28977

تهيه الكترودهاي نيمه رسانا حساس شده پليمري فلورسنت جهت تصفيه آب خاكستري

كارشناسي ارشد

شيمي- شيمي تجزيه ـ جداسازي

1399

1402/4/31

روح اله زارع - شاكر حاجتي

خيبر دشتيان

مهندسي شيمي، نفت و گاز

استفاده بي رويه از آنتي بيوتيك ها منجر به وجود بقاياي اين داروها در منابع آب طبيعي مي شود كه نه تنها منجر به آسيب به زيست بوم، بلكه سلامت انسان را نيز تهديد ميكند. براي پرداختن به اين موضوع، استفاده از راديكالهاي هيدروكسيل (•OH) به عنوان يك روش اميدواركننده و سازگار با محيطزيست براي تصفيه كامل آب حاوي آنتي بيوتيك ها ابداع شده است. در ميان روش‌هاي مختلف موجود، تخريب الكتروشيميايي نوري كاتاليزوري (PEC) به عنوان يك روش دوستدار محيط زيست و كارا براي توليد مقدار زيادي راديكال •OH در راستاي تصفيه مؤثر آلاينده‌ها برجسته است. در اين پژوهش، يك روش جديد براي ايجاد يك سامانه PEC كارآمد با قابليت بالا در توليد راديكال‌هايOH پيشنهاد شده است. با استفاده از روش تثبيت الكتروفورتيك مبتني بر آند نوري، كه در آن نانو ورقه‌هاي گرافيتي كربن نيتريد پروتونه‌شده(p-g-C3N4-NSs) نوعn بر روي مش فولادي ضد زنگ آندش شده (ASSM) پوشيده شده با) Cu2O نوع (n قرار گرفتند، به اين امر دست يافتيم. متعاقباً، به منظور جداسازي و انتقال بار، افزايش جذب نور و بهبود عملكرد كليPEC ، سامانه با نقاط كوانتومي پليمري (PQDS) حساس شد. خواص فيزيك وشيميايي، الكترونيكي نوري و هم ترازي نوار آند نوري تهيه شده با استفاده از روش هاي مشخص يابي، XRD، FESEM، EDS، UV-Vis-DRS، PL و آزمايش هاي الكتروشيميايي نوري تاييد شد. نتايج حاصل مناسب بودن و توانايي آند نوري براي جذب محدوده طول موج مرئي پايدار و توليد راديكال هاي OH تقويت شده براي تخريب كارآمد تتراسايكلين (TC) تا 98/65 درصد را نشان داد. همچنين، نتايج به دست آمده خواص جذب نوري عالي و انتقال الكترون PQDS ها را در افزايش فعاليت PEC آند نوري برجسته و حائز اهميت نشان داد. از طرفي، با فعال كردن ناهمگوني طرح S به منظور كاهش نوتركيب الكترون-حفره و ميدان الكتريكي دروني، هم افزايي بين p-g-C3N4-NSs و اجزاي Cu2O به دست آمد. نتايج حاصل از موت شاتكي، جريان نوري گذرا، طيف‌سنجي امپدانس، مدل جنبشي لانگموير هينشلوود و آزمايش‌هاي شناسايي و به دام اندازي راديكال هاي موثر، همراه با نتايج بهينه‌سازي، شواهد بيشتري از اثربخشي رويكرد مورد نظر ارائه كردند. در نتيجه، نانوساختارهاي قابل استفاده مجدد و پايدار توسعه‌يافته، نرخ حذف فوق‌العاده PEC تتراسايكلين 98/65 ٪ را در مدت زمان 100 دقيقه نشان داده و با كاهش 50 درصدي كربن آلي كل (TOC) به معدني سازي مطلوبي حاصل شد. بنابراين، سامانه پيشنهادي مي تواند به عنوان يك رويكرد كارآمد براي اصلاح فاضلاب هاي آلوده به آنتي بيوتيك و كمك به حفاظت از محيط زيست پايدار، مورد استفاده گسترده تر قرار گيرد.

1402/08/08

Preparation of Semiconductor Electrodes Sensitized by Fluorescent Polymers for Electrochemical Wastewater Remediation

7/21/2024 12:00:00 AM

The misuse of antibiotics leads to the presence of antibiotic residues in natural water sources, which not only harms ecosystems but also poses a threat to human health. To address this issue, the utilization of hydroxyl radicals (•OH) has emerged as a promising and environmentally friendly method for thorough water purification. Among the various techniques available, photoelectrochemical (PEC) degradation stands out as a clean and effective approach for generating a large quantity of •OH to treat pollutants efficiently. In this study, we propose a novel method for creating an efficient PEC system capable of producing robust •OH radicals. We achieved this by employing a photoanode-based electrophoretic deposition technique, where n-type protonated graphitic-carbon nitride nanosheets (p-g-C3N4-NSs) were deposited on anodized stainless-steel mesh (ASSM) coated with n-type Cu2O. Subsequently, the system was sensitized with polymeric quantum dots (pQDs) to enhance light harvesting, charge separation, and transfer, thereby improving the overall PEC performance. The physicochemical, optoelectronic, and band alignment properties of the prepared photoanode were confirmed using a range of characterization techniques, including XRD, FESEM, EDS, UV-Vis-DRS, PL, and photoelectrochemical experiments. These analyses demonstrated the suitability and capability of the photoanode to harness sustainable solar energy and generate enhanced •OH radicals for efficient degradation of tetracycline (TC) by 98.65%. The excellent photoabsorption and electron transfer properties of the PQDs were found to be crucial in enhancing the PEC activity of the as-prepared photoelectrode. This was achieved by enabling the S-scheme heterojunction to reduce electron-hole recombination and promote synergistic interfacial contact between the p-g-C3N4-NSs and Cu2O components. The results of mott Schottky, transient photocurrent, impedance spectroscopy, Langmuir Hinshelwood kinetic model, and scavenging experiments, along with optimization efforts, provided further evidence of the effectiveness of our approach. As a result, the developed reusable and stable nanostructures demonstrated an outstanding PEC tetracycline removal rate of 98.65%. within 100 minutes and achieved desirable mineralization with a total organic carbon (TOC) reduction of 50%. Furthermore, our system proved to be an efficient approach for remediating antibiotic-contaminated wastewater, contributing to sustainable environmental protection.

تتراسايكلين , كاپراكسيد , گرافيت كربن نيتريد , الكتروشيميايي كاتاليزوري نوري

tetracycline , cu2o , gC3N4 , photoelectrochemical

Mahsa Fooladi

Dr. Roohollah zare