25413

سنتز نانوكامپوزيت فيبري دي اكسيدتيتانيوم/پلي آنيلين و كاربرد آن در شبه رنگ اكريليكي پايه آبي براي تخريب آلاينده هاي فرار تحت نور مرئي

دكتري

مهندسي شيمي

1393-1400

1400/03/19

دكتر مسعود جمشيدي

مهندسي شيمي

هدف اين رساله تهيه ي نانوساختارهاي برمبناي TiO2، با استفاده از نانوفيبرهاي سلولزي (به عنوان قالب)، و سپس تهيه نانوكامپوزيت با استفاده از پليمر رساناي پلي آنيلين به منظور استفاده در شبه رنگ فتوكاتاليستي آب پايه (اكريليكي)، جهت حذف آلاينده هاي آلي فرار از محيط گازي تحت تابش نور مرئي بود. به منظور كنترل واكنش هيدروليز در فرآيند سل-ژل و درنتيجه هسته گذاري و رشد مطلوب نانوذرات بر روي قالب از روش استوبر استفاده شد، به اين ترتيب كه ميزان آب در محيط واكنش به حداقل مقدار ممكن رسيد، از قالب نانوسلولزي در شكل آلكوژل استفاده شد و با تغيير پارامترهاي سنتز نانوساختار محصول نهايي كنترل شد. تاثير پارامترهاي سل-ژل: مقدار پيشماده (0/6، 0/8 و ml 1)، زمان واكنش (2، 3، 6 و 12 ساعت)، حضور و عدم حضو امواج فراصوت و درصد حجمي آمونياك (0/2، 0/25، 0/3، 0/4، 0/5 و 0/6 درصد حجمي) بررسي شدند. مطالعه ي ريزساختار نانوذرات تهيه شده با استفاده از تصاوير FESEM تشكيل ساختارهاي نانوويسكر، نانوليف و نانوفيبرهاي درهم تنيده را نشان داد. نانوويسكرها ضخامتي در حدود nm 50-30 و طول nm 300-250 داشتند. به دليل افزايش ميزان تخلخل و افزايش سطح ويژه از m2g-1 52/308 مربوط به TiO2 خالص به m2g-1 86/367 مربوط به TiO2-آلكوژل، بهبود قابليت جذب آلاينده، باعث افزايش راندمان تخريب فتوكاتاليستي شد. همچنين گاف انرژي اين نانوساختارها به ترتيب 2/95 و eV 2/72 بود، به اين ترتيب راندمان تخريب بنزن در فاز گاز توسط فيلم رنگ حاوي 5% وزني از اين دو پس از مدت زمان 48 ساعت در معرض نور UV براي اين دو نمونه به ترتيب 4/8% و 14/6% بود. نمونه حاوي TiO2 خالص در معرض نور مرئي حتي پس از گذشت 48 ساعت هيچ فعاليتي نشان نداد، در حاليكه در مورد TiO2-آلكوژل به ميزان 7/9% فعاليت مشاهده شد. پليمر رساناي پلي آنيلين (PAni) با روش پليمريزاسيون اكسيداسيوني روي نانوليف هاي سنتز شده لايه نشاني شد. تركيب PAni و TiO2 فعاليت فتوكاتاليستي را از طريق كمك به تشكيل الكترون-حفره ها و جلوگيري از بازتركيب آنها ارتقاء داد. راندمان تخريب فتوكاتاليستي بنزن در حضور شبه رنگ حاوي PAni/TiO2-آلكوژل پس از مدت زمان 48 ساعت در معرض نور UV برابر با 18% و در نور مرئي حدود 21/6% بود. آناليزهاي XRD، FTIR، TGA، BET، Raman، SEM، FESEM، EDX، UV-Vis DRS، TEM و XPS براي مشخصه يابي نمونه ها و طيف سنجي UV-Vis و GC براي بررسي تخريب فتوكاتاليستي مورد استفاده قرار گرفتند.

1400/08/01

Synthesis of Fibrous TiO2/Polyaniline Nanocomposite and its Application in Acrylic Water- Based Pseudo-Paint for Degradation of VOCs under Visible Light

11/21/2022 12:00:00 AM

The aim of this dissertation was to prepare TiO2-based nanostructures using cellulose nanofibers (as template), and then to prepare the nanocomposite using polyaniline conductive polymer for use in water-based (acrylic) photocatalytic pseudo-paint to remove volatile organic pollutants from the gaseous environment under visible light. In order to control the hydrolysis reaction in the sol-gel process and as a result, optimal nucleation and growth of nanoparticles on the template, the Stober method was used, so that the amount of water in the reaction medium was reuced as minimum as possible, the nanocellulose template was used in the form of alcogel and the nanostructure was controlled by changing synthesis parameters. The effect of sol-gel parameters: amount of precursor (0.6, 0.8 and 1 ml), reaction time (2, 3, 6 and 12 hours), presence and absence of ultrasonic waves and volume percentage of ammonia (0.2, 0.25, 0.3, 0.4, 0.5 and 0.6 vol.%) were evaluated. The microstructure study of prepared nanoparticles using FESEM images showed the formation of nanowhiskers, nanofibers and intertwined nanofibers. The nanowhiskers were about 30-50 nm thick and 250-300 nm long. Due to increasing the porosity and the specific surface area from 52.308 m2g-1 for pure TiO2 to 86.367 m2g-1 related to TiO2-alcogel, improving the adsorption capacity of pollutants increased the photocatalytic degradation efficiency. Also, the band gap energy of these nanostructures was 2.95 and 2.72 eV, respectively, thus the degradation efficiency of benzene in the gas phase using paint film containing 5 wt.% of these two, after 48 hours of exposure to UV light was 4.8% and 14.6%, respectively. The sample containing pure TiO2 exposed to visible light did not show any activity even after 48 hours, while in the case of TiO2-alcogel it was 7.9%. Polyaniline conductive polymer (PAni) was layered on the synthesized nanofibers by oxidation polymerization. The combination of PAni and TiO2 enhanced the photocatalytic activity by helping to form electron-holes and preventing their recombination. The photocatalytic degradation efficiency of benzene in the presence of pseudo-paint containing PAni/TiO2-alcogel was 48% after 48 hours of exposure to UV light and about 21.6% in visible light. XRD, FTIR, TGA, BET, Raman, SEM, FESEM, EDX, UV-Vis DRS, TEM and XPS analyzes were used to characterize the samples and UV-Vis and GC spectroscopy were used to investigate the photocatalytic degradation.

نانوذرات دي اكسيدتيتانيم , نانوليف سلولزي , پلي آنيلين , شبه رنگ فتوكاتاليستي , تخريب فتوكاتاليستي , تركيبات فرار آلي (VOCs)

Titanium dioxide nanoparticles , cellulose nanofibers , polyaniline , photocatalytic paint , photocatalytic degradation , volatile organic compounds (VOCs)