22021

22021

بررسي سينتيكي حذف (فيزيكي-شيميايي) مواد آلي از پساب هاي صنعتي

كارشناسي ارشد

استخراج فلزات

1399/1/27

دكتر سيد مرتضي مسعودپناه - دكتر سميه اعلم الهدي

دكتر عليرضا ولي پور مرندي

مواد و متالورژي

در سال‌هاي اخير، نيمه‌هادي CuFe2O4 به دليل دارابودن خواص مغناطيسي عالي، هدايت الكتريكي و پايداري حرارتي بالا و فعاليت فوتوكاتاليستي مؤثر، بسيار مورد توجه قرار گرفته است. در اين پژوهش، نانوذرات و نانوكامپوزيت‌هاي CuFe2O4 و CuFe2O4/RGO با استفاده از دو روش احتراق محلولي و سولووترمال سنتز شدند. ساختار، مورفولوژي، خواص مغناطيسي و نوري پودرهاي به‌دست آمده براساس نسبت‌هاي سوخت گلايسين 1، 5/1 و 2 و مقادير گرافن‌اكسايد 0، 5، 10 و 15% وزني در روش احتراق محلولي و اثر مقدار حلال‌هاي آب/ اتيلن‌گليكول (cc 50-10) در نمونه‌هاي سنتزشده در دماي oC180 و زمان 6 ساعت به روش سولووترمال، با استفاده از روش‌هاي مشخصه‌يابي مختلف مورد بررسي قرار گرفتند. نتايج آناليز فازي نشان داد كه در روش احتراق محلولي CuO و Cu و در روش سولووترمال، Cu2O و Cu به عنوان فازهاي جانبي در كنار فاز اصلي تشكيل شده‌اند. كاهش گرافن اكسايد در حين فرآيند احتراق به‌وسيله‌ي طيف‌سنجي رامان با حضور پيك‌هاي D و G اثبات شد. هم‌چنين با بررسي‌هاي ريزساختاري مشخص شد كه نانوذرات CuFe2O4 روي صفحات RGO توزيع شده اند. مشاهده شد كه با افزايش نسبت سوخت در روش احتراق محلولي، تخلخل ساختار افزايش يافت. ذرات در روش احتراق محلولي داراي مورفولوژي صفحه‌اي‌شكل بودند ولي در روش سولووترمال، ذراتي با مورفولوژي كروي‌ تشكيل شدند. اندازه ذرات به دست‌آمده در روش سولووترمال، ريزتر از روش احتراق محلولي و در محدوده‌ي nm20-15 بود. مقادير مغناطش اشباع و كوئرسيويتي براي نمونه‌هاي حاصل از احتراق محلولي emu/g 79/70 و Oe 275 و براي نمونه‌هاي سنتزشده به روش سولووترمال emu 18/46 و Oe 45/52 به دست آمد. هم‌چنين عملكرد فوتوكاتاليستي نمونه‌هاي تهيه‌شده با هر دو روش، براي تجزيه‌ي رنگدانه‌هاي آلي متيلن‌بلو و متيل‌اورنج در ناحيه‌ي مرئي مورد مطالعه قرار گرفتند. نتايج نشان داد كه بهطور كلي، عملكرد فوتوكاتاليستي به شدت تحت تأثير فازهاي ناخواسته و ثانويه‌ي تشكيل شده است. بدين صورت كه در نمونه‌ي سنتزشده به روش سولووترمال كه در آن Cu2O تشكيل نشده است، مقدار تجزيه‌ي فوتوكاتاليستي به 99% رسيده است. هم‌چنين، در روش احتراق محلولي، افزايش GO و سوخت، باعث افزايش مقدار تجزيه‌ي متيلن بلو تا 92% شده است. علاوه‌براين، بررسي‌هاي سينتيكي نشان داد كه با تغيير مقدار pH از 2 تا 9، مقدار تجزيه‌ي متيلن بلو براي دو G2G10 و 50E-10 سنتزشده به دو روش احتراق محلولي و سولووترمال، به ترتيب به 98% و 99% رسيد. با استفاده از مدل سينتيكي لانگموير-هينشلوود، مقادير ثابت سرعت براي اين دو نمونه در غلظت ppm2، به ترتيب 024/0 و (min-1) 021/0 به دست آمد. با بررسي مكانيزم انجام فرآيند فوتوكاتاليستي مشخص شد كه عامل اصلي اكسيداسيون، راديكال‌هاي O2- بود.

1399/04/18

kinetic study of (physico-chemical) removal of organic matter from industrial wastewater

1/1/1900 12:00:00 AM

In recent years, CuFe2O4 particles have received much attention due to their excellent magnetic properties, high electrical conductivity and thermal stability, and effective photocatalytic activity. In this study, CuFe2O4 and CuFe2O4/RGO nanoparticles and nanocomposites were synthesized using two methods of solution combustion and solvothermal combustion. Structure, morphology, magnetic and optical properties of the powders were obtained based on glycine fuel ratios of 1, 1.5 and 2 and graphene oxide values of 0, 5, 10 and 15 wt% in solution combustion method and the effect of water / ethylene glycol (10-50 cc) solvents in synthesized samples at 180 oC and 6 h time in solvothermal method were investigated using different characterization methods. The results of phase analysis showed that Cu2O and Cu in the solution combustion method and Cu2O and Cu as side phases formed alongside the main phase. Graphene oxide reduction during the combustion process was demonstrated by Raman spectroscopy with the presence of D and G peaks. Also, microstructural examination revealed that CuFe2O4 nanoparticles were distributed on RGO sheets. It was observed that by increasing the fuel ratio in the solution combustion method, the porosity of the structure increased. The particles had a plate-like morphology in the solution combustion method, but in the solvothermal method, particles with a spherical morphology were formed. The particle size obtained in the solvothermal method was smaller than that of the solution combustion method in the range of 15-20 nm. The saturation magnetization and coercivity values were 70/79 and 275 Oe for solution combustion samples and 46.18 and 52.45 Oe for synthesized solvothermal samples, respectively. The photocatalytic performance of the samples prepared by both methods was also studied for the degradation of organic dyes of methylene blue and methyl orange in the visible region. The results showed that, in general, the photocatalytic performance was strongly influenced by the unwanted and secondary phases. Thus, the amount of photocatalytic degradation reached 99% in the sample synthesized by a solvothermal method where no Cu2O was formed. Also, in the solution combustion method, increasing the GO and fuel, increased the methylene blue degradation rate by 92%. In addition, kinetic studies showed that by varying the pH from 2 to 9, the degradation rate of methylene blue for two different samples synthesized by both solvothermal and solution combustion methods reached 99% and 98%, respectively. Using Langmuir–Hinshelwood (LH) kinetic model, velocity constant values for the two samples G2G10 and 50E-10 were obtained 0.024 and 0.021 (min-1), respectively.