شماره ركورد
33453
پديد آورنده
رضوان چراغي
عنوان
تثبيت نانوساختار چارچوب فلز-آلي (MIL-88-A(Fe)) بر روي بستر توري استيل ضدزنگ و استفاده از آن به عنوان كاتاليزگر نوري براي حذف آلاينده كروم (VI)
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
شيمي- شيمي معدني
سال تحصيل
1401
تاريخ دفاع
1403/11/13
استاد راهنما
وحيد صفري فرد
استاد مشاور
/
دانشكده
دانشكده شيمي
چكيده
در دهههاي اخير، با رشد صنايع و افزايش جمعيت، آلودگيهاي زيستمحيطي، بهويژه حضور فلزات سنگين در پسابهاي صنعتي، به يكي از معضلات اساسي تبديل شده است. فلزاتي مانند كادميوم (Cd)، جيوه (Hg) ، سرب (Pb)، آرسنيك (As) و كروم (Cr) به دليل سميت بالا و اثرات سرطانزاي خود، تهديدي جدي براي سلامت انسان و اكوسيستمهاي آبي محسوب ميشوند. بهويژه كروم (VI)، كه در مقايسه با كروم (III) سميتر بوده و مشكلاتي نظير آسيبهاي كبدي، مشكلات ريوي، اسهال شديد و استفراغ ايجاد ميكند. از اين رو، حذف اين آلايندههاي خطرناك از منابع آبي، توجه بسياري از محققان را به خود جلب كرده است. روشهاي مختلفي براي كاهش غلظت فلزات سنگين در آبهاي آلوده پيشنهاد شده است كه ازجمله آنها ميتوان به رسوب شيميايي، تبادل يوني، فيلتراسيون غشايي، جذب و تصفيه الكتروشيميايي اشاره كرد. بااينحال، در سالهاي اخير، استفاده از كاتاليزگرهاي نوري به دليل كارايي بالا، پايداري مناسب و عملكرد مطلوب در تجزيه آلايندههاي آلي و معدني، بهعنوان يك راهكار نوين مورد توجه قرار گرفته است. در ميان كاتاليزگرهاي نوري مختلف، چارچوبهاي فلز-آلي (MOFs) به دليل ويژگيهايي همچون تخلخل بالا، مساحت سطح گسترده، ساختارهاي متنوع و پايداري شيميايي، پتانسيل بالايي در حذف آلايندهها نشان دادهاند. در اين ميان، MOFهاي حاوي آهن (Fe-MOFs) به دليل سميت كم، فراواني عنصر آهن، پايداري مناسب و سهولت توليد، گزينهاي ايدهآل براي تصفيه آب محسوب ميشوند. بااينحال، يكي از چالشهاي اصلي در استفاده از كاتاليزگرهاي نوري نانو، جداسازي آنها پس از فرآيند تصفيه است. نانوذرات معلق به سختي از آب جدا ميشوند و در برخي موارد، ميتوانند خود به يك آلاينده جديد تبديل شوند. براي رفع اين مشكل، تثبيت كاتاليزگرهاي نوري روي بسترهاي جامد مانند شيشه، سراميك، پليمرها، نانولولههاي كربني و زئوليتها بهعنوان يك راهكار مؤثر پيشنهاد شده است. در اين مطالعه، از چارچوب فلز-آلي MIL-88-A(Fe) بهعنوان كاتاليزگر نوري و از توري فولادي ضدزنگ بهعنوان بستر استفاده شده است. انتخاب توري فولادي ضدزنگ به دليل ويژگيهايي همچون هزينه مقرونبهصرفه، پايداري مكانيكي، مقاومت بالا در برابر خوردگي و قابليت استفاده مجدد، انجام شده است. بستر كاتاليزگر نوري تهيه شده كه حاوي MIL-88-A(Fe) است، فعاليت كاتاليزگري نوري قابل توجهي را براي كاهش كروم (VI) تحت تابش نور مرئي نشان داد. بازده كاهش كروم (VI) پس از گذشت 60 دقيقه تقريباً به 93 درصد براي حالت پودري چارچوب فلز-آلي بهكار گرفته شده و 91 درصد براي بستر كاتاليزگري نوري تهيه شده حاوي همان مقدار MOF است. پوشش¬دهي روي توري فلزي با تركيب MIL-88-A(Fe) و PVDFانجام شد كه چسبندگي قوي و پايداري بالايي را پس از پنج چرخه بازيابي نشان داد. عملكرد اين كاتاليزگر تحت دو فرآيند كاتاليزگري نوري و سونوكاتاليزگري نوري مورد بررسي قرار گرفت و نتايج حاكي از افزايش چشمگير كارايي كاهش كروم (VI) در حضور همزمان تابش نور و امواج فراصوت بود كه به اثرات همافزايي بين اولتراسوند و كاتاليزگر نوري نسبت داده شد. علاوه بر اين، تأثير عواملي مانند تغييرات pH، ميزان MOF، حضور و عدم حضور رباينده حفره و تأثير آنها بر روند كاهش كروم (VI) ارزيابي شد. نمونههاي سنتز شده با استفاده از آناليزهاي XRD، FT-IR، UV-Visible، SEM و EDS بررسي شدند تا ساختار و تركيب آنها به دقت بررسي شود. نتايج اين پژوهش نشان داد كه روش سونوكاتاليزگري نوري در مقايسه با كاتاليزگري نوري، عملكرد بهتري در حذف كروم (VI) دارد. همچنين، اين تحقيق پتانسيل بالاي تركيب MOFها با چسبهاي پليمري در ساخت كاتاليزگرهاي نوري پايدار و كارآمد را براي تصفيه آبهاي آلوده به نمايش گذاشت، كه ميتواند گامي مهم در راستاي توسعه فناوريهاي نوين محيطزيستي باشد. نتايج اين پژوهش ميتواند به توسعه راهكارهاي نوين و كارآمد در زمينه تصفيه آب و كاهش آلودگيهاي زيستمحيطي كمك كند. با توجه به رشد روزافزون صنايع و افزايش نياز به منابع آبي سالم، استفاده از مواد پيشرفتهاي همچونFe-MOFها در كنار روشهاي نوين تثبيت، ميتواند گامي مؤثر در جهت بهبود كيفيت آب و حفاظت از محيطزيست باشد.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/03/18
عنوان به انگليسي
Stabilization of metal-organic framework nanostructure (MIL-88-A(Fe)) on stainless steel mesh substrate and its use as a photocatalyst to remove chromium (VI) pollutant
تاريخ بهره برداري
2/1/2026 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
رضوان چراغي
چكيده به لاتين
In recent decades, with the growth of industries and population, environmental pollution, especially the presence of heavy metals in industrial wastewater, has become a major problem. Metals such as cadmium (Cd), mercury (Hg), lead (Pb), arsenic (As), and chromium (Cr) are considered a serious threat to human health and aquatic ecosystems due to their high toxicity and carcinogenic effects. Especially chromium (VI), which is more toxic than chromium (III) and causes problems such as liver damage, lung problems, severe diarrhea, and vomiting. Therefore, the removal of these dangerous pollutants from water sources has attracted the attention of many researchers. Various methods have been proposed to reduce the concentration of heavy metals in polluted waters, including chemical precipitation, ion exchange, membrane filtration, adsorption, and electrochemical treatment. However, in recent years, the use of photocatalysts has attracted attention as a new solution due to their high efficiency, good stability, and favorable performance in the degradation of organic and inorganic pollutants. Among various photocatalysts, metal-organic frameworks (MOFs) have shown great potential in the removal of pollutants due to their properties such as high porosity, large surface area, diverse structures, and chemical stability. Among them, iron-containing MOFs (Fe-MOFs) are considered an ideal option for water purification due to their low toxicity, abundance of iron element, good stability, and ease of production. However, one of the main challenges in the use of nano-photocatalysts is their separation after the purification process. Suspended nanoparticles are difficult to separate from water and, in some cases, can become a new pollutant themselves. To overcome this problem, immobilization of photocatalysts on solid substrates such as glass, ceramics, polymers, carbon nanotubes and zeolites has been proposed as an effective solution. In this study, the metal-organic framework MIL-88-A(Fe) was used as the photocatalyst and the stainless steel mesh was used as the support. The stainless steel mesh was chosen due to its features such as cost-effectiveness, mechanical stability, high corrosion resistance and reusability. The prepared photocatalyst support containing MIL-88-A(Fe) showed significant photocatalytic activity for the reduction of chromium (VI) under visible light irradiation. The chromium (VI) reduction efficiency after 60 min was approximately 93% for the powder state of the metal-organic framework and 91% for the prepared photocatalytic support containing the same amount of MOF. The coating on the metal mesh was performed with a combination of MIL-88-A(Fe) and PVDF, which showed strong adhesion and high stability after five recovery cycles. The performance of this catalyst was investigated under two processes of photocatalysis and sonocatalysis, and the results indicated a significant increase in the efficiency of chromium (VI) reduction in the presence of simultaneous light and ultrasound irradiation, which was attributed to the synergistic effects between ultrasound and the photocatalyst. In addition, the effects of factors such as pH changes, MOF content, presence and absence of hole scavenger and their effects on the chromium (VI) reduction process were evaluated. The synthesized samples were examined using XRD, FT-IR, UV-Visible, SEM and EDS analyses to carefully examine their structure and composition. The results of this study showed that the sonocatalysis method has a better performance in the removal of chromium (VI) compared to photocatalysis. Also, this research demonstrated the high potential of combining MOFs with polymer adhesives in the manufacture of stable and efficient photocatalysts for the purification of polluted water, which could be an important step towards the development of new environmental technologies. The results of this research can help develop new and efficient solutions in the field of water purification and reducing environmental pollution. Given the increasing growth of industries and the increasing need for clean water resources, the use of advanced materials such as Fe-MOFs along with new stabilization methods can be an effective step towards improving water quality and protecting the environment.
كليدواژه هاي فارسي
چارچوبهاي فلز-آلي , كاتاليزگر نوري , بستر كاتاليزگري نوري , كاهش كروم (VI)
كليدواژه هاي لاتين
Metal-organic frameworks , Photocatalyst , photocatalytic substrate , chromium (VI) reduction
Author
Rezvan Cheraghi
SuperVisor
Vahid Safarifard