19996

۱۹۹۹۶

سنتز نانوفريت‌هاي Ni و Cu دوپه شده با Co2+ و Zn2+و بررسي ويژگيهاي ساختاري و رنگدانهاي و اثر كاتاليستي آنها در تخريب آلايندهها

دكتراي تخصصي

شيمي معدني

۱۳۹۷

۱۳۹۷/۰۸/۲۶

دكتر فرانك منطقي - دكتر مهدي قهاري

دكتر رضا فضايلي

شيمي

در سال‌هاي اخير، آب‌هاي آلوده با رنگ‌هاي آزو سبب ايجاد مشكلات جدي در محيط زيست شده است؛ بنابراين، اين مواد بايد حذف شوند. تركيب فوتوكاتاليزگر‌ها با جداسازي مغناطيسي، روش جديدي است كه به‌طور گسترده براي حذف رنگ‌ها از آب‌هاي آلوده استفاده مي‌شود. حذف رنگ‌ها به كمك فريت‌ها به‌دليل جداسازي آسان آن‌ها با يك آهن‌ربا و دارا بودن سطح مقطع كاتاليزي بالا، انتخابي مناسب است. در رساله پيش رو، چهار دسته از نانو ذرات فريت با روش سل- ژل خود احتراقي سنتز شدند. دسته اول نانو ذرات مس فريت و نانو ذرات نيكل فريت كه نمونه‌هاي اصلي مورد بررسي در اين تحقيق هستند. دسته‌ي دوم تركيب‌هاي جديد مس فريت و نيكل فريت سنتز شده به كمك مواد فعال سطحي كاتيوني سديم دودسيل سولفات (SDS) و ستيل متيل آمونيوم بروميد (CTAB) هستند و تاثير افزودن مواد فعال سطحي بر روي ويژگي‌هاي ساختاري و كاتاليزي فريت‌ها مطالعه شد. دسته‌ي سوم تركيب‌هاي جديد مس فريت و نيكل فريت آلاييده شده با Co و Zn هستند. دسته چهارم مربوط به سنتز تركيب‌هاي مخلوط مس فريت و نيكل فريت است. در اين گروه نانو ذرات NixCu1–xFe2O4 (x= 0.2، 0.4، 0.5، 0.6 و 0.8) سنتز شدند. با بررسي الگوهاي XRD و طيف FT-IR، شناسايي و تشكيل فاز فريت اسپينل انجام شد. ميانگين اندازه بلوري ذرات نمونه‌ها با معادله شرر محاسبه شده و در توافق خوبي با نتايج تجربي بود. ريخت‌شناسي و اندازه نانو ذرات تهيه شده به كمك ميكروسكوپ الكتروني روبشي مشاهده شد. شكاف نوار ذرات به كمك داده‌هاي DRS محاسبه شد. خاصيت مغناطيسي ذرات به كمكAGFM بررسي شد. بازتابش زير قرمز رنگدانه‌هاي پودري به كمك طيف سنجي NIR تعيين شد. تخريب فوتوكاتاليزي آلاينده‌ي آزويي قرمز مستقيم 264 با نانو فريت‌هاي سنتز شده در سيستم ناپيوسته تحت تابش نور مريي و فرابنفش بررسي شد. اندازه‌گيري غلظت‌هاي اوليه و نهايي رنگ به كمك طيف‌سنج UV-Visible صورت گرفت. در سيستم ناپيوسته تاثير پارامترهايي نظير جرم كاتاليزگر، حضور و عدم حضور اكسنده كمكي، نوع تابش نور، غلظت آلاينده و نوع كاتاليزگر به كار رفته مورد بررسي قرار گرفت. مس فريت اثر كاتاليزي بهتري در تخريب فوتوكاتاليزي آلاينده دارا بود. كاتاليزگر‌هاي سنتز شده، در شرايط تابش نور مريي درصد تخريب بالاتري نسبت به تابش فرابنفش داشتند. مطالعات سينتيكي تخريب فوتوكاتاليزي قرمز مستقيم 264 با روش لانگموير- هنشلوود مورد بررسي قرار گرفت و ثابت‌ها و ضريب هم‌بستگي محاسبه شد. هم‌چنين مطالعات ايزوترمي تخريب فوتوكاتاليزي آلاينده‌ مورد بررسي قرار گرفت. در اين محاسبات ايزوترم‌هاي دو، سه و چهار پارامتري مورد مطالعه قرار گرفتند. با به‌كارگيري معادلات ايزوترمي و برنامه curve expert، پارامترهاي ايزومرها و ضرايب هم‌بستگي به دست آمد. در نهايت ميانگين درصد خطاي آن‌ها با به‌كارگيري تابع‌هاي ARE، HYBRID و MPSD و داده‌هاي آزمايشگاهي به كمك برنامه MATLAB محاسبه گرديد.

1397/11/07

Synthesis of Cu and Ni nanoferrites doped with Co2+ and Zn2+, investigation of their structural and pigment properties and catalytic effect on pollutant degradation

11/17/2019 12:00:00 AM

In recent years, the waterways polluted with azo dyes caused serious environmental problems, so they must be removed. Recently, combination of photocatalysis with magnetic separation technology has been widely used for dyes removal from wastewaters. Removal of dyes by ferrites is a good choice because of their easy separation under external magnetic fields and the high surface area of ferrites. In this thesis, four types of ferrite nanoparticles were synthesized by sol gel auto combustion method. The first group is CuFe2O4 and NiFe2O4 nanoparticles as the main group in this study. In second group, new ferrites were prepared by two cationic surfactants: sodium dodecyl sulfate (SDS) and cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) and the influence of adding surfactants on the structural and catalytic properties of the nanoferrites were studied. In the third, new compounds of copper and nickel ferrites nanoparticles doped with Co and Zn cations have been prepared. The last group is related to mixture ferrites of copper and nickel. In this group, NixCu1–xFe2O4 nanoparticles (x= 0.2, 0.4, 0.5, 0.6 & 0.8) were prepared. Powder XRD analysis and FT-IR spectroscopy confirmed the formation of ferrite spinel phase. The average crystallite size of samples was calculated using Scherrer’s equation that was in a good agreement with the experimental results. The morphology and size of the synthesized nanoparticles have been observed by scanning electron microscopy. The energy band gaps were calculated from DRS data. The magnetic property of nanoparticles was measured by AGFM. The spectral reflectance of pigment powder was determined using a NIR spectrophotometer. Photocatalytic degradation of Direct Red 264 azo pollutants by synthesized nanoferrites in batch system were investigated under UV and visible light. Initial and final dye concentration measurements were carried out by UV-Visible spectrophotometer. The effect of parameters such as the mass of catalyst, presence and absence of auxiliary oxidant, pollutant concentrations, radiation types and types of catalysts were investigated, in a batch system. Copper ferrite nanoparticles have better effect than nickel ferrite in photocatalytic degradation of the polutant. The synthesized catalysts have higher degradation percent in visible irradiation compared to UV irradiation. The kinetic studies of dye degradation of DR264 were surveyed using Langmuir–Hinshelwood model and constants and correlation coefficient were calculated. Also, the isothermic studies of photocatalytic degradation of pollutants were analyzied using two parameters, three parameters and four parameters isotherms. The correlation coefficient and isotherm parameters have been achieved using isotherm equations and curve expert software. Finally, average percentage errors were calculated using ARE, HYBRID and MPSD functions and experimental data by MATLAB software.