سنتز نانوکامپوزیت تیتانیا- سیلیکا-آهن جدید برای تخریب فوتوکاتالیستی متیل اورانژ به عنوان مدل آلاینده آب

نانومواد

مقاله 3، دوره 12، شماره 41، فروردین 1399، صفحه 21-31   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

منا سعیدفر¹؛ مهدیه صادق‌پور^{* 1}؛ وجیده تاجر کجینه باف²

¹گروه شیمی، واحد تاکستان، دانشگاه آزاد اسلامی، تاکستان، ایران

²گروه مهندسی مواد، واحد تاکستان، دانشگاه آزاد اسلامی، تاکستان، ایران

چکیده

از فرآیندهای جدید در مقیاس نانو می‌توان در تصفیه آب‌های سطحی، آب‌های زیرزمینی و فاضلاب‌های صنعتی آلوده به یون‌های فلزی سمی، رادیونوکلوئیدها، املاح آلی و معدنی، باکتری‌ها و ویروس‌ها استفاده نمود. یکی از مواد بسیار پرکاربرد در این زمینه، دی اکسید تیتانیوم است که به دلیل داشتن خاصیت فتوکاتالیستی، بسیار مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. بر این اساس، در این پژوهش، سل- ژل پلیمری اکسید تیتانیوم- اکسید سیلیسیم همراه با افزودنی آهن تهیه شد و ساختار آن با استفاده از آنالیزهای طیف‌سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (FT-IR) و الگوی پراش اشعه ایکس (XRD) شناسایی شد. فعالیت فوتوکاتالیستی کامپوزیت سنتزی نیز بر پایه میزان تخریب متیل اورانژ به عنوان مدل آلاینده در مجاورت آن و در حضور امواج فرابنفش بررسی شد و تغییرات غلظت محلول با استفاده از دستگاه طیف‌سنج ماوراء بنفش- مرئی (UV-Vis) محاسبه گردید. به منظور بررسی و مشاهده ریزساختار نمونه سنتزی، از میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FESEM) استفاده گردید. در واقع با افزایش میزان ناخالصی آهن به مقدار 025/0%، گاف نواری نوری کاهش یافته است و مقدار جذب به سمت طول موج‌های بلندتر جابجا شده است. در این پژوهش با استفاده از روش سل-ژل، کامپوزیت تیتانیا- سیلیکا-آهن با داشتن فاز آناتار و قابلیت تخریب آلاینده متیل اورانژ با بازده 82%، به عنوان یک فوتوکاتالیست مؤثر در حذف متیل اورانژ به عنوان مدل آلاینده از آب سنتز شد.

کلیدواژه‌ها

سل پلیمری؛ فوتوکاتالیست؛ تصفیه آب؛ تیتانیا- سیلیکا-آهن؛ کامپوزیت نانوساختار

مراجع

• Bureau of Reclamation, Denver Federal Center, Water Treatment Engineering & Research Group, Desalination and Water Purification Technology Roadmap: A Report of the Executive Committee, 2003.
• J. Weber, Water Sci. Technol., 46, 2002, 241.
• Voisin, L. Bergstrom, P. Liu, A. Mathew, Nanomaterials (Basel), 7, 2017, 57.
• Chaturvedi, P.N. Dave, Chemical Methodologies, 3, 2019, 115
• US Environmental Protection Agency, Water security research and technical support action plan. EPA Office Research and Development and Office of Water Report EPA/600/R-04/063, 2004.
• K. Lazaridis, D.N. Bakoyannakis, E.A. Deliyanni, Chemosphere, 58, 2005, 65.
• J. Tesh, T.B. Scott, Adv. Mater., 26, 2014, 6056.
• Fugetsu, S. Satoh, T. Shiba, T. Mizutani, Y.B. Lin, N. Terui, F. Watari, Environ. Sci. Technol., 38, 2004, 6890.
• Chitose, S. Ueta, T.A. Yamamoto, Chemosphere, 50, 2003, 1007.
• L. Cates, Environ. Sci. Technol., 51, 2017, 757.
• Qi, X. Wang, J.H. Xin, Text. Res. J., 81, 2011, 101.
• Kabra, R. Chaudhary, R.L. Sawhney, Ind. Eng. Chem. Res., 43, 2004, 7683.
• Negishi , M. Sugasawa, Y. Miyazaki , Y. Hirami, S. Koura, Water Res., 150, 2019, 40.
• Magalhaes, L. Andrade, O.C. Nunes, A. Mendes, Rev. Adv. Mater. Sci., 51, 2017, 91.
• O. Araoyinbo, M.M. Abdullah, A. Rahmat, A.I. Azmi, P. Vizureanu, W.M. Wan Abd Rahim, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 374, 2018.
• Nyongesa, B. Aduda, Adv. Mater., 6, 2017, 31.
• مهرانگیز فتحی‌نیا، علیرضا ختائی، "بررسی کارایی نانوذرات دی اکسید تیتانیم تثبیت شده بر روی بسترهای مختلف در تصفیه فوتوکاتالیزی آب‌های آلوده شده به مواد رنگزای آلی: بهینه‌سازی و مدل‌سازی فرآیند"، پایان نامه کارشناسی ارشد شیمی، دانشکده شیمی، دانشگاه تبریز، تبریز، دی ماه 1389.
• حسین ایجادپناه، احمد خدادادی، " کاربرد نانوذرات دی اکسید تیتانیوم در تصفیه فاضلاب‌های صنعتی"، پایان نامه کارشناسی ارشد شیمی، دانشکده شیمی، دانشگاه تربیت مدرس، اردیبهت 1390.
• صاحبعلی منافی، سارا آرین‌مهر، "سنتز نانوذرات دیاکسید تیتانیوم به روش سل-ژل و تاثیر آن بر خواص فیزیکوشیمیایی فیلم‌های نشاسته ساگو"، نشریه نانومواد، شماره 19، پاییز 1393، 187-179.
• Raquel, B. Garikoitz, M. Arrate, G. Josu, A. Ana, Mater. Sol. Cells., 94, 2010, 81.
• Costacurta, G. Dal-Maso, R. Gallo, M. Guglielmi, G. Brusatin, ACS. Appl. Mater. Interfaces, 2, 2010, 1294.
• Prado, G. Beobide, A. Marcaide, J. Goikoetxea, A. Aranzabe, Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 94, 2010, 1081.
• Maury-Ramirez, J.P. Nikkanen, M. Honkanen, K. Demeestere, E. Levanen, N. DeBelie, Mater. Charact., 87, 2014, 74.
• وحیده تاجر کجینه‌باف، حسین سرپولکی، تورج محمدی، "بررسی تاثیر سیلیکا بر خواص و ریزساختار ممبران‌های تیتانیایی نانوساختار"، پایان نامه دکتری مهندسی مواد-سرامیک، دانشکده مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، شهریور 1392.
• Jensen, A. Soloviev, Z. Li, E.G. Sogaard, Appl. Surf. Sci., 246, 2005, 239.
• Mozia, A.W. Morawski, M. Toyoda, M. Inagaki, Desalination, 241, 2009, 97.
• Li, B. Hou, Y. Xu, D. Wu, Y. Sun, W. Hu, F. Deng, J. Solid State. Chem., 178, 2005, 1395.
• Bhargava, P.K. Sharma, A.K. Chawla, S. Kumar, R. Chandra, A.C. Pandey, N. Kumar, Materials Chemistry and Physics, 125, 2011, 664.
• Ton-Thata, M. Foleya, M.R. Phillips, T. Tsuzuki, Z. Smith, Journal of Alloys and Compounds, 522, 2012, 114.
• سارا خسروی گندمانی، رامین یوسفی، فرید جمالی شینی، نشریه شیمی کاربردی، شماره 26، بهار 1392.
• Feng, X. Huang, Y. Wang, M. Sun, D. Li, Mater. Lett., 155, 2015, 23.
• Ullah, J. Dutta, J. Hazard. Mater., 156, 2008, 194. 
• S. Chang, W. Liu, Appl. Catal. B: Environ., 156, 2014, 466.