مشخصه‌یابی نانوکامپوزیت Fe3O4/TiO2 با ساختار هسته/پوسته سنتز شده به روش اولتراسونیک و بررسی خواص فوتوکاتالیستی آن

نانومواد

دوره 12، شماره 43، مهر 1399، صفحه 189-199   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

فائزه پرست¹؛ مهدی منتظری‌پور²؛ مسعود رجبی^{* 1}؛ فاطمه باورسی‌ها¹

¹گروه مهندسی مواد و سرامیک، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران

²دپارتمان مهندسی مواد و شیمی، مرکز آموزش عالی فنی و مهندسی بوئین زهرا، بوئین زهرا، ایران

چکیده

در این کار تحقیقاتی، نانوکامپوزیت فوتوکاتالیستی مغناطیسی Fe₃O₄/TiO₂ دارای ساختار هسته/پوسته با موفقیت به روش سونوشیمیایی تهیه گردید. بدین منظور، نانوذرات اکسید آهن (II، III) به عنوان هسته مغناطیسی نرم در این نانوکامپوزیت به روش هم‌رسوبی شیمیایی با استفاده از دستگاه اولتراسونیک و با نسبت مولی Fe³⁺/Fe²⁺ برابر یک و نیم، تحت اتمسفر گاز نیتروژن آماده گردید. پوشش‌دهی تیتانیا بر روی نانوذرات Fe₃O₄ با استفاده از پیش‌ماده تترابوتیل اورتوتیتانات و به کمک دستگاه اولتراسونیک انجام شد. نانوساختارهای تهیه شده با استفاده از FTIR، XRD، FESEM، TEM، EDX و VSM مشخصه‌یابی و مطالعه شدند. بررسی نتایج حاصل از TEM تشکیل نانوساختار هسته/پوسته را در کامپوزیت Fe₃O₄/TiO₂ تهیه شده تایید نمود. نتایج آنالیز خواص مغناطیسی نشان داد که پوشش‌دهی تیتانیا بر روی نانوذرات اکسید آهن، مغناطش اشباع را کاهش داده است. خواص فوتوکاتالیستی نانوساختار Fe₃O₄/TiO₂، تحت تابش نور ماورای بنفش و به کمک رنگ متیلن آبی مورد بررسی و مطالعه قرار گرفت. نتایج حاصل حاکی از آن بود که نانوکامپوزیت Fe₃O₄/TiO₂ بدست آمده، خاصیت فوتوکاتالیستی دارد و با کمک فرآیند جدایش مغناطیسی قابل بازیابی است. تخریب رنگ متیلن آبی در حضور پودر فوتوکاتالیستی سنتز شده، تقریبا 61% در مدت زمان min 90 تابش نور UV بود.

کلیدواژه‌ها

نانوکامپوزیت؛ فوتوکاتالیست؛ نانوساختار هسته/پوسته؛ مواد مغناطیسی؛ تیتانیا

مراجع

• Salehi, H. Hashemipour, M. Mirzaee, American Journal of Environmental Engineering, 2, 2012, 1.
• Wang, D. Han, J. Yang, J. Wang, X. Li, H. Song, Powder Technology, 327, 2018, 489.
• A. Kamboh, W.A. Wan Ibrahim, H. Rashidi Nodeh, L.A. Zardari, S.T.H. Sherazi, M.M. Sanagi, Separation Science and Technology, 75, 2019, 1.
• Bahnemann, M. Muneer, M. Haque, Catalysis Today, 124, 2007, 133.
• Wang, D. Han, Z. Shi, J. Wang, J. Yang, X. Li, H. Song, Applied Catalysis B: Environmental, 227, 2018, 61.
• Ghasemy-Piranloo, S. Dadashian, F. Bavarsiha, Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 30, 2019, 12757.
• Arslan, I.A. Balcioglu, D.W. Bahnemann, Dyes and Pigments, 47, 2000, 207.
• Ahmed, M. Rasul, R. Brown, M. Hashib, Journal of Environmental Management, 92, 2011, 311.
• Popa, M. Stefan, D. Toloman, O. Pana, A. Mesaros, C. Leostean, S. Macavei, O. Marincas, R. Suciu, L. Barbu-Tudoran, Powder Technology, 325, 2018, 441.
• Schneider, M. Matsuoka, M. Takeuchi, J. Zhang, Y. Horiuchi, M. Anpo, D.W. Bahnemann, Chemical Reviews, 114, 2014, 9919.
• Lapertot, "A strategy for xenobiotic removal using photocatalytic treatment, microbial degradation or integrated photocatalytic-biological process", Ed., Lausanne, EPFL, 2006.
• Li, J. Yu, Journal of Materials and Applications, 7, 2018, 12.
• Shi, Y. He, X. Wang, Y. Hu, Energy Conversion and Management, 171, 2018, 272.
• Behrad, M.H.R. Farimani, N. Shahtahmasebi, M.R. Roknabadi, M. Karimipour, The European Physical Journal Plus, 130, 2015, 144.
• Ghasemy-Piranloo, F. Bavarsiha, S. Dadashian, M. Rajabi, Journal of the Australian Ceramic Society, 45, 2019, 1.
• آروین اسکندری، محمدرضا واعظی، پروانه سنگ‌پور،”سنتز دومرحله‌ای نانوساختار ZnO/Cu₂O به روش هیدروترمال به منظور استفاده در پیل‌های فتوالکتروشیمیایی“، مجله نانومواد، شماره 15، 1392، 202-197.
• Ghosh Chaudhuri, S. Paria, Chemical Reviews, 112, 2011, 2373.
• Wu, A. Sun, F. Zhai, J. Wang, W. Xu, Q. Zhang, A.A. Volinsky, Materials Letters, 65, 2011, 1882.
• Abbas, B.P. Rao, V. Reddy, C. Kim, Ceramics International, 40, 2014, 11177.
• Long, S. Luo, W. Wu, J. Ma, New Journal of Chemistry, 48, 2019, 1.
• Jiang, X. Zhang, X. Gong, F. Yan, Z. Zhang, International Journal of Smart and Nano Materials, 1, 2010, 278.
• Jia, F. Fu, J. Zhao, J. Chen, X. Wang, Z. Fan, L. Cui, F. Meng, International Journal of Photoenergy, 2014, 2014, 7.
• Guo, S. Zhu, Z. Chen, Y. Li, Z. Yu, Q. Liu, J. Li, C. Feng, D. Zhang, Ultrasonics Sonochemistry, 18, 2011, 1082.
• M. de Santiago Colin, L. Martinez-Chavez, A. Cuan, E. A. Elizalde-Pena, J.A. Rivera, Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 364, 2018, 250.
• Lendzion-Bielun, A. Wojciechowska, J. Grzechulska-Damszel, U. Narkiewicz, Z. Sniadecki, Journal of Physics and Chemistry of Solids, 136, 2020, 109178.
• D. Li, H.L. Wang, X.N. Wei, X.Y. Liu, Y.F. Yang, W.F. Jiang, Journal of Alloys and Compounds, 659, 2016, 240.
• Yin, Z. Luo, J. Xia, H. Li, Journal of Physics and Chemistry of Solids, 71, 2010, 1785.
• F. Ma, Y. Zhang, L.L. Li, L.J. You, P. Zhang, Y.T. Zhang, J.M. Li, M. Yu, J. Guo, ACS Nano, 6, 2012, 3179.
• Maity, D. Agrawal, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 308, 2007, 46.
• Jing, J. Li, J. Feng, W. Li, W.Y. William, Chemical Engineering Journal, 219, 2013, 355.
• Tizjang, M. Montazeri-Pour, M. Rajabi, M. Kari, S. Moghadas, Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 26, 2015, 3008.
• Jitianu, M. Raileanu, M. Crisan, D. Predoi, M. Jitianu, L. Stanciu, M. Zaharescu, Journal of Sol-gel Science and Technology, 40, 2006, 317.
• H.R. Farimani, N. Shahtahmasebi, M.R. Roknabadi, N. Ghows, A. Kazemi, Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures, 53, 2013, 207.
• M. Cornell, U. Schwertmann, "The Iron Oxides", Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, 2^nd Ed. edition 2003.
• Huang, A. Schmucker, J. Dyke, S.M. Hall, J. Retrum, B. Stein, N. Remmes, D.V. Baxter, B. Dragnea, L.M. Bronstein, Journal of Materials Chemistry, 19, 2009, 4231.
• Shen, Y. Qiao, Y. Guo, S. Meng, G. Yang, M. Wu, J. Zhao, Ceramics International, 40, 2014, 1519.
• Montazeri-Pour, A. Ataie, Journal of Materials Science & Technology, 25, 2009, 465.
• M. Vinosel, M.A. Janifer, S. Anand, S. Pauline, Mechanics, Materials Science & Engineering, 9, 2017.
• Ye, Q. Zhang, Y. Hu, J. Ge, Z. Lu, L. He, Z. Chen, Y. Yin, Chemistry–A European Journal, 16, 2010, 6243.
• Salamat, H. Younesi, N. Bahramifar, RSC Advances, 7, 2017, 19391.
• Fan, C. Ma, W. Li, Y. Yin, Materials Science in Semiconductor Processing, 15, 2012, 582.
• W. Lee, K. Hong, W.S. Kim, J. Kim, Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 11, 2005, 609.
• H. Choi, S.L. Oh, D.Y. Kim, J.S. Jung, Journal of Nanoscience and Nanotechnology, 13, 2013, 7134.
• S. Islam, Y. Kusumoto, M. Abdulla-Al-Mamun, Y. Horie, Catalysis Communications, 16, 2011, 39.
• Kari, M. Montazeri-Pour, M. Rajabi, V. Tizjang, S. Moghadas, Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 25, 2014, 5560.
• Stefan, O. Pana, C. Leostean, C. Bele, D. Silipas, M. Senila, E. Gautron, Journal of Applied Physics, 116, 2014, 114312.
• I.M. Razip, K.M. Lee, C.W. Lai, B.H. Ong, Materials Research Express, 6, 2019, 075517.
• Wu, X. Xiao, S. Zhang, F. Ren, C. Jiang, Nanoscale Research Letters, 6, 2011, 533.
• Houas, H. Lachheb, M. Ksibi, E. Elaloui, C. Guillard, J.M. Herrmann, Applied Catalysis B: Environmental, 31, 2001, 145.
• Zhang, S. Liu, X. Fu Y.J. Xu, Journal of Physical Chemistry C, 115, 2011, 9136.
• N. Zhou, L. Polavarapu, N. Gao, Y. Pan, P. Yuan, Q. Wang, Q.H. Xu, Nanoscale, 5, 2013, 4236.