18889

۱۸۸۸۹

سنتز و بهبود بازدهي فتوكاتاليست نانوساختار پايه اكسيد تيتانيوم

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي

اسفند ۱۳۹۶

دكتر علي اله وردي - دكتر رضا نوروز بيگي

مهندسي شيمي نفت و گاز

ماتريس نانولوله يكي از مهم‌ترين انواع نانوساختارهاي پايه تيتانيوم دياكسيد است كه به دليل خاصيت فتوكاتاليستي برتر مورد توجه بسيار قرار گرفته است. در اين تحقيق، ابتدا لايهاي نازك از آرايه منظم نانولولههاي تيتانيوم دي‌اكسيد توسط فرآيند آندايزينگ الكتروشيميايي در ولتاژ 60 ولت به مدت 30 دقيقه (مرحله اول) و 15 دقيقه (مرحله دوم) در 100 ميليليتر محلول الكتروليت 1/0 مولار آمونيوم فلورايد حاوي 98 ميلي‌ليتر اتيلن گليكول و 2 ميلي‌ليتر آب بدون يون بر روي ورقه تيتانيوم با خلوص %7/99 با ضخامت 127/0 ميلي‌متر لايه نشاني گرديد. نمونههاي سنتز شده به مدت 2 ساعت تحت عمليات حرارتي در دماي 450 درجه سانتيگراد با آهنگ گرمايي 2 درجه سانتيگراد بر دقيقه قرار گرفتند تا ساختار بلوري مناسبي كسب نمايند. بر اساس تحليل مشاهدات آناليز ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM)، ارتفاع، قطر و ضخامت نانولولهها به ترتيب 47/7 ميكرومتر، 50 تا 60 نانومتر و 30 تا 40 نانومتر اندازهگيري شد. در مرحله بعد و به منظور تقويت خاصيت فتوكاتاليستي، آرايه نانولوله سنتز شده با استفاده از سه ماده نيترات نقره و پتاسيم فريسيانيد و سولفات مس پنج آبه و به روش حمام شيميايي، مورد آلايش قرار گرفت. خاصيت فتوكاتاليستي آرايه نانولوله و نمونه‌هاي آلايش شده به روش تفكيك فتوالكتروكاتاليستي آب و تخريب فتوكاتاليستي رنگ مالاكيت سبز تحت نورفرابنفش مورد ارزيابي و مقايسه قرار گرفت. نتايج بدست آمده نشان مي‌دهد آرايه نانولوله آلايش شده با سولفات مس پنج آبه مي‌تواند نسبت به شاهد نرخ توليد هيدروژن را تا سه برابر افزايش و پس از 5 ساعت به حد 65/21 ميليمول برساند و همچنين ميزان تخريب مالاكيت سبز را در زمان 50 دقيقه از %64/47 تا %90/75 ارتقا بخشد.

1397/03/07

3/20/2019 12:00:00 AM

Nanotube array is one of the most important types of titanium dioxide based-nanostructures that attracted researchers’s attention because of its superior photocatalytic properties. In this research, a thin layer of a regular titanium dioxide nanotube array was first prepared by electrochemical anodizing process at 60 volts for 30 minutes in the first stage and 15 minutes in the second stage in 100 ml of 0.1 M ammonium fluoride solution containing 98 ml of ethylene glycol and 2 ml of deionized water using a titanium sheet with 99.7% purity and a thickness of 0.297 mm. The synthesized nanotube array was then calcined at 450 ° C for 2 hours at a heating rate of 2 °C/min to obtain a good crystalline structure for enhanced photocatalytic properties. The height, diameter and thickness of the nanotubes were measured as 47.7 μm, 50 to 60 nm, and 30 to 40 nm, respectively using SEM imaging technique. In order to enhance the photocatalytic properties, the synthesized nanotube array was then doped individually with three different chemicals of silver nitrate, potassium ferricyanide and copper sulfate using the chemical bath technique. The photocatalytic properties of the synthesized nanotube array and the doped samples were evaluated and compared by photoelectrocatalytic splitting of water and photocatalytic degradation of malachite green under UV light. The results show that the nanotube array doped with copper sulfate increases the rate of hydrogen production by up to three times producing as much as 21.65 mM after 5 hours, as well as improving the degradation of malachite green from 47.64% to 90.85% during 50 minuts.