21119

۲۱۱۱۹

ساخت و بررسي نانو فوتوكاتاليست هاي بر مبناي تيتانيا جهت تخريب آلاينده هاي آلي آب

كارشناسي ارشد

ترموسينتيك و كاتاليست

۱۳۹۵

۱۳۹۸/۰۶/۳۱

دكتر امين بازياري - دكتر محمد رضا دهقاني

مهندسي شيمي، نفت و گاز

در اين پژوهش، ابتدا نانوفوتوكاتاليست تيتانيا-سيليكا به روش تلقيح مرطوب سنتز شد. به¬منظور بهبود فعاليت فوتوكاتاليستي آن از اكسيد فلزات تنگستن و بيسموت كه با روش تلقيح¬ مرطوب بر¬روي تيتانيا-سيليكا نشانده شدند، به¬عنوان ارتقادهنده بهره گرفته شد. حضور ارتقا¬دهنده¬هاي اكسيد فلزي باعث جابه-جايي لبه¬ طيف جذبي تيتانيا-سيليكا به سمت طول موج¬هاي بالاتر(¬شكاف انرژي كمتر) گرديد. نانو فوتوكاتاليست بهينه با %50 وزني تيتانيا، %1 وزني تنگستن و 1% وزني بيسموت تحت تابش نورماوراءبنفش بعد از 180 دقيقه در راكتور ناپيوسته ساده و تحت تابش نور مرئي بعد از 180 دقيقه و 90 دقيقه به ترتيب در راكتور ناپيوسته ساده و راكتور ناپيوسته چاه غوطه¬وري به تخريب 100 درصد آلاينده رنگي رودامين ب منجر شد. مشخصه¬يابي نانوفوتوكاتاليست¬هاي سنتز‌‌شده با استفاده از آناليزهاي طيف‌‌سنجي فروسرخ، پراش پرتو ايكس، ميكروسكوپ الكتروني روبشي، طيف¬سنجي پراكندگي انرژي پرتو ايكس، طيف-سنجي بازتاب انتشار انجام پذيرفت. نتايج نشان مي دهند كه با افزودن%1 وزني تنگستن و 1% وزني بيسموت، ساختار فوتوكاتاليست بهينه به صورت مزوحفره و اندازه كريستال¬هاي تيتانيا كاهش يافته كه نشان از بهبود پراكندگي وپايداري نانوفوتوكاتاليست است. همچنين جهت مطالعه نانوفوتوكاتاليست¬ها براي تخريب رودامين ب از طيف‌‌سنج فرابنفش-مرئي بهره گرفته شد. با بررسي پارامترهاي تاثيرگذار بر فعاليت فوتوكاتاليست بهينه در شرايط عملياتي بهينه (6=pH، mg/L15=غلظت اوليه رودامين ب، g/L1 = مقدار كاتاليست،mL 100=حجم محلول آلاينده رنگي، oC25=دماي محلول آلاينده رنگي¬ و mM30=¬غلظت آب اكسيژنه)، تخريب 100 درصد آلاينده در مدت زمان 30 دقيقه تحت تابش نور مرئي بدست آمد كه طي بررسي در 6 چرخه مدوام، بازده تخريب فوتوكاتاليست بهينه به 30 درصد در چرخه 6 ام كاهش يافت. هم‌‌چنين با استفاده از گيراندازهاي مختلف، گونه¬هاي فعال مختلفي در تخريب رودامين ب مورد شناسايي قرار گرفت و مشخص شد كه حفره¬ها (h+) و راديكال¬هاي سوپراكسيد (•O2-) اصلي¬ترين گونه فعال در طي فرآيند تخريب فوتوكاتاليستي است. واژه‌هاي كليدي: تيتانيا-سيليكا، بيسموت، تنگستن، نانوفوتوكاتاليست، رودامين ب، آلاينده آلي، نور مرئي، نور ماوراءبنفش

1398/07/10

Synthesis and investigation of titania-based nanophotocatalysts for degradation of organic pollutants of water

10/2/2019 12:00:00 AM

In this study, titania-silica nanophotocatalysts were first synthesized by wet impregnation metho¬d (WI). To improve its photocatalytic activity, tungsten and bismuth metal oxides, which were deposited on titania-silica using(WI), were used as promoters. The presence of these metal oxide promoters shifted the absorption edge of the titania-silica Differential reflectance spectroscopy toward higher wavelengths (lower energy gap). Optimal nano-photocatalyst with 50% wt% of titania, 1% wt% of tungsten and 1% wt% of bismuth resulted in 100% degradation of Rhodamine B under UV irradiation after 180 min in a batch reactor and under visible light irradiation after 180 min and 90 min in the batch reactor and immersion well reactor, respectively. Characterization of the synthesized nano-photocatalysts was performed using infrared spectroscopy, X-ray diffraction, scanning electron microscopy, X-ray energy dispersive spectroscopy and Diffuse reflectance spectroscopy. The results show that by adding 1% wt% of tungsten and 1% wt% of bismuth, the optimum photocatalytic structure is mesoporous and the size of the titania crystals decreases, indicating improved dispersion and stability of the nanophotocatalysts. Ultraviolet-visible spectroscopy was used to study nano-photocatalysts in the degradation of rhodamine B in the model solution. By studying the Operating parameters affecting the optimum photocatalytic activity under optimum operating conditions (pH = 6, initial concentration of rhodamine B= 15 mg/L, catalyst value=1 g/L, volume of dye solution=100 mL, temperature of dye=25oC and oxygenated water concentration=30 mM), 100% degradation of the pollutant was achieved within 30 minutes under visible light irradiation In 6 continuous cycles, the optimum photocatalytic degradation efficiency was reduced to 30% in the 6th cycle. Also, using different Scavengers, different active species were identified in the degradation of rhodamine B and it was found that the holes (h¬+) and superoxide radicals (O2-•) were the major active species during the photocatalytic degradation process. Keywords: Titania-Silica, Bismuth, Tungsten, Nanophotocatalyst, Rhodamine B, Organic Pollutant, Visible Light, Ultraviolet Light