33050

بررسي عوامل مؤثر بر سنتز مورفولوژيك اكسيد هاي فلزي بر پايه روي و مس

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي

1400

27/6/1403

دكتر رضا نوروزبيگي

ندارم

مهندسي شيمي و پتروشي و نفت و گاز

هدف از انجام اين پژوهش سنتز نانوساختارهاي مورفولوژيك اكسيد روي به وسيله موسيلاژهاي گياهي چهار ماده اسفرزه، بارهنگ، به دانه و قدومه به عنوان عوامل شكل‌دهنده و بررسي عوامل مؤثر بر مورفولوژي به منظور جداسازي رنگ از آب است. در ابتدا تأثير عوامل مؤثر در مرحله سنتز با روش هيدروترمال به وسيله به‌كارگيري طراحي آزمايش تاگوچي 16L مورد مطالعه قرار گرفت. شرايط بهينه به منظور رسيدن به حداقل متوسط اندازه كريستاليت بررسي شد. نتايج حاصل از اين مرحله نشان داد كه نمونه بهينه در غلظت زينك نيترات 6 آبه برابر با 1/0 مول، زمان واكنش برابر 3 ساعت، نوع موسيلاژ بارهنگ، دوز موسيلاژ برابر 15 ml و نسبت مولي اوره به روي برابر يك و با متوسط اندازه كريستاليت 9/20 نانومتر قرار دارد. پس از آن براي رسيدن به جواب بهينه حداقل متوسط اندازه كريستاليت از طراحي آزمايش يك فاكتور در هر زمان به وسيله داده‌هاي غربال‌شده طراحي آزمايش تاگوچي 16L استفاده شد كه نتايج حاصل نشان داد كه نمونه بهينه در غلظت زينك نيترات 6 آبه برابر با 05/0 مول، زمان واكنش برابر 3 ساعت، نوع موسيلاژ بارهنگ، دوز موسيلاژ برابر 15 ml و نسبت مولي اوره به روي برابر 5/0 و با متوسط اندازه كريستاليت 5/14 نانومتر قرار دارد. ويژگي‌هاي مختلف ذرات به وسيله آزمون‌هاي FESEM، XRD و EDX مورد مطالعه قرار گرفت كه نشان داد مورفولوژي نمونه بهينه به شكل ميله‌اي با طول حدود 8 نانومتر مي‌باشد. پس از آن در اين پژوهش از سامانه ناپيوسته به منظور حذف رنگ قرمز كنگو به وسيله اكسيد روي مورفولوژيك استفاده گرديد. نمونه 11 با حداكثر ظرفيت جذب برابر 986/9 mg/g به عنوان جاذب بهينه انتخاب گرديد. خصوصيات جاذب بهينه به وسيله آزمون‌هاي مشخصه يابي انجام پذيرفت كه نشان داد مورفولوژي جاذب بهينه به شكل ميله‌اي با طول متوسط حدود 16 نانومتر و با سطح ويژه برابر 361/10 m²/g مي‌باشد. تأثير پارامترهاي جذب شامل زمان تماس، pH محلول، مقدار جاذب، غلظت اوليه محلول رنگ، دما، بازيابي جاذب و سرعت هم زدن مورد بررسي قرار گرفت. نتايج داده‌هاي آزمايشگاهي به وسيله سه مدل هم‌دما (لانگموير، فرندليچ، دوبينين – رادشكويچ و تمكين) برازش شد و بنا به نتايج هم‌دماي جذب لانگموير حذف رنگ قرمز كنگو را تطبيق بهتري با نتايج آزمايشگاهي نشان داد. حداكثر ظرفيت جذب به دست آمده از هم‌دماي لانگموير برابر 481/120 mg/g در دماي محيط مي‌باشد. همچنين معادل سينتيك شبه مرتبه دوم توصيف بهتري از داده‌هاي آزمايشگاهي را نشان داد. در آخر نتايج ترموديناميكي فرآيند خودبه‌خودي و گرمازا با آنتروپي منفي به معني منظم بودن سيستم را نشان داد.

1403/12/08

Investigating factors affecting the morphological synthesis of metal oxides based on zinc and copper

9/17/2025 12:00:00 AM

The objective of this research is the synthesis of morphological zinc oxide nanostructures using plant mucilages from four substances: Cydonia oblonga (quince seed), Lepidium sativum (garden cress), Plantago major (plantain), and Plantago ovata (psyllium) as directing agents, and to investigate the factors influencing morphology for the purpose of dye removal from water. Initially, the effect of influencing factors in the synthesis stage was studied using the hydrothermal method through Taguchi design of experiments L16. The optimal conditions were investigated to achieve the minimum average crystallite size. The results of this stage indicated that the optimal sample was obtained with a zinc nitrate hexahydrate concentration of 0.1 M, a reaction time of 3 hours, Plantain mucilage, a mucilage dosage of 15 ml, and a urea-to-zinc molar ratio of 1, yielding an average crystallite size of 20.9 nm. Subsequently, to achieve the optimal result of the minimum crystallite size, a "one-factor-at-a-time" experimental design based on the screened data from Taguchi L16 was employed. The results showed that the optimal sample was obtained with a zinc nitrate hexahydrate concentration of 0.05 M, a reaction time of 3 hours, Plantain mucilage, a mucilage dosage of 15 ml, and a urea-to-zinc molar ratio of 0.5, yielding an average crystallite size of 14.5 nm. The various characteristics of the particles were examined using FESEM, XRD, and EDX analyses, which demonstrated that the morphology of the optimized sample was rod-like, with a length of approximately 8 nm. Subsequently, a batch system was employed in this study to remove Congo red dye using the morphological zinc oxide. Sample 11, with a maximum adsorption capacity of 9.986 mg/g, was selected as the optimal adsorbent. The characteristics of the optimal adsorbent were analyzed using EDX, BET, FESEM, and FTIR tests, revealing that the optimal adsorbent exhibited a rod-like morphology with an average length of 16 nm and a specific surface area of 10.361 m2/g. The effects of adsorption parameters, including contact time, solution pH, adsorbent dosage, initial dye concentration, temperature, adsorbent regeneration, and stirring speed, were also investigated. The experimental data were fitted to three isotherm models (Langmuir, Freundlich, Dubinin–Radushkevich, and Temkin), and the results indicated that the Langmuir isotherm provided the best fit for the experimental data regarding Congo red dye removal. The maximum adsorption capacity obtained from the Langmuir isotherm was 120.481 mg/g at room temperature. Additionally, the pseudo-second-order kinetic model provided a better description of the experimental data. Finally, the thermodynamic results indicated that the process was spontaneous and exothermic, with negative entropy, suggesting a more ordered system.

سنتز مورفولوژيك، اكسيد روي، موسيلاژ ، جذب سطحي، رنگ قرمز كنگو، سنتز سبز

Morphological Synthesis, Zinc Oxide, Mucilages, Surface Adsorption, Congo Red Dye, Green Synthesis

Mohammadsaleh Ahmadzadeh

Dr. Reza Norouzbeigi