the water and posed major challenges for the mankind such as the reduction of drinking water and so on. Among the most effective methods for removing pollutants and wastewater treatment that have received much attention in recent years, it is the Photocatalytic degradation of pollutants using TiO2 photocatalyst which matters so much due to its high ability to remove a wide range of pollutants and being low cost and environmentally friendly. However, this process suffers from major obstacles and limitations such as inactivity under the visible light, the low adsorption capacity of organic compounds on the photocatalyst surface, and so on. In this study TiO2/SiO2 photocatalyst is used in order to remove RhB as a sample pollutant under visible light (150 W tungsten lamp) and in the laboratory environment. To improve the photocatalytic activity, tungsten and bismuth oxides were used to dope the Titania-Silica and it was observed that this action causes an increase in the photocatalytic activity which this is due to appropriate electron transfers in the presence of visible light and the reduction of electron-hole recombination. In order to remove another obstacle to the photocatalytic process, which is the low adsorption capacity of organic compounds on the surface, two different surface modification methods called silylation and fluorination were used separately. Using FTIR, N2 adsorption- desorption, FE-SEM, EDX, TGA and the contact angle of the synthesized catalysts were investigated. It was found that both surface modification methods replaced the surface hydroxyl groups without altering the volume and diameter of the pores and maintaining the mesoporous structure and texture of photocatalysts, by silyl and fluoride groups, respectively, which this causes the surface to be hydrophobic (in both methods), shifts pzc toward low pH and creates a negative charge on the surface and so on (in fluorination). All of these increase the adsorption capacity of RhB by photocatalysts and consequently, it improves the RhB removal process. This was proved by photocatalytic degradation tests. After only 30 minutes of visible light irradiation (90 minutes after the start of the process), the silylated and fluorinated photocatalysts removed 92.11% and 92.68% of the RhB, respectively. While for the unmodified photocatalyst, this rate is 79.33%.