33309

سنتز نانو كامپوزيت كربن نيتريد گرافيتي- TiO2 و بررسي تاثير آن بر خواص فتوكاتاليستي فيلم نانوكامپوزيتي اكريليك

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي گرايش پليمر

1401

1403/12/25

مسعود جمشيدي

----

مهندسي شيمي

در اين پژوهش، سنتز و بررسي خواص فتوكاتاليستي نانوكامپوزيت‌هاي g-C3N4 @TiO2 انجام شد. هدف از انجام اين پژوهش افزايش خواص فتوكاتاليستي كربن نيتريد گرافيتي و TiO2بود. بدين منظور نانوكامپوزيت g-C3N4@TiO2 با يك روش جديد، ساده و تك مرحله‌اي(اختلاط فيزيكي) براي اولين بار سنتز شد. همچنين براي مقايسه خواص فتوكاتاليستي نمونه‌هاي سنتز شده، از روش ديگري نيز براي سنتز نانوكامپوزيت‌ها استفاده شد. در اين روش ابتدا كربن نيتريد گرافيتي از پيش ماده ملامين به روش پيروليز حرارتي سنتز شد. به منظور بهبود خواص فتوكاتاليستي g-C3N4 لايه برداري با دو روش حرارتي و شيميايي انجام شد. سپس نانوذرات TiO2 به روش سل-ژل سنتز شدند. نانوكامپوزيت g-C3N4/TiO2 با ساختار پيوند ناهمگون به روش سل-ژل سنتز شد. براي مشخصه‌يابي نمونه‌هاي سنتز شده از آزمون XRD، FTIR، UV-VIS، PL، BET و FESEM استفاده شد. نتايج مشخصه‌يابي نشان داد كه سنتز كربن نيتريد گرافيتي، نانوذرات TiO2و نانوكامپوزيت‌‌هاي g-C3N4@TiO2 موفقيت آميز بوده است. براي بررسي خواص فتوكاتاليستي نمونه‌هاي سنتز شده از آزمون‌هاي تجزيه فتوكاتاليستي آلاينده رنگي متيلن بلو استفاده شد. نتايج اين آزمون نشان داد نمونه‌هاي سنتز شده به روش اختلاط فيزيكي كه براي اولين بار در اين پژوهش معرفي شد باعث بهبود قابل توجه تخريب آلاينده متيلن بلو شده است. به طوري كه عملكرد نمونه TiO2 / g-C3N4(0.3) در فاز آبي تحت تابش نورUV و نور مرئي به ترتيب 31/96 و 5/65 درصد رنگ MB را طي دو ساعت تخريب كرده است در حالي كه نمونه‌ي g-C3N4 در همين شرايط به ترتيب 5/59 و46 درصد تخريب داشته است كه نمونه‌ي TiO2@g-C3N4(0.3)، تحت نور UV به ميزان 81/36 درصد و تحت نور مرئي به ميزان 5/19درصد افزايش عملكرد داشته است. همچنين سه نمونه نانوكامپوزيت بهينه با عملكرد نوري بهتر انتخاب شده و كارايي آن در فيلم آكريليك مورد بررسي قرار گرفته است. براي بررسي تاثير نانوكامپوزيت‌هاي سنتز شده بر فيلم پليمري، نمونه‌هاي سنتز شده به مقدار دو درصد درون فيلم آكريليك استفاده شد و خواص فتوكاتاليستي تخريب لكه متيلن بلو مورد بررسي قرار گرفت. فيلم AC-g-C3N4 با حذف لكه‌ي MB با ∆b* تحت تابش نور UV و نور مرئي به ترتيب 20 و 13 نسبت به فيلم AC-(0.3)TiO2@g-C3N4 با ∆b* تحت تابش نور UV و نور مرئي به ترتيب 14و 5 ، خواص لكه بري بسيار بهتري از خود بروز داده است. از اين پژوهش نتيجه مي‌شود كه خواص فتوكاتاليستي كربن نيتريد گرافيتي با تشكيل ساختار پيوند ناهمگون با نانوذرات TiO2 و لايه برداري حرارتي در فاز آبي افزايش مي‌يابد.

1404/01/26

Synthesis of Graphite Carbon Nitride-TiO2 Nanohybrid and investigation of its photocatalytic activity in acrylic-based Coting

1/1/1900 12:00:00 AM

In this study, the synthesis and investigation of the photocatalytic properties of g-C3N4 @TiO2 nanocomposites were carried out. The aim of this study was to increase the photocatalytic properties of graphitic carbon nitride and TiO2. For this purpose, the g-C3N4@TiO2 nanocomposite was synthesized for the first time by a new, simple and single-step method (physical mixing). Also, to compare the photocatalytic properties of the synthesized samples, another method was used to synthesize the nanocomposites. In this method, graphitic carbon nitride was first synthesized from the melamine precursor by thermal pyrolysis. In order to improve the photocatalytic properties of g-C3N4, exfoliation was performed by two thermal and chemical methods. Then, TiO2 nanoparticles were synthesized by sol-gel method. The g-C3N4/TiO2 nanocomposite with heterogeneous bonding structure was synthesized by sol-gel method. XRD, FTIR, UV-VIS, PL, BET and FESEM tests were used to characterize the synthesized samples. The characterization results showed that the synthesis of graphitic carbon nitride, TiO2 nanoparticles and g-C3N4@TiO2 nanocomposites was successful. To investigate the photocatalytic properties of the synthesized samples, photocatalytic degradation tests of the colored pollutant methylene blue were used. The results of this test showed that the samples synthesized by the physical mixing method, which was introduced for the first time in this study, significantly improved the degradation of the pollutant methylene blue. So that the performance of the TiO2 / g-C3N4 (0.3) sample in the aqueous phase under UV and visible light irradiation has degraded 96.31 and 65.5 percent of MB dye within two hours, respectively, while the g-C3N4 sample has degraded 59.5 and 46 percent, respectively, under the same conditions, and the TiO2@g-C3N4 (0.3) sample has increased its performance by 36.81 percent under UV light and 19.5 percent under visible light. Also, three optimal nanocomposite samples with better optical performance have been selected and their performance in acrylic film has been investigated. To investigate the effect of the synthesized nanocomposites on the polymer film, the synthesized samples were used in an amount of two percent in the acrylic film and the photocatalytic properties of the degradation of methylene blue stain were investigated. AC-g-C3N4 film showed much better stain removal properties by removing MB stain with ∆b* under UV and visible light irradiation of 20 and 13, respectively, compared to AC-(0.3)TiO2@g-C3N4 film with ∆b* under UV and visible light irradiation of 14 and 5, respectively. It is concluded from this study that the photocatalytic properties of graphitic carbon nitride are enhanced by the formation of heterogeneous bonding structure with TiO2 nanoparticles and thermal exfoliation in the aqueous phase.

خواص فتوكاتاليستي , نانو كامپوزيت , نانو ذرات دي اكسيد تيتانيوم , كربن نيتريد نانوصفحه , كربن نيتريد گرافيتي

g-C3N4 , TiO2

reyhane daei

Masoud Jamshidi