تخریب فتوکاتالیستی، مطالعه ویژگی‌های اپتیکی و نانوساختاری نانوذرات TiO2 با آلاییدگی نقره و گوگرد در فاز بلوری آناتاز

نانومواد

دوره 13، شماره 46، تیر 1400، صفحه 71-85   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

علی ذولفقاری¹؛ مهران ریاضیان^{* 2}؛ محسن اشجاری¹

¹دانشگاه کاشان، دانشکده مهندسی، گروه مهندسی شیمی، کاشان، ایران

²گروه مهندسی، واحد تنکابن، دانشگاه آزاد اسلامی، تنکابن، ایران

چکیده

در این پژوهش، سنتز و ساخت نانوذرات TiO₂ با آلایندگی گوگرد و نقره به روش سل-ژل گزارش شده است. اندازه تنش، کرنش، دانسیته انرژی شکل یافته شبکه کریستالی با تحلیل مدل‌های مختلف ویلیامسون- هال و هالدر- وگنر مورد بررسی قرار گرفت. نانوذرات سنتز شده با استفاده از تکنیک‌های XRD، SEM، TEM، پراکندگی انرژی پرتو ایکس، FTIR، جذب پرتو فرابنفش- مرئی و جذب- واجذب گاز نیتروژن مطالعه و بررسی شد. آلاینده‌های استفاده شده پیک مشخصی که موید تشکیل فاز بلوری باشند در فاز آناتاز تشکیل شده ایجاد نکردند. تخریب فتوکاتالیستی چند نوع از آلاینده‌های شایع صنعت نساجی به نام‌های متیلن بلو، متیلن اورانژ و اوانس بلو در محلول آبی شامل نانوذرات و تحت تابش نور فرابنفش و یا نوری مرئی صورت پذیرفته است. فعالیت فتوکاتالیستی نانوذرات سنتز شده بر اساس تخریب و دکلره کردن رنگ‌ها میسر می‌گردد. حضور آلاینده‌هایی چون نقره و گوگرد در ماتریس نانوذرات، فعالیت فتوکاتالیستی، ویژگی‌های الکتریکی و اپتیکی را به دلیل تغییرات در ماتریس شبکه و افزایش مساحت موثر نانوذرات ارتقا می‌دهد. شکل و اندازه میانگین نانوذرات توسط SEM و TEM به صورت کروی و nm 30 برآورد شده است. جذب- واجذب نیتروژن و جذب UV برای تعیین گاف نواری، حجم حفرات، شکل حفرات و ضخامت لایه جذب شده و مساحت موثر حفرات بکار گرفته شد. نتایج بدست آمده نشان دادند که نانوذرات سنتز شده بیشترین تاثیر را در تخریب رنگ اوانس بلو داشتند و گاف نواری نوری eV 82/2 برآورد گردید.

کلیدواژه‌ها

تخریب فتوکاتالیستی؛ نانوذرات TiO2؛ سل-ژل؛ آلاییدگی نقره و گوگرد

مراجع

• Tkaczyk, K. Mitrowska, A. Posyniak, Science of the Total Environment, 717, 2020, 137222.
• Sharmila, P. Saravanan, S. Sivasankar, M.A. Chamundeeswari, Catalysis Today, 340, 2020 245.
• Chen, H. Ou, R. Liu, D. Ding, Advanced Materials, 32, 2020, 1806331.
• Rani, G. Thamizharasan, A.K. Nayak, N.K. Sahu. Photocatalysts in Advanced Oxidation Processes for Wastewater Treatment, 197, 2020, 228.
• Pino, C. Calderon, F. Herrera, G. Cifuentes, G. Arteaga, Frontiers in Chemistry, 8, 2020, 365.
• Ghime, P. Ghosh, Ntech Open, 17, 2020, 1.
• Salimi, M. Behbahani, H.R. Sobhi, M. Gholami, A.J. Jafari, R.R. Kalantary, M. Farzadkia, A.A. Esrafili, New Journal of Chemistry, 43, 2019,1562.
• Riazian, South African Journal of Chemistry, 70, 2017, 189.
• D. Balgude, Y.A. Sethi, B. Kale, D.P. Amalnerkar, P.V. Adhyapak, RSC advances, 9, 2019, 10289.
• Abbasi, M. Ahmadi-Golsefidi, M. Mohammad-Beigi, N. Sadri, M. Abroudi, Journal of Nanostructures, 8, 2018, 89.
• Santoro, F. Crapulli, A. Turolla, M. Antonelli, Water Research, 121, 2017, 361.
• A. Ansari, M.M. Khan, M.O. Ansari, M.H. Cho, New Journal of Chemistry, 40 2016, 3000.
• Qiu, S. Zhang, H. Zhao, Sensors and Actuators B: Chemical, 160, 2011, 875.
• Farbod, M. Khademalrasool, Powder Technology, 214, 2011, 344.
• Li, C. Ni, H. Lin, C.P. Huang, S.I. Shah, Journal of Applied Physics, 96, 2004, 6663.
• Li, L. Yu, H. Wang, H. Yang, H. Ma, Nanomaterials, 10, 2020, 631.
• Mufti, I.K. Laila, A. Fuad, Journal of Physics: Conference Series, 853, 2017, 012035.
• M. Naik, E. Higuchi, H. Inoue, Journal of Power Sources, 455, 2020, 227972.
• R. Karim, M.M. Alam, M.O. Aijaz, A.M. Asiri, F.S. AlMubaddel, M.M. Rahman, RSC Advances, 10, 2020, 12224.
• B. Chemin, S. Bulou, K. Baba, C. Fontaine, T. Sindzingre, N.D. Boscher, P. Choquet, Scientific Reports, 8, 2018, 1.
• Li, H, Song, X. Meng, T. Shen, J. Sun, W. Han, X. Wang, Nanomaterials, 10, 2020, 546.
• Bahmanrokh, C. Cazorla, S.S. Mofarah, R. Shahmiri, Y. Yao, I. Ismail, W.F. Chen, P. Koshy, C.C. Sorrell, Nanoscale, 12, 2020, 4916.
• M. Farner, J. De Tommaso, H. Mantel, R.S. Cheong, N. Tufenkji, Environmental Science: Nano, 15, 2020, 1.
• Ziental, B. Czarczynska-Goslinska, D.T. Mlynarczyk, A. Glowacka-Sobotta, B. Stanisz, T. Goslinski, L. Sobotta, Nanomaterials, 10, 2020, 387.
• Mugundan, B. Rajamannan, G. Viruthagiri, N. Shanmugam, R. Gobi, P. Praveen, Applied Nanoscience, 5, 2015, 449.
• Chalastara, F. Guo, S. Elouatik, G.P. Demopoulos, Catalysts, 10, 2020, 407.
• Sadeghzadeh-Attar, Journal of Asian Ceramic Societies, 5, 2020, 1.
• Zhang, X. Wang, H. Liu, C. Liu, Y. Wan, Y. Long, Z. Cai, Applied Sciences, 9, 2019, 2489.
• Al-Jitan, G. Palmisano, C. Garlisi, Catalysts, 10, 2020, 227.
• Mathew, P. Ganguly, S. Rhatigan, V. Kumaravel, C. Byrne, S.J. Hinder, J. Bartlett, M. Nolan, S.C. Pillai, Applied Sciences, 8, 2018, 2067.
• Zhu, L. Pei, R. Zhu, Y. Jiao, R. Tang, W. Feng, Scientific Reports, 17, 2018, 1.
• Wang, J. Shen, W. Zhang, Q. Liu, M. Zhang, H. Tang, Ceramics International, 46, 2020, 23.
• Li, L. Zhang, L. Yu, D. Li, H. Meng, Q. Ai, J. Hu, L. Jin, J. Gao, G. Liu, Ceramics International, 46, 2020,8.
• Dash, C.K. Pandey, S. Chaudhary, S.K. Tripathy, Multidiscipline Modeling in Materials and Structures, 15, 2019, 50.
• Rajender, P.K. Giri, Journal of Alloys and Compounds, 676, 2016, 591.
• Shabanpour, M. Riazian, Micro & Nano Letters, 13, 2018, 378.
• Riazian, M. Yousefpoor, International Journal of Smart and Nano Materials, 11, 2020, 47.
• Niu, X. Wang, K. Wu, X. He, R. Zhang, Materials, 11, 2018, 1910.
• S. Prasad, R. Chen, H. Ni, K.K. Kumar, Arabian Journal of Chemistry, 13, 2020, 1520.
• Asadnajafi, S. Shahidi, D. Dorranian, Journal of the Textile Institute, 111, 2020, 122.
• G. Song, T.H. Kim, J.W. Yoon, H.J. Lee, H.J., J. Won, S.W. Lee, International Journal of Applied Ceramic Technology, 17, 2020, 797.
• Kania, P. Nolbrzak, A. Radon, A. Niemiec-Cyganek, R. Babilas, Materials, 13, 2020, 1065.
• Hamisu, U. Gaya, A.H. Abdullah, Physical Chemistry Research, 8, 2020, 281.
• H. Aleni, I.F. Ituarte, A. Mohite, L. St-Pierre, J. Partanen, Ceramics International, 44, 2018, 2231.
• C. Sekhar, K. Karuppasamy, K. Sathiyamoorthy, Asian Journal of Research in Social Sciences and Humanities, 7, 2017, 483.
• Riazian, A. Bahari, Pramana, 78, 2012, 319.
• Riazian, Indian Journal of Physics, 87, 2013, 991.
• Riazian, Indian Journal of Chemistry, 53A, 2015, 1377.
• Borgese, E. Bontempi, M. Gelfi, L.E. Depero, P. Goudeau, G. Geandier, D. Thiaudiere, Acta Materialia, 59, 2011, 2891.
• Feilizadeh, M. Vossoughi, S.M. Zakeri, M. Rahimi, Industrial & Engineering Chemistry Research, 53, 2014, 9578.
• Hamadanian, A. Reisi-Vanani, M. Behpour, A.S. Esmaeily, Desalination, 281, 2011, 319.
• P. Subbaiah, P. Prathap, K.T. Reddy, Applied Surface Science, 253, 2006, 2409.
• Velumani, X. Mathew, P.J. Sebastian, S.K. Narayandass, D. Mangalaraj, 76, 2003, 347.
• Aghazadeh, F. Aghazadeh, International Journal of Bioinorganic Hybrid Nanomaterials, 7, 2018, 97.
• Theivasanthi, M. Alagar, arXiv preprint arXiv, 1307, 2013, 1091.
• Bandas, C. Lazau, A. Dabici, P. Sfarloaga, N. Vaszilcsin, V. Tiponut, I. Grozescu, Journal of Optoelectronics and Advanced Materials, 13, 2011, 399.
• D. Mote, Y. Purushotham, B.N. Dole, Ceramica, 59, 2013, 614.
• Zhang, X. Xiao, J. Nan, Journal of Hazardous Materials, 15, 2010, 617.
• Ungar, Scripta Materialia, 51, 2004, 777.
• L. Wu, E. Ma, Applied Physics Letters, 88, 2006, 231911.
• A. Al‐Tabbakh, N. Karatepe, A.B Al‐Zubaidi, A. Benchaabane, N.B. Mahmood, International Journal of Energy Research, 43, 2019, 1903.
• R. Fell, D. Qian, K.J. Carroll, M. Chi, J.L. Jones, Y.S. Meng, Chemistry of Materials, 25, 2013, 1621.
• Rajesh Kumar, B. Hymavathi, Journal of Asian Ceramic Societies, 5, 2017, 94.
• Crisan, M. Zaharescu, A. Jitianu, D. Crisan, M. Preda, Journal of Sol-Gel Science and Technology, 19, 2000, 409.
• M. Gunko, P. Pissis, A. Spanoudaki, A.A. Turova, V.V. Turov, V.I. Zarko, E.V. Goncharuk, Colloids and Surfaces

A: Physicochemical and Engineering Aspects, 320, 2008, 247.

• Samadi, E. Khalili, Journal of Electronic Materials, 48, 2019, 7836.
• J. Yang, C.J. Li, X.C. Huang, C.X. Li, Y.Y. Wang, Journal of Thermal Spray Technology, 16, 2007, 881.
• Poorarjmand, M. Kargar Razi, A.R. Mahjoob, M. Khosravi, Journal of Nanoanalysis, 5, 2018, 99.
• صدیقه صادق حسنی، مجتبی نسب، "اندازه‌گیری سطح فعال و حجم منافذ در نانومواد"، ماهنامه فناوری نانو، شماره 2، 1390، 22-16.
• فاطمه اهری هاشمی، سعید فتوره چیان، "بررسی و مطالعه غیرمستقیم تعیین درصد تخلخل با استفاده از انواع چگالی‌ها در ساختار گرافیت"، مجله علوم و فنون مهندسی، شماره 38، 1385، 48-42.
• I. Ravikovitch, A.V. Neimark, Journal of Physical Chemistry B, 105, 2001, 6817.
• V. Neimark, P.I. Ravikovitch, A. Vishnyakov, Physical Review E, 65, 2002, 031505.
• Abbaspour, A. Nourbakhsh, R. Ebrahimi, H. Ghayour, K.J. Mackenzie, Materials Science and Engineering: B, 246, 2019, 89.
• Lv, J. Hu, X. Li, M. Li, Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 356, 2012, 78.
• A. La Porta, J. Andres, M.S. Li, J.R. Sambrano, J.A. Varela, E. Longo, Physical Chemistry Chemical Physics, 16, 2014, 20127.
• A. Ansari, M.M. Khan, M.O. Ansari, M.H. Cho, New Journal of Chemistry, 40, 2016, 3000.
• C.C. Chang, C.F. Lin, J.M. Chiou, T.H. Ho, Y. Tai, J.H. Lee, Y.F. Chen, J.K. Wang, L.C. Chen, K.H. Chen, Applied Physics Letters, 97, 2010, 049901.