27900

تهيه و شناسايي نانو كامپوزيت هاي سه جزئي بر پايه چارچوب هاي فلز-آلي و بررسي عملكرد فوتوكاتاليزوري آن‌ها در حذف آلاينده‌هاي محيط زيستي كروم شش ظرفيتي و داروي مروپنوم

كارشناسي ارشد

نانوشيمي

1399

1401/11/24

دكتر وحيد صفري فرد

شيمي

در سال‌هاي اخير، طراحي نانومواد به‌عنوان فوتوكاتاليست‌هايي كه مي‌توانند انرژي بي‌نهايت نور خورشيد را به انرژي شيميايي تبديل كنند، به عنوان راه‌حل جديدي براي تصفيه آب پيشنهاد شده است. در اين پايان‌نامه در قالب دو پژوهش، به تهيه كامپوزيت‌هايي بر پايه‌ي چارچوب‌هاي فلز-آلي و مشتقات آن‌ها براي بررسي حذف آلاينده‌هاي محيط‌زيستي از پساب‌ها مي‌پردازيم: در پژوهش اول، كامپوزيت هسته-پوسته با هسته اي از نوع كبالتيت و پوسته اي از نوع چارچوب فلز-آلي با فرمول NiCo2O4@MOF-801 تهيه شد و در مرحله بعد لايه اي جديد از چارچوب فلز-آلي MIL88A اضافه شد تا فوتوكاتاليست سه لايه NiCo2O4@MOF-801@MIL88A تهيه گردد. سپس اين كامپوزيت با موفقيت براي تخريب يا كاهش آلاينده‌هاي محلول در آب مورد استفاده قرار گرفت. فوتوكاتاليست تهيه شده توسط روش‌هاي XRD، IR، XPS، TEM، SEM، TGA، BET، EIS، PL، و UV-Vis مورد شناسايي قرار گرفت. با توجه به تجزيه و تحليل ساختاري و نوري انجام شده و هم‌افزايي بين اجزا، بازتركيبي حامل‌هاي بار، كاهش يافته و در نتيجه عملكرد فوتوكاتاليستي افزايش يافته است. در ادامه آزمايش‌هاي فوتوكاتاليستي براي كاهش كروم(VI) و تجزيه آنتي‌بيوتيك‌ها براي يافتن عملكرد بهينه انجام شد. در نتيجه، مشخص گرديد كه كامپوزيت NiCo2O4@MOF-801@MIL88A مي‌تواند به‌طور كامل كروم(VI) را در مدت زمان 45 دقيقه كاهش دهد كه نسبت به هر يك از اجزاي خالص عملكرد بهتري از خود نشان مي دهد. در پژوهش دوم، ساختار MOF-808/Bi-BDCبرپايه كامپوزيت كردن دو چارچوب‌ فلز-آلي با يكديگر براي افزايش بازده فوتوكاتاليستي Bi-BDC سنتز شد. سپس با توجه به اينكه كامپوزيتMOF-808/Bi-BDC همچنان در نور مرئي عملكرد فوتوكاتاليستي خوبي را نشان نداد، مشتق‌سازي جزئي چارچوب‌ فلز-آلي Bi-BDC انجام گرديد تا با ايجاد جز سوم BiOBr جذب نور مرئي بهبود يابد. در نتيجه كامپوزيت سه جزئي MOF-808/Bi-BDC/BiOBr تهيه شد. نتايج نشان مي دهد همچنان كه كامپوزيت دوتايي Bi-BDC/BiOBr، نتايج فوتوكاتاليستي قابل قبولي را در نور مرئي اراده مي دهد، حضور MOF-808 باعث بهبود فعاليت فوتوكاتاليستي شده كه مي‌توان آن را به ايجاد مكانيسم طرح Z و جداسازي كامل حامل‌هاي بار ارجاع داد. در نهايت، عملكرد فوتوكاتاليستي MOF-808/Bi-BDC/BiOBr جهت بررسي كاربرد كاهش كروم(VI) به كروم(III) با استفاده از تابش نور مرئي انجام شده است. مجموعه‌اي از نتايج به دست آمده از طريق آناليزهاي IR، XRD، SEM، EIS، PL، و UV-Vis نشان داد كه اين كامپوزيت به خواص برتري در مقايسه با اجزا به صورت تكي يا كامپوزيت‌هاي دوتايي مجزا رسيده است و همچنين، عملكرد فوتوكاتاليستي مناسبي در كاهش كروم شش ظرفيتي نشان داده است.

1401/12/02

Preparation and characterization of three-component nanocomposite based on metal-organic frameworks and investigating their photocatalytic performance in removing environmental pollutants of hexavalent chromium and Meropenem drug

2/13/2024 12:00:00 AM

Energy problems are a fundamental concern in a global society that can be solved by replacing sustainable energies. In recent years, the design of nanomaterials as photocatalysts that can produce chemical energy using the infinite energy of sunlight has become a new solution for water purification. The photocatalytic process by heterogeneous structures has been widely considered a practical approach to address today's severe environmental pollution issues because it can destroy toxic and persistent organic compounds in water or air quickly and with an environmentally friendly approach. In the first study, NiCo2O4@MOF-801 has synthesized with multiple properties, and then a novel three-layer NiCo2O4@MOF-801@MIL88A photocatalyst was successfully synthesized to improve the meropenem degradation, and Cr(VI) reduction. The prepared photocatalyst was characterized by XRD, IR, XPS, TEM, SEM, TGA, BET, EIS, PL, and UV–vis. According to the structural and optical analysis performed, the interaction between the components formed a heterojunction structure that prevented the recombination of the charge carriers and increased the photocatalytic performance. Photocatalytic simulation tests were also proved to reduce chromium and degrade antibiotics to find the optimal heterogeneous performance. As a result, NiCo2O4@MOF-801@MIL88A composite can completely reduce Cr(VI) in 45 minutes, which is strongly preferable to any pure component's performance. Overall, this work offers a low-cost but high-efficient material that can remove organic and inorganic contaminants from water. In the second study, the structure of MOF-808/Bi-BDC was synthesized based on the composite of two metal-organic frameworks to reduce the energy gap of Bi-BDC. Then, due to the non-activity of the MOF-808/Bi-BDC composite in visible light, partial derivatization of the Bi-BDC metal-organic framework was done to improve light absorption by creating a third component (BiOBr). On the other hand, in the experiments, the presence of MOF-808 improved the photocatalytic activity of the Bi-BDC/BiOBr composite, which can be related to the creation of the Z-scheme mechanism and the complete separation of charge carriers. Finally, the photocatalytic performance of MOF-808/Bi-BDC/BiOBr is reported to investigate the application of Cr (VI) reduction to Cr(III) using visible light irradiation. A set of results obtained through IR, XRD, SEM, EIS, PL, and UV-Vis analyses showed that this composite has achieved superior properties compared to single components or separate binary composites, as well as good photocatalytic performance. It has been shown in the reduction of hexavalent chromium. To investigate this reaction more closely, the factors affecting the photocatalytic performance of chromium reduction were investigated in detail.

تصفيه آب , چارچوب فلز-آلي , ساختار ناهمگن , فوتوكاتاليست

Metal-organic frameworks

Mahnaz Bakhtian

Dr. Vahid Safarifard