17938

17938

حذف متيل اورانژ (MO) از محلول آبي توسط گرافن بهبود يافته با اكسيد فلزي بيسموت وانادات (BiVO4)

كارشناسي ارشد

محيط زيست

شهريور 1396

دكتر ذهبيون - دكتر حسني زونوزي

عمران

طي مطالعه تحقيقات گذشته، حذف رنگزاي آزو با استفاده از اكسيدهاي فلزي و پايه كاتاليزگر گرافن مورد بررسي قرار گرفت. نتايج نشان داد در ميان اكسيدهاي فلزي و تركيبات آنها، تركيباتي كه حاوي اكسيد فلزي بيسموت وانادات (BiVO4) هستند فعاليت كاتاليزگري نوري مناسبي در حذف رنگزهاي آزو دارد همچنين ميتوان با استفاده از پايه كاتاليزگر گرافن براي اكسيدهاي فلزي از باز تركيب الكترون و حفره‏ي توليد شده در اثر تهييج نوري جلوگيري كرده و سرعت و بازدهي تخريب را افزايش داد. به همين دليل موضوع و هدف از پژوهش حاضر، بررسي حذف آلاينده رنگي متيل اورانژ با استفاده از كاتاليزگر نوري گرافن-BiVO4 است. در ابتدا، گرافن اكسيد از پيش‌ماده‌ي گرافيت با استفاده از روش هامر سنتز شد. همچنين از روش ساده‌ي هيدروترمال به منظور احياي گرافن اكسيد به گرافن استفاده شد. سپس نانوكامپوزيت‌ گرافن-BiVO4 (BVG) با درصد تركيب 5% گرافن و 95% BiVO4، با روش ساده و تك ‌مرحله‌اي هيدروترمال سنتز شد. صحت روشهاي سنتز، از طريق آناليز‌هاي الگوي پراش اشعه‌ي ايكس و تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي مورد تاييد قرار گرفت. نتايج نشان داد افزايش دماي آون از 120 درجه سانتي گراد به 160 درجه براي سنتز نانوكامپوزيت‌ BVG باعث تشكيل نانوكامپوزيت با كيفيت بهتر و افزايش سرعت تخريب متيل اورانژ شد. دوزهاي mg/L 200، 600، 1000، 1400 و 1800 از BVG براي تخريب 50 cc آلاينده متيل اورانژ به غلظت ppm 10 مورد بررسي قرار گرفت كه مقدار دوز mg/L 1400 بهترين نتيجه تخريب را در 180 دقيقه نشان داد. در مرحله‏ي بعد، تخريب نوري متيل اورانژ با استفاده از تركيب BVG و cc 1 آب اكسيژنه مورد بررسي قرار گرفت كه باعث توليد راديكالهاي آزاد و افزايش قابل توجهي در سرعت تخريب شد. سپس اثر تغيير مقدار pH مورد بررسي قرار گرفت كه مقدار 3=pH بهترين تخريب را نشان داد. نتايج نشان داد كه در بهينه شرايط pH و غلظت كاتاليزگرنوري، تركيب BVG توانست مقدار 97% از رنگ متيل اورانژ را در مدت زمان 330 دقيقه تحت تابش نور مرئي تخريب نمايد كه 15 % از عملكرد حذف گرافن اكسيد و 12 % از تخريب BiVO4 بيشتر بوده است همچنين تركيب BVG با افزودن آب اكسيژنه 98% از رنگ متيل اورانژ را در مدت زمان 10 دقيقه تحت تابش نور مرئي تخريب نمود. واژه‌هاي كليدي: كاتاليزگر نوري، گرافن، BiVO4، آب اكسيژنه، تخريب نوري، متيل اورانژ

1396/07/29

9/4/2017 12:00:00 AM

During the past research studies, the removal of Azo dyes was investigated using metal oxides as photocatalysts and graphene as catalyst base. The results showed that, among different metallic oxides, Bismuth Vanadate (BiVO4) have an appropriate photo-catalytic activity in removing Azo dyes. Graphene can also be used as a base catalyst for metal oxides to prevent recombination of the electrons and the holes produced by optical stimulation, and to increase the rate and efficiency of degradation. The main purpose of this research is to investigate the removal of methyl orange dye pollutant using a graphene-BiVO4 photocatalyst. At first, by using the Hammer method, the graphene oxide was synthesized from the graphite as a precursor. A simple hydrothermal method was also used for reduction of the graphene oxide to graphene. Then Graphene-BiVO4 nanocomposite (BVG) with percentages of 5% and 95% for graphene and BiVO4, respectively, was synthesized by using simple hydrothermal single step method. The Correctness of the syntheses was confirmed by analyzing the X-ray diffraction pattern and the scanning electron microscopy images. The results showed that the increase of the oven temperature from 120°C to 160°C for the synthesis of BVG resulted in formation of higher quality nanocomposite and an increase in the rate of methyl orange degradation. Doses of 200, 600, 1000, 1400, and 1800 mg/L of BVG were tested for the degradation of 50 cc methyl orange pollutants with a concentration of 10 ppm. The dose of 1400 mg/L showed the best result of degradation in 180 minutes. In the next step, the optical degradation of methyl orange was investigated using a combination of BVG and 1 cc of hydrogen peroxide (H2O2), which produced free radicals and cosequently a significant increase in degradation rates. Then, the effect of changing the pH value was investigated, which indicated that the pH value of 3 has the best degradation rate, the results in optimum condition of pH and Photocatalyst concentration showed that the combination of BVG was able to degrade 97% of methyl orange dye in 330 minutes under visible light radiation. In comparison, it was observed that in the above condition, the degradation performance was 15% higher than grapheme oxide, and 12% higher than BiVO4. Also, the BVG compound with addition of hydrogen peroxide under visible light radiation shows 98% of methyl orange degradation in10 minutes. Keywords: Photocatalyst, Graphene, BiVO4, Hydrogen peroxide, Optical degradation, Methyl orange