26473

بررسي فرايند ساخت فوم مسي به روش الكتروشيميايي و تعيين رفتار فوتوكاتاليستي آن در حضور پوشش هاي اكسيدي توليد شده از طريق تلفيق روش هاي آندايزينگ و سل- ژل

دكتري

مهندسي مواد

1400-1401

1401/1/20

دكتر ديواندري- دكتر شبستري

مواد و متالورژي

تحقيق حاضر با هدف مطالعه تأثير اندازه حفره هاي فوم پيش زمينه پلي يورتان در فرايند پوشش دهي الكتروشيميايي به منظور تهيه فوم مسي به عنوان يك سازه متخلخل، سبك و مقاوم در برابر تنش‌هاي مكانيكي به منظور كسب رفتار فوتوكاتاليستي براي تجزيه مواد رنگي و حذف باكتري‌ها از آب انجام شده است. ابتدا، فوم مسي به عنوان يك پيش زمينه فلزي مناسب براي پوشش دهي توسط اكسيد هاي نيمه رسانا انتخاب گرديد. سپس روش پوشش دهي الكتروشيميايي فوم پلي يورتان براي ساخت فوم مسي در نظر گرفته شد و به تأثير نوع جريان اعم از پالسي و مستقيم در سرعت پوشش دهي فوم پرداخته شد و نقش اندازه حفره‌هاي فوم در اين فرايند مورد بررسي قرار گرفت. در ادامه با استفاده از روش آندايزينگ توسط جريان‌هاي پالسي و مستقيم لايه نا‌زكي از اكسيد‌هاي مس (CuxO) روي فوم مسي ايجاد و در ادامه به منظور تهيه كامپوزيت فوتوكاتاليست، با استفاده از روش سل- ژل و عمليات كلسينه كردن در محيط آرگون، لايه‌اي blackTiO2روي نمونه‌ها ايجاد شد. سپس، به كمك روش‌هاي مختلف مشخصه‌يابي از قبيل : تفرق‌سنجي سطحي توسط اشعه ايكس(GI-XRD)، ميكروسكوپ الكترونيSEM)، FE-SEM)، طيف‌سنجي بازتاب نفوذي ماوراء بنفش/مرئي (DRS) براي تجزيه پساب رنگي متيلن بلو و همچنين آزمايشات ضد باكتريايي توسط شمارش كلوني‌هاي باكتري اي_ كولاي، ريزساختار و خواص كامپوزيت‌هاي پوشش داده شده روي فوم مسي مورد بررسي قرار گرفتند. نتايج نشان دادند كه با كاهش قطر حفره‌هاي فوم پلي يورتان، سرعت پوشش دهي الكتروشيميايي توسط مس كاهش يافته و بتدريج با حركت به سمت مناطق مركزي فوم از ضخامت پوشش كاسته مي‌شود. به طوري كه نرخ پوشش دهي پس از 60 دقيقه براي فوم ppi 30 تقريباً 7/11، براي فوم ppi 35 تقريباً 9/5 برابر و براي فوم ppi 40 حدوداً 1/4 برابر فوم ppi70 است. همچنين شواهد نشان دادند كه فرايند تلفيقي آندايزينگ و سل- ژل كلسينه شده در محيط آرگون تحت جريان پالسي، منجر به تشكيلCu2O با ريزساختار اكتاهدرال به همراه black TiO2 مي¬شود، در حالي كه اعمال جريان مستقيم در اين فرايند باعث تشكيل حفره‌هاي ريز از اكسيد‌هايCu2O و CuOبه همراه blackTiO2 شده است. قابليت تجزيه كنندگي47/89% محلول رنگي متيلن بلو و خاصيت ضدباكتريايي93/99%براي باكتري اي- كولاي و داشتن شكاف انرژي ev 95/1 براي اين نمونه در مقايسه با مقادير 93/79% براي تجزيه كنندگي متيلن بلو و 8/99% براي خاصيت ضد باكتريايي و داشتن شكاف انرژي معادل 2 براي نمونه ساخته شده از اكسيد‌هاي اكتاهدرالCu2O و blackTiO2مبين اين حقيقت است كه وجود يون ها و اختلال هاي سطحي blackTiO2منجر به تشكيل يك لايه مياني در ميان نوار-ظرفيت و نوار هدايت شده و ازاين طريق فعاليت فوتوكاتاليستي را به ميزان زيادي افزايش داده است.

1401/02/18

Investigation of electrochemical copper foaming process and determination of its photocatalytic behavior in the presence of oxide coatings produced by combining anodizing and sol-gel methods

4/9/2023 12:00:00 AM

The aim of the present study was to study and construct a porous, lightweight structure resistant to mechanical stresses in order to obtain photocatalytic behavior for the decomposition of pigments and the removal of bacteria from water. First, Cu foam was selected as a suitable metal substrate for coating by semiconductor oxides. Then, the electrochemical coating method of polyurethane foam was considered for making foam and the effect of the type of current, both pulsed and direct, on the coating rate of the foam and the role of the size of the foam holes in this the process was investigated. In the next step, using the anodizing method by pulsed and direct currents, a thin layer of copper oxides on foam is created and then in order to prepare a photocatalytic composite, using the sol-gel method and calcination operations in argon medium. A layer of black titanium dioxide was formed on the samples. Then, the microstructure and properties of the composites coated on the foam were examined by various characterization methods such as: Grazing Incidence X-Ray Diffraction(GI-XRD), electron microscopy (SEM, FE-SEM), UV-Vis diffuse reflection spectroscopy (DRS)For the analysis of methylene blue dye effluent as well as antibacterial experiments by counting bacterial colonies of E. coli. The results showed that by reducing the diameter of polyurethane foam cells, the rate of electrochemical coating by copper decreases and gradually moving towards the central areas of the foam reduces the coating thickness. so that, the coating rate after 60 minutes for 35 ppi foam is about 7.25 times more than 70 ppi foam Then the reasons for this phenomenon were investigated and a physical model was presented to explain this behavior. Evidence also showed that the combined anodizing and sol-gel process used to apply the pulsed current to the photocatalyst resulted in the formation of Cu2O with octahedral microstructure with black TiO2, while pits are formed under direct current with Cu2O and CuO composition as well as black TiO2. Energy gap measurement showed that the energy gap of sample under direct current and sol-gel is 1.95 ev. with degradability of 89.47% and antibacterial 99.93%, it works much better the sample under pulsed current and Sol-gels with an energy gap equivalent to 2 ev.

فوم مسي , پوشش دهي الكتروشيميايي , اكسيد مس , دي اكيد تيتانيم سياه , آندايزينگ , سل- ژل

Cu Foam , Electroplating , Cu oxide , Black titanium dioxide , Anodizing , Sol-gel

Katayoun Mohammadi mollasaraei

Mehdi Divandari- saeed ghodratnamai shabestari