20496

۲۰۴۹۶

سنتز و شناسايي كامپوزيت هاي بر پايه سيليسيم متخلخل و بررسي كاربردهاي كاتاليزوري آنها در فرآيند حذف گوگرد از تركيبات نفتي و حذف نيترات از آب

دكتري

شيمي تجزيه

۱۳۹۲

۱۳۹۷/۱۰/۲۵

دكتر منصور انبياء

شيمي

نانوساختارهاي سيليسيمي از جمله سيليسيم متخلخل، حاصل اصلاحات مختلف در مقياس نانو روي سيليسيم است كه منجر مي¬شود اين مواد، خواص كاملا جديد و متفاوتي نسبت به سيليسيم حجيم داشته باشند. اگرچه، سيليسيم متخلخل از دهه 1990 به طور گسترده شناخته شده و مورد مطالعه قرار گرفته است، بسياري از ويژگي¬هاي منحصر به فرد آن هنوز كشف نشده¬اند. در اين رساله، پودر سيليسيم به روشهاي مختلف حكاكي و خواص و ويژگي¬هاي آن مطالعه و شناسايي شده است. خواص و كارايي سيليسيم حكاكي¬شده طي دو مرحله، به عنوان كاتاليزگر نوري مورد بررسي قرار گرفت. با افزايش مساحت سطح پس از متخلخل كردن هرم¬هاي ايجاد شده روي سطح سيليسيم حكاكي شده، ميزان جذب تابش به خصوص در طول موج¬هاي كوتاه افزايش يافت. شكاف نواري سيليسيم پس از دو مرحله حكاكي با استفاده از رابطه تاك eV 6ر1 بدست آمد. حضور همزمان هرم¬ها و نانو حفرات روي سطح سيليسيم حكاكي شده عامل كليدي براي جذب بالاي انرژي خورشيدي جهت حذف آلاينده¬هاي محيطي محسوب مي¬شود. 1ر0 گرم از سيليسيم حكاكي شده طي دو مرحله به عنوان كاتاليزگر نوري منجر به تخريب 30 ميلي¬ليتر محلول متيل رد با غلظت 4-10 × 1 مولار پس از يك ساعت با كارايي 8ر95 درصد مي¬شود. افزون براين از ساير نمونه¬هاي حكاكي شده به عنوان پايه و بستر جهت قرار گرفتن نانو ذرات فلزي استفاده شد. نمك¬هاي موليبدن، آهن و روتنيم براي تهيه كاتاليزگرهاي فرآيند گوگردزدايي اكسايشي مدل¬هاي نفتي و نمك¬هاي آهن و مس براي نشاندن نانو ذرات فلزي روي سطح سيليسيم حكاكي شده به منظور كاهش شيميايي نيترات موجود در آب بكار گرفته شدند. با روش¬هاي مختلف ساختار و تركيب شيميايي سطح، ريخت شناسي و اندازه نانو ذرات فلزي مطالعه و بررسي شدند. اكسايش كاتاليزي دي بنزوتيوفن به دي بنزوتيوفن سولفون در حضور هيدروژن پراكسيد به عنوان اكسنده و با كاتاليزگرهاي MoO3/Si ، Fe2O3/Si و RuO2/Si، مورد بررسي قرار گرفت. در هر مورد عوامل موثر بر بازده از قبيل دما، زمان، غلظت گوگرد و ميزان فلز نشانده شده بهينه شد. براي افزايش بازدهي و افزايش تعداد دفعات بازيابي، كاتاليزگر MoO3/Si/PVA سنتز و شكل¬دهي شد. بدين ترتيب تحت شرايط بهينه تعيين شده 150 دقيقه زمان واكنش و دماي 60 درجه سانتي¬گراد، كارايي كاتاليزگر MoO3/Si/PVA به 7ر93 درصد مي¬رسد. دانه¬هاي كاتاليزي حاصل به راحتي از محلول واكنش جدا مي¬شوند. كارايي كاتاليزگر بعد از 5 بار بازيابي و استفاده، كاهش قابل توجهي نشان نمي-دهد. جهت حذف شيميايي نيترات موجود در آب از نانو ذرات آهن صفر ظرفيتي با اندازه ذرات بين 30 تا 100 نانومتر قرار گرفته روي سطح سيليسيم حكاكي شده در محلول قليايي استفاده شد. كامپوزيت سنتز شده قادر است صرفنظر از pH اوليه محلول، نيترات با غلظت اوليه ppm100 را به طور كامل در مدت زمان كوتاه 20 دقيقه حذف كند. مس براي حذف كاتاليزي نوري نيترات روي سطح سيليسيم حكاكي شده نشانده شد و كارايي حذف آن براي نيترات با غلظت اوليه ppm50 بعد از 120 دقيقه به تقريبا 92 درصد مي¬رسد. واژه¬هاي كليدي: سيليسيم متخلخل، نانو ذرات فلزي، كاتاليزگر، گوگردزدايي اكسايشي، نيترات.

1398/02/23

Synthesis & characterization of composites based on porous silicon and investigation of their catalystic applications in desulfurization of oil & nitrate of water

1/15/2020 12:00:00 AM

Different nanoscale modifications on silicon lead to the production of silicon nanostructures such as porous silicon, which has completely different properties than bulk silicon. Although porous silicon has been widely recognized and studied since the 1990s, many of its unique features have not yet been discovered. In this study, silicon powder was etched in different methods. The properties and characteristics were studied and identified. Properties and efficiency of etched silicon in two stages were investigated as a photocatalyst. By increasing the specific surface area after porosification of pyramids structured silicon, the absorption of radiation increased, especially in the short wavelength range. The band gap of porous-pyramids structured silicon estimated as 1.6 eV from Tauc relation. The presence of combining pyramids and nano porosification was the key factor to capture solar energy for eliminating environmental pollutants. 0.1 g of porous-pyramid silicon as a photocatalyst degraded 30ml of methyl red 1× 10-4 M after 1 h with an efficiency of 95.8%. In addition, other etched silicon samples were used as a supporter of metal nanoparticles. Molybdenum, iron, and ruthenium salts were used for the catalysts preparation for oxidative desulfurization of model oil and iron and copper salts for loading of metal nanoparticles on the surface of the etched silicon to reduce the chemical denitrification of water. Surface structure, chemical composition, morphology and metal nanoparticle size have been studied with different methods. The catalytic oxidation of dibenzothiophene to dibenzothiophene sulfone was investigated in the presence of hydrogen peroxide as the oxidizing agent and with MoO3 / Si, Fe2O3 / Si and RuO2 / Si catalysts. In each case, the factors affecting efficiencies such as temperature, time, sulfur concentration and metal content were optimized. The MoO3/Si/PVA catalyst was synthesized and granulated to increase the efficiency and the recovery. MoO3/Si/PVA catalyst efficiency is 93.7% on the optimum conditions, 150 min and at 60◦C. The beads could be easily separated from the solution and indicated reusability after 5 cycles. Zero-valent iron nanoparticles between 30-100 nm loaded on etched silicon in the alkaline solution for chemical reduction of nitrate in water. The synthesized composite can remove nitrate (100ppm) in the short time, independent of the initial pH of the solution. This composite completely was separated from the solution with the external magnetic field. Copper loaded on the surface of etched silicon can remove by photocatalytic reduction of nitrate (50ppm) in water after 120 min (⁓92%). Keywords: Porous silicon, Metal nanoparticles, catalyst, Oxidative desulfurization, Nitrate.