20142

۲۰۱۴۲

بررسي اثر استفاده از تركيب سوخت هاي آلي بر سنتز و خواص مغناطيسي و فتوكاتاليستي نانوكامپوزيت فريت بيسموت/فريت كبالت تهيه شده به روش احتراق محلولي

كارشناسي ارشد

شناسايي مواد و انتخاب مواد فلزي

1395

۱۳۹۷/۱۲/۰۵

دكتر سيد مرتضي مسعودپناه - دكتر مسعود هاشمي نيا سري

مواد و متالورژي

آلودگي محيط زيست در ابعاد جهاني و كمبود منابع تميز انرژي باعث شده است توجه دانشمندان بر روي مسائل زيست محيطي متمركز شود. يكي از راه هاي مبارزه با آلودگي ها، تجزيه ي مولكول هاي سمي و مضر و تبديل آن ها به مواد غير سمي توسط فرآيندهاي فتوكاتاليستي است. فريت بيسموت به علت شكاف انرژي كوچك و پايداري شيميايي بسيار خوب در طول فرآيند فتوكاتاليستي، مورد توجه قرار گرفته است. در اين پژوهش، ابتدا نانوذرات فريت بيسموت به ‌طور جداگانه با استفاده از سوخت‌هاي آلي مختلف (گلايسين و CTAB) در مقادير مختلف (۲- ۱- ۰/۷۵- ۰/۵= Փ) سنتز شدند و خواص آن‌ها مورد بررسي قرار گرفت. همچنين در نانوذرات فريت بيسموت با سوخت گلايسين اثر نوع گرمادهي يعني روش احتراقي مرسوم، احتراقي به همراه كلسيناسيون ( ۶۰۰ درجه سانتي گراد به مدت 1 ساعت) و احتراقي به كمك مايكروويو مورد بررسي قرار گرفت. در نهايت، نانوكامپوزيت‌هاي BFO/x% CFO در 10،20=x به روش احتراقي مرسوم سنتز شدند. اين دو كامپوزيت خاصيت فتوكاتاليستي نداشتند و خواص مواد جاذب را در هنگام حذف آلاينده متيلن بلو از خود نشان دادند. از طيف‌ سنجي تبديل فوريه مادون قرمز، آناليزهاي حرارتي (TGA/DTA)، آناليزهاي پراش پرتوايكس، تصوير برداري با ميكروسكوپ الكتروني روبشي، مغناطيس سنج نمونه ارتعاشي، محاسبه سطح ويژه، طيف سنجي بازتابي نفوذي، طيف سنجي جذبي فرابنفش-مرئي، آزمايش فتوكاتاليستي و در نهايت آزمون جذب براي بررسي خواص نمونه‌ها در شرايط مختلف استفاده شد. همچنين با انجام آزمايش فتوكاتاليستي، عملكرد پودرهاي فريت بيسموت در تخريب متيلن بلو تحت تابش نور مرئي مورد بررسي قرار گرفت. درنمونه هاي سنتز شده با سوخت CTAB با افزايش Փ اندازه ذرات از محدوده‌ي ۰/۵-۰/۷ ميكرومتر تا ۱۲۰ نانومتر كاهش مي يابد كه علت آن كاهش دماي آدياباتيك است. فريت بيسموت سنتز شده با سوخت CTAB در ۰/۵=Փ پس از گذشت 3 ساعت از تابش، محلول متيلن بلو با غلظت ۱۵mg/L را تا 85 درصد تخريب كرد. نانوكامپوزيت هاي فريت بيسموت-فريت كبالت بعد از گذشت 40 دقيقه مقدار ظرفيت جذب تقريبا ۱۶mg/g را از خود نشان دادند. همچنين مقدار مغناطش پودرهاي نانوكامپوزيت براي دو نمونه BFO-10CFO و BFO-20CFO به ترتيب به مقادير ۶/۳ و ۱۲/۶emu/gرسيد. بنابراين كامپوزيت كردن فريت بيسموت با فريت كبالت، نه تنها خواص مغناطيسي آن را افزايش داد، بلكه راندمان حذف متيلن بلو را به طور چشمگيري بهبود داد. واژه‌هاي كليدي: فريت بيسموت، فرآيند فتوكاتاليستي، سنتز احتراق محلولي، نانوكامپوزيت فريت بيسموت-فريت كبالت

1397/12/14

Investigation the Effect of Using Organic Fuel Composition on the Synthesis & Magnetic & Photocatalytic Properties of Bismuth Ferrite/Cobalt Ferrite Nanocomposite Prepared By Solution Combustion Method

3/5/2019 12:00:00 AM

Abstract: Scientists have been focus on environmental issues due to global environmental pollution and lack of clean energy. One of the ways to overcome with environmental pollution is to decompose toxic and harmful molecules and convert them into non-toxic substances by photocatalytic processes. Bismuth ferrite has been widely considered because of its small bandgap (2/2-2/8 eV) and excellent chemical stability during the photocatalytic process. In this study, bismuth ferrite nanoparticles were initially synthesized by using various organic fuels (glycine and CTAB) in various amounts (Փ =0.5, 0.75, 1 and 2) and their properties were investigated. Type of heating, namely conventional combustion, combustion with calcination (600 °C for 1 h) and microwave-combustion were investigated for the bismuth ferrite nanoparticles which are synthesized with glycine fuel. Finally, BFO/x% CFO nanocomposites with two different molar ratios x=10, 20 were synthesized by solution combustion method. Composites did not exhibit photocatalytic properties and exhibited adsorbing properties for removing organic contaminant like methylene blue. Infrared spectroscopy, thermal analysis (TGA/DTA), X-ray diffractometry, electron microscopy, vibrating sample magnetometry, nitrogen adsorption–desorption, diffuse reflectance spectroscopy techniques, UV-Visible absorption spectrometry, and photocatalytic and absorption test were used to investigate the properties of nanoparticles in different conditions. Also, by performing a photocatalytic study, the performance of bismuth ferrite powder was investigated in methylene blue degradation under visible light irridation. In the samples synthesized with CTAB, the particle size decreases from (0/5-0/7μm) to 120 nm with increasing Փ due to the decreasing adiabatic temperature. The bismuth ferrite synthesized with CTAB fuel at Փ =0.5, after 3 hours of radiation, destroyed 85% of methylene blue solution (15mg/L). Bismuth-ferrite/cobalt ferrite nanocomposites showed an absorption capacity approximately 16 mg/g after 40 minutes. Also, the magnetization of nanocomposite powders of BFO-10CFO and BFO-20CFO reached the values of 6.3 emu/g and 12.6 emu/g, respectively. Therefore, the composite of bismuth ferrite with cobalt ferrite not only increased its magnetic properties, but also significantly improved the methylene blue removal efficiency. Keywords: Bismuth ferrite, Photocatalytic Process, Solution Combustion Synthesis, Bismuth ferrite - Cobalt ferrite Nanocomposites