31226

سنتز، شناسايي و كاربرد نانوكامپوزيت‌هاي بر پايه چارچوب‌هاي فلز-آلي و بستر‌هاي نانو ساختار به منظور حذف كاتاليزوري آلاينده‌هاي آلي

دكتري

شيمي معدني

1399

1403/06/25

دكتر رحمت اله رحيمي

دكتر مريم فياضي

شيمي

هدف از اين تحقيق، طراحي و شناسايي نانوكامپوزيت‌هاي جديد بر پايه چارچوب‌هاي فلز-آلي و بسترهاي نانوساختار در حذف كاتاليزوري آلاينده‌هاي آلي است. در مرحله اول، كاتاليزور مغناطيسي Sep-MOF(801)-Fe3O4 ابتدا با رسوب موفقيت‌آميز MOF(801) بر روي بستر رسي با استفاده از فرآيند حلال گرمايي براي تشكيل Sep-MOF(801) وبه دنبال آن تشكيل نانوذرات بسيار ريز Fe3O4 از طريق يك مسير رسوب شيميايي ساده بر روي سطح Sep-MOF(801) تهيه شد. ويزگي‌هاي ريخت‌شناسي و ساختاري نانوكامپوزيت Sep-MOF(801)-Fe3O4 با استفاده از روش‌هاي FT-IR، BET، XRD، TEM، SEM، EDX، VSM و XPS مورد بررسي قرار گرفت. از نظر تجربي، بازده تخريب RhB در سيستم‌هاي مختلف شبه فنتون به صورت Sep-MOF(801)-Fe3O4/H2O2+NH2OH > Fe3O4/H2O2+NH2OH > Sep-MOF(801)/H2O2+NH2OH > Sep/H2O2+NH2OH > MOF(801)/H2O2+NH2OH > H2O2+NH2OH بود. حضور NH2OH به عنوان عامل كاهنده توانست عملكرد تخريب RhB را بيشتر بهبود بخشد و منجر به مصرف كمتر H2O2 شود. تحت شرايط آزمايشي بهينه، 50 ميلي گرم بر ليتر RhB در 12 دقيقه به طور كامل تخريب شد. افزون بر اين، قابليت استفاده مجدد كاتاليزور Sep-MOF(801)-Fe3O4 پس از شش چرخه كاتاليزوري مكرر مورد بررسي قرار گرفت. در مرحله دوم، يك كاتاليزور مركب جديد (Sep-MOF(801)-Ag) با موفقيت از طريق رسوب نانوذرات Ag بر روي Sep-MOF(801) سنتز شد و با چندين روش مانند SEM، TEM، EDS، FT-IR، XRD و BET مشخص شد. Sep-MOF(801)-Ag براي كاهش كاتاليزوري رنگ آلي نارنجي متيل با استفاده از NaBH4 به عنوان يك عامل كاهنده استفاده شد. تركيب Sep-MOF(801)-Ag بازده كاتاليزوري بالا را نشان داد و داراي زمان واكنش كوتاه با قابليت استفاده مجدد عالي و فرآيند بازسازي ساده بود كه 5/99 درصد نارنجي متيل را درمدت 20 دقيقه در حضور 10 ميلي‌مولار NaBH4 حذف كرد. Sep-MOF(801)-Ag را مي‌توان بيش از 6 بار بدون كم شدن آشكار در عملكرد كاتاليزوري استفاده كرد. در مرحله سوم، نانوذرات پالاديوم بر روي نانوكامپوزيت مكسين/چارچوب فلز-آلي (Pd/MXOF) با موفقيت از طريق يك روش سبز تهيه شد و سپس به عنوان يك كاتاليزور جديد براي تخريب فوتوكاتاليزوري OFL استفاده شد. نمونه Pd/MXOF در مقايسه با نمونه‌هاي MXOF، جذب بهبود يافته را در ناحيه مرئي نشان مي‌دهد، كه احتمالاً به انتقال الكترونيكي بهتر در سطح كاتاليزور نسبت داده مي‌شود. با توجه به نتايج تجربي، فعاليت فوتوكاتاليزوري بالاتري براي كاتاليزور Pd/MXOF در مقايسه با مكسين ، MIL-101(Fe) و MXOF به دست آمد. بازده تخريب نوري عالي OFL (تقريبا 100 درصد) پس از تابش 30 دقيقه نور مرئي با استفاده از Pd/MXOF به دست آمد. تخريب OFL از طريق فرآيند فوتوكاتاليز پيشنهادي به غلظت اوليه OFL، مقدار كاتاليزور و مقدار pH محلول بستگي دارد. پس از چهار چرخه، فوتوكاتاليزور پايداري و قابليت استفاده مجدد قابل قبولي را نشان داد. نقش كليدي حفره (h+) و راديكال •O2 در واكنش فوتوكاتاليزوري با مطالعات به دام انداختن گونه‌هاي فعال روشن شد.

1403/07/08

Synthesis, Characterization and Application of Nanocomposites based on Metal-Organic Frameworks and Nanostructure Substrates for Catalytic Removal of Organic Pollutants

1/1/1900 12:00:00 AM

The purpose of this research is to design and characterization of new nanocomposites based on metal organic frameworks and nanostructure substrates for catalytic removal of organic pollutants. As part of this project, The magnetic catalyst was prepared by first successfully deposition of the MOF(801) material on clay substrate using a solvothermal process to form Sep-MOF(801) and subsequent formation of ultrafine Fe3O4 nanoparticles via a simple chemical precipitation route on the surface of Sep-MOF(801) to prepare Sep-MOF(801)-Fe3O4. The morphological and structural characters of the Sep-MOF(801)-Fe3O4 nanocomposite were explored using FT-IR, BET, XRD, TEM, SEM, EDX, VSM and XPS methods. Experimentally, the RhB degradation efficiencies at various Fenton-like systems abided by the order of Sep-MOF(801)-Fe3O4/H2O2+NH2OH > Fe3O4/H2O2+NH2OH > Sep-MOF(801)/H2O2+NH2OH > Sep/H2O2+NH2OH > MOF(801)/H2O2+NH2OH > H2O2+NH2OH. The presence of NH2OH as reducing agent can further improve the RhB degradation performance and led to less consumption of H2O2. Under the optimum experimental conditions, 50 mg L-1 RhB was completely degraded in 12 min. In addition, the reusability of the Sep-MOF(801)-Fe3O4 catalyst was investigated after six repeated catalytic cycles. As part of this project, A novel composite catalyst (Sep-MOF(801)-Ag) was successfully synthesized through the deposition of Ag nanoparticles onto Sep-MOF(801) and characterized by several techniques, such as SEM, TEM, EDS, FT-IR, XRD and BET. Sep-MOF(801)-Ag was used for catalytic hydrogenation of MO using sodium borohydride (NaBH4) as a reducing agent. It displayed high catalytic efficiency (99.5%) and required a short reaction time with excellent recyclability and a simple regeneration process, which removed 99.5% of methyl orange (MO) within 20 min in the presence of 10 mM of NaBH4. The materials could be used for more than 5 times without obvious fading in the material’s catalytic performance. As part of this project, palladium nanoparticles supported on MXene/metal organic framework (Pd/MXOF) nanocomposite was successfully prepared via a green approach and then employed as a novel catalyst material for the photocatalytic degradation of OFL. The Pd/MXOF sample demonstrates improved absorption in the visible region in contrast to MXOF samples, possibly attributed to better electronic transfer at catalyst surface. According to experimental results, a higher photocatalytic activity was obtained for Pd/MXOF catalyst in comparison with MXene, MIL-101(Fe), and MXOF substances. Excellent photodegradation efficiency (~100 %) of OFL after 30 min irradiation of visible light was obtained using Pd/MXOF. The effectiveness degradation of OFL through the suggested photocatalysis process was dependent on the initial concentration of OFL, catalyst dosage, and solution pH value. Following four cycles, the photocatalyst exhibited acceptable stability and reusability. The key roles of hole (h+) and •O2− radical in the photocatalytic reaction were elucidated by the active species trapping studies.

نانوكامپوزيت، چارچوب فلز-آلي، سپيوليت، واكنش شبه فنتون، مكسين، واكنش فوتوكاتاليزوري، آلاينده‌هاي آلي

Nanocomposite, Metal-organic framework, Sepiolite, Fenton-like reaction, MXene, Photocatalytic reaction, Organic pollutants. , Sepiolite , Organic pollutants , Photocatalytic reaction , MXene

saeideh Eskaminejad

Rahmatollah Rahimi