27223

استفاده از نانوذرات سيليكاي پوشش داده شده با تيتان و بررسي رفتار فوتوكاتاليستي آن در فيلم آكريليك پايه آبي

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي- مهندسي پليمر

1401

1401/07/30

مسعود جمشيدي

مهندسي شيمي و نفت و گاز

استفاده از نانوذرات تيتانيوم دي اكسيد (TiO2 تيتانيا) به عنوان كاتاليزگر نوري (فوتوكاتاليست) نزديك دو دهه است كه توجه محققين را به خود جلب نموده است. به منظور رفع نواقص اين فوتوكاتاليست از جمله سطح ويژه¬ي پايين، گاف انرژي بالا (2/3 الكترون ولت فاز آناتاز) و همچنين كارايي بهتر در نور مرئي و نور UV اصلاحاتي توسط محققين برروي نانو تيتانيا صورت گرفته است؛ از جمله¬ي اين اصلاحات پوشش دهي نانوتيتانيا بر روي نانو سيليكا و همچنين دوپ كردن اين نانوذره است. در اين پژوهش، نانو تيتانيا به روش مختلف بر روي نانو سيليكا پوشش داده شده است. نانوذرات از طريق فرآيند سل-ژل سنتز شدند، در روش اول نانوذرات تيتانيا توسط پيش ماده¬ي TBOT و با حلال اتانول بر روي نانو سيليكاي Fusil 200 پوشش شده است، در روش دوم به روش لايه به لايه ابتدا لايه¬ي سيلان APTES بر روي نانو سيليكا پوشش شده سپس نانو تيتانيا بر روي لايه¬ي سيلان سنتز شده است. در روش ديگر پيش ماده¬ي TBOT توسط سيلان¬هاي APTES و TEOS اصلاح شده و سپس بر روي نانو سيليكا پوشش شده است. مشخصات نانو ذرات به وسيله¬ي آناليزهايي از جمله، XRD، FTIR، FE-SEM، EDX، Mapping، TGA، DTG، DRS و BET مشخص شده است. با آناليز XRD نشان داده شد، فاز تمامي نانوذرات منطبق بر فاز كريستالي آناتاز نانوتيتانيا است. همچنين نانوذرات بهينه با سطح ويژه¬ي خوب و عملكرد نوري بهتر انتخاب شده و كارايي آن¬ها در فاز مايع و فيلم آكريليك مورد بررسي قرار گرفته است. تمامي نمونه¬ها كربن دوپ شده اند، همچنين نانوذره¬ي LL-A-1 كربن-نيتروژن دوپ شده است و گاف انرژي از 2/3 الكترون ولت براي فاز آناتاز به 8/2 الكترون ولت كاهش پيدا كرده است. نمونه¬ي LL-A-1 در فاز آبي تحت نور خورشيد و UV به ترتيب 45/59 و 51/65 درصد رنگ MB را طي 5 ساعت تخريب كرده است و نمونه¬ي ST-SG در همين شرايط به ترتيب 86/59 و 97/46 درصد تخريب داشته كه تحت نور UV به ميزان 54/18 درصد نمونه¬ي LL-A-1 افزايش عملكرد را داشته است. نانوذرات به مقدار دو درصد درون فيلم آكريليك استفاده شده است و خواص فوتوكاتاليستي، خواص مكانيكي توسط تست استحكام كششي و تاثير نانو ذرات بر آبدوستي فيلم¬ها توسط آناليز زاويه تماس مورد بررسي قرار گرفته است. خواص مكانيكي نمونه-هاي سيلاني شده با APTES بهبود داشتند؛ به طور مثال، افزايش طول در شكست براي نمونه¬ي AC-TA-2 از 412 درصد به 635 درصد براي نمونه¬ي AC-TA-2-X (حدود 54/1 برابر) افزايش داشته است.

1401/08/05

The use of nano SiO2 coated with nano TiO2 in acrylic-based coating and investigation of its photocatalytic activity

10/22/2023 12:00:00 AM

The use of titanium dioxide nanoparticles (TiO2 titania) as a photocatalyst has attracted the attention of researchers for nearly two decades. In order to solve the defects of this photocatalyst, such as low specific surface area, high band gap (3.2 electron volts of anatase phase) and also better efficiency in visible light and UV, modifications on nano titania have been done by researchers; such as, coating of TiO2 on nano SiO2 and doping of this nanoparticle (TiO2). In this research, nano titania has been coated on nano silica by different ways. Nanoparticles were synthesis by sol-gel process; In the first method, Nano TiO2 were coated by TBOT precursor and ethanol as solvent on Fusil 200 nano SiO2. Nanoparticles were synthesized through sol-gel process, in the first method, titania nanoparticles are coated by TBOT precursor and ethanol solvent on Fusil 200 nano silica. In the second method, layer by layer method, APTES silane has been coated on the nano silica, then nano titania is synthesis on the silane layer. In the another method, first the TBOT was modified with APTES or TEOS silanes, and then coated on the nano silica. Nano particles characterized by XRD, FTIR, FE-SEM, EDX, Mapping, TGA, DTG, DRS and BET. It was shown by XRD analysis, the phase of all nanoparticles is anatase. Also, the optimal nanoparticle with large specific surface area and better optical performance, has been selected and its photocatalytic activity in aquatic phase and acrylic film has been investigated. All of the samples were C-doped, and LL-A-1 is not only C-doped but N-doped as well. As result, the band gap has decreased from 3.2 eV for anatase phase to 2.8 eV. LL-A-1in aquatic soloution under sunlight and UV destroyed 59.45 and 65.51% MB in 5 hours respectively; ST-SG also eliminated 59.86 and 46.97% MB respectively at the same conditions; the efficiency under UV has increased 18.54% by LL-A-1 than ST-SG. Nano particles were used 2%w in the acrylic film; photocatalytic and mechanical properties, and the effect of nanipartieles on hydrophobic properties were investigated via stain removing, tensile test and contact angle respectively.The mechanical properties of samples which were modified with APTES silane, were improved. For example, the elongation at break of sample AC-TA-2 were increased from 412% to 635% for AC-TA-2-X (near 1.54 times increase).

فوتوكاتاليست , سيليكا , تيتانيا , نانوكامپوزيت , آكريليك , شبه رنگ , سيلاني كردن

Photocatalyst , SiO2 , Silica , TiO2 , Titania , Nanocomposite , Acrylic , Pseudo-paint , Silanization

Milad Neshastehgar

Masoud Jamshidi