30024

بررسي تأثير اندازه كريستال اكسيد تيتانيوم بر تخريب فتوكاتاليستي آلاينده آلي آب

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي گرايش كاتاليست

1399

1402/7/9

دكتر امين بازياري- دكتر سميه علي جاني

مهندسي شيمي، نفت و گاز

در اين پروژه ابتدا نانو ذرات تيتانيوم دي اكسيد با استفاده از درصد وزني¬هاي متفاوت اسيد فسفريك به منظور رسيدن به اندازه كريستال¬هاي متفاوت به روش هم رسوبي، سنتز شدند. هدف رسيدن به اندازه كريستال بهينه تيتانيا جهت تخريب محلول رودامين ب بود. اما جهت ارتقاي فعاليت فتوكاتاليستي و جابجايي لبه طيف جذبي به سمت طول موج¬هاي بالاتر و شكاف انرژي كمتر به منظور بررسي ميزان كاركرد در حضور نور مرئي، با كربن نيتريد گرافيتي به روش تلقيح مرطوب كوپل شدند. مشخصه¬يابي كاتاليست¬ها با استفاده از آناليز¬هاي طيف سنجي فروسرخ (FTIR)، آناليز جذب و دفع نيتروژن (BET و BJH)، پراش پرتو ايكس (XRD)، ميكروسكوپ الكتروني روبشي (FESEM)، طيف سنجي پراكندگي انرژي پرتو ايكس (EDS)، طيف سنجي بازتابي اشعه ماوراء بنفش- مرئي (DRS) و طيف سنجي انتشار فوتولومينسانس(PL) انجام پذيرفت. نتايج نشان داد كه همه نمونه¬هاي تيتانيا، ايزوترم مشابه با ساختار مزوحفره دارند. طبق آناليز¬ها، افزايش محتواي اسيد فسفريك به عنوان عامل پراكنده¬كننده، اندازه كريستال و توزيع اندازه منافذ را به اندازه كوچك‌تر تغيير داد و سطح ويژه و حجم حفرات را افزايش داد. با افزايش بيشتر مقدار اسيد، كاهش سطح، افزايش اندازه ذرات و كلوخگي مشاهده ¬شد. نمونه بهينه، توزيع منافذ بهتر را نشان داد و ساختار كروي مانند ذرات تيتانيا و بلوك لايه¬اي مانند كربن نيتريد گرفيتي مشخص شد. آناليز EDS، تأييد كرد كه مواد كربني با موفقيت با فوتوكاتاليست بهينه جفت شدند. با افزايش دماي كلسيناسيون از 300 به °C 700، شدت پيك پراش افزايش يافت كه افزايش درجه بلورينگي TiO2 را نشان داد و در°C 700 فاز روتايل تشكيل شد اما اين افزايش، سينترينگ و كاهش سطح ويژه را نتيجه داد. روند تخريب رودامين ب تا °C 600 افزايشي و سپس كاهشي مشاهده گرديد. با بررسي اثر شرايط عملياتي روي كامپوزيت نهايي نشان داده شد كه تحت شرايط عملياتي بهينه پس از گذشت 20 دقيقه از تابش نور مرئي، 6/98 % رنگ حذف مي¬گردد. نتايج آزمايشات پايداري حاكي از تخريب 28/84% رنگ پس از گذشت 5 چرخه بود. همچنين توانايي تخريب براي رنگ آنيوني اينديگو كارمين (IC) و دو آنتي بيوتيك سيپروفلاكسسين (CIP) و افلاكسسين(OFL) نيز نشان دهنده تخريب 94 % آلاينده IC طي 20 دقيقه تابش و بترتيب 1/99 % و 98% تخريب براي آلاينده¬هاي دارويي CIP و OFL بود كه بيانگر قدرت فتوكاتاليستي منحصر بفرد اين كامپوزيت است.

1402/08/17

nvestigating the effect of titanium oxide crystallite size on the photocatalytic degradation of organic water pollutant

9/30/2024 12:00:00 AM

In this project, first, titanium dioxide nanoparticles were synthesised using different weight percentages of phosphoric acid in order to reach different crystallite sizes by the co-precipitation method. The goal was to reach the optimal crystal size of titania for the degradation of Rhodamine B solution. However, in order to improve the photocatalytic activity and move the edge of the absorption spectrum towards higher wavelengths and a lower energy gap and to check the efficiency in the presence of visible light, they were coupled with graphite carbon nitride by the wet impregnation method. Characterization of catalysts using infrared spectroscopic analysis (FTIR), nitrogen absorption and desorption analysis (BET and BJH), X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscope (FESEM), X-ray energy dispersive spectroscopy (EDS), ultraviolet-visible reflection spectroscopy)(DRS), and photoluminescence emission spectroscopy (PL) were performed. The results showed that all titania samples have the same isotherm and mesopore structure. According to the analysis, increasing the content of phosphoric acid as a peptizing agent changed the crystal size and pore size distribution to a smaller size and increased the specific surface area and pore volume. With increasing the amount of acid, surface reduction, an increase in particle size, and lumpiness were observed. The optimal sample showed a better pore distribution, and a spherical structure like titania particles and a layered block like graphitic carbon nitride were determined. EDS analysis verified that the carbon materials were successfully coupled with the optimal photocatalyst. As the calcination temperature increased from 300 to 700 °C, the intensity of the peak increased, which showed the increase in crystallinity of TiO2, and at 700 °C, the rutile phase was formed, but this increase resulted in sintering and a reduction of the specific surface area. The degradation process of rhodamine B up to 600 °C was observed to increase and then decrease. By examining the effect of operating conditions on the final composite, it was shown that under optimal operating conditions, 98.6% of the colour is removed after 20 minutes of visible light irradiation. The results of the stability tests showed that 84.28% of the paint was degraded after 5 cycles. Also, the destruction for the anionic dye indigo carmine (IC) and two antibiotics, ciprofloxacin (CIP) and ofloxacin (OFL), shows the destruction of 94% of the IC pollutant within 20 minutes of irradiation and 99.1% and 98% destruction for the pharmaceutical pollutants CIP and OFL, which expresses the unique photocatalytic power of this composite.

فرآيند فتوكاتاليستي – اندازه كريستال تيتانيوم دي اكسيد- آلاينده آلي – كربن نيتريد گرافيتي

photocatalytic process - titanium dioxide crystallite size - organic pollutant - graphite carbon nitride

Erfan Tiznobeik

Amin Bazyari - Somayeh Alijani