• شماره ركورد
    34792
  • پديد آورنده

    فيروزه سليميان

  • عنوان
    مطالعه تجربي تاثير نانو ذره‌هاي اكسيد فلزي قلع و روي و كامپوزيت آن‌ها در جذب وحسگري دي‌اكسيدكربن به روش هدايت‌سنجي
  • مقطع تحصيلي
    كارشناسي ارشد
  • رشته تحصيلي
    مهندسي شيمي
  • سال تحصيل
    1402
  • تاريخ دفاع
    1404/12/23
  • استاد راهنما
    دكتر عليرضا همتي
  • استاد مشاور
    دكتر احد قائمي
  • دانشكده
    مهندسي شيمي
  • چكيده
    در اين تحقيق، نانواكسيد قلع (SnO₂)، نانواكسيد روي (ZnO) و نانوكامپوزيت آن‌ها براي جذب و حسگري گاز CO₂ مورد بررسي قرار گرفتند. تحليل‌هاي ساختاري با استفاده از تكنيك‌هاي XRD، FTIR و SEM نشان داد كه نانوكامپوزيت‌ها داراي ساختار مناسب و سطح ويژه بالايي براي جذب CO₂ هستند. ظرفيت جذب نانوكامپوزيت با نسبت SnO2 75%/ZnO 25% برابر با mmol/gr 3.6 در شرايط bar 1 و دماي C 25°به دست آمد كه نسبت به ZnO خالص (mmol/gr2.2) و SnO₂ خالص (mmol/gr2.7 ) افزايش قابل توجهي نشان داد. براي بهينه‌سازي شرايط جذب از روش سطح پاسخ (RSM) با طراحي مركب مركزي استفاده شد و نتايج نشان داد دما، فشار و تشكيل نانوكامپوزيت تأثير معناداري بر ظرفيت جذب دارند. در شرايط بهينه (C25°، فشار bar9 و بارگذاري نانوكامپوزيتSnO2 75%/ZnO 25%) ظرفيت جذب به mmol/gr 7.741 رسيد. مدل ايزوترم لانگموير بهترين برازش را با داده‌هاي تجربي داشت و نشان داد جذب CO₂ بر روي نانوكامپوزيت عمدتاً فيزيكي است. نتايج سينتيكي نيز بيانگر تطابق بهتر مدل شبه مرتبه دوم با داده‌هاي تجربي بود، هرچند بررسي پارامترهاي ترموديناميكي نشان داد فرايند جذب ماهيتي فيزيكي، تك‌لايه و برگشت‌پذير دارد. تحليل ترموديناميكي نيز گرمازا و خودبه‌خودي بودن فرايند جذب را تأييد كرد. در آزمون احياي چرخه‌اي، نانوكامپوزيت ZnO/SnO₂ پس از پنج چرخه جذب و احيا حدود 90% از ظرفيت اوليه خود را حفظ كرد كه بيانگر پايداري و تكرارپذيري مناسب آن در شرايط عملياتي است. در بخش حسگري گاز CO₂، حسگرهاي مبتني بر ZnO/SnO₂ با تركيب SnO₂75% وZnO %25 عملكرد بهتري نسبت به حسگرهاي خالص نشان دادند. اين بهبود به دليل افزايش سايت‌هاي فعال سطحي، ايجاد مرزهاي ناهمگن ميان فازها و بهبود رسانايي الكتريكي است. بررسي عملكرد سنسورهاي مقاومتي شيميايي مبتني بر SnO₂، ZnO و نانوكامپوزيت SnO₂–ZnO نشان داد نمونه نانوكامپوزيتي داراي بيشترين پاسخ ولتاژي (ΔV)، كوتاه‌ترين زمان پاسخ و بازيابي و بيشترين درصد كاهش ولتاژ است. در دماي C250° و حالت ناپيوسته، پاسخ نانوكامپوزيت به 1.4 ولت رسيد و زمان پاسخ آن حدود 20–30 ثانيه و زمان بازيابي 25–35 ثانيه ثبت شد كه نشان‌دهنده رفتار ديناميكي سريع‌تر نسبت به SnO₂ و ZnO خالص است. در مجموع، تركيب بهينه نانوكامپوزيتSnO2 75%/ZnO 25% موجب افزايش حساسيت، سرعت پاسخ و پايداري سنسور در شرايط عملياتي گرديد. كلمات كليدي: حسگر مقاومتي، جذب، CO₂، نانوكامپوزيت، نانواكسيد روي، نانواكسيد قلع، هدايت‌سنجي
  • تاريخ ورود اطلاعات
    1405/02/21
  • عنوان به انگليسي
    Experimental Investigation of SnO₂ an‎d ZnO Nanoparticles an‎d Their Composite for CO₂ Adsorption an‎d Chemiresistive Sensing Applications
  • تاريخ بهره برداري
    3/14/2027 12:00:00 AM
  • دانشجوي وارد كننده اطلاعات

    فيروزه سليميان

  • چكيده به لاتين
    In this study, tin oxide (SnO₂), zinc oxide (ZnO) nanoparticles, an‎d their composite structures were investigated for CO₂ adsorption an‎d sensing applications. Structural analyses using XRD, FTIR, an‎d SEM techniques confirmed that the nanocomposites possess an appropriate morphology an‎d a high specific surface area favorable for CO₂ adsorption. Specifically, the adsorption capacity of the SnO₂ (75%)/ZnO (25%) nanocomposite was 3.6 mmol/g at 1 bar an‎d 25 °C, representing a remarkable enhancement compared to pure ZnO (2.2 mmol/g) an‎d pure SnO₂ (2.7 mmol/g). To optimize the adsorption conditions, the response surface methodology (RSM) based on the central composite design (CCD) was employed. The results revealed that temperature, pressure, an‎d the SnO₂–ZnO composite formation significantly influence the adsorption capacity. Under the optimized conditions (25 °C, 9 bar, an‎d 75% SnO₂ / 25% ZnO composition), the adsorption capacity reached 7.741 mmol/g. The Langmuir isotherm model provided the best fit to the experimental data, indicating that CO₂ adsorption on the nanocomposite occurs via a physical adsorption mechanism. Although the kinetic analysis showed a better correlation with the pseudo-second-order model, the thermodynamic parameters confirmed that the process is physical, reversible, an‎d monolayer in nature. Thermodynamic eva‎luation further demonstrated that the adsorption process is exothermic an‎d spontaneous. In cyclic regeneration tests, the ZnO/SnO₂ nanocomposite retained about 90% of its initial adsorption capacity after five adsorption–desorption cycles, confirming its excellent stability an‎d reusability under various operating conditions. In the CO₂ gas-sensing section, sensors based on ZnO/SnO₂ (75% SnO₂ an‎d 25% ZnO) exhibited superior performance compared to pure SnO₂- an‎d ZnO-based sensors. This improvement arises from the synergistic interaction between the two oxides, where SnO₂ provides high surface adsorption capability, an‎d ZnO contributes to an increased number of active sites. The chemiresistive-type sensors based on SnO₂, ZnO, an‎d their nanocomposite (75:25 ratio) were eva‎luated for CO₂ detection. The synthesized nanocomposite sensor demonstrated the highest voltage response (ΔV), shortest response/recovery times, an‎d greatest voltage dro‎p percentage compared to the pristine materials. At 250 °C under batch conditions, the composite sensor exhibited a response of 1.4 V, with a response time of 20–30 s an‎d a recovery time of 25–35 s, indicating faster dynamic behavior than pure SnO₂ an‎d ZnO. This enhanced sensing performance is attributed to the formation of heterogeneous interfacial regions, the increased number of active sites, an‎d improved electrical conductivity. The optimized composition of 75% SnO₂ an‎d 25% ZnO effectively enhanced the sensitivity, speed, an‎d stability of the CO₂ sensor under operational conditions. Keywords: chemiresistive sensor, adsorption, CO₂, nanocomposite, zinc oxide, tin oxide, conductivity
  • كليدواژه هاي فارسي
    حسگر مقاومتي , جذب , CO₂ , نانوكامپوزيت , نانواكسيد روي , نانواكسيد قلع , هدايت سنجي
  • كليدواژه هاي لاتين
    chemiresistive sensor , adsorption , CO₂ , nanocomposite , zinc oxide , tin oxide , conductivity
  • Author
    Firouzeh Salimian
  • SuperVisor
    Dr.Alireza Hemmati