سنتز با روش سونوشیمی نانوکامپوزیت سولفیدروی-اکسیدآهن دوپ شده با یوروپیوم با عملکرد فتوکاتالیستی بالا در حذف آلاینده آلی رنگی

فرآیندهای نوین در مهندسی مواد

مقاله 6، دوره 17، شماره 1 - شماره پیاپی 64، خرداد 1402، صفحه 71-82   

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

شیرین کلانتری^* ؛ علی شکوه فر

دانشکده مهندسی و علم مواد، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران

چکیده

در این تحقیق هدف سنتز نانوکامپوزیتی با خاصیت فتوکاتالیستی بالا و قابلیت جدایش مغناطیسی به ترتیب به منظور تخریب آلاینده آلی و استفاده مجدد است. بدین ترتیب نانوکامپوزیت سولفیدروی-اکسیدآهن دوپ شده با یوروپیوم با روش سونوشیمی سنتز شد که روشی آسان و کم هزینه است. فتوکاتالیست بعد از آماده سازی با روش‏های آنالیز پراش سنجی پرتو ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی (FE-SEM)، طیف سنجی پراکندگی انرژی پرتو ایکس (EDS)، طیف ‏سنجی فوتولومینسانس (PL)، طیف نورسنج UV ارزیابی شد. قابلیت جدایش مغناطیسی فتوکاتالیست در حضور آهنربا بررسی شد و درصد بالایی از فتوکاتالیست جذب آهنربا شد، بنابراین قابلیت استفاده مجدد امکان‏پذیر می‏باشد. عملکرد فتوکاتالیستی در حضور نانوکامپوزیت سنتز شده برای تخریب رنگ ردامین-بی تحت نور UV-C و مرئی بررسی شد، نتایج بازده تخریب 81% و 78% به ترتیب در حضور لامپ UV-C بعد از 3 ساعت تابش و لامپ مرئی بعد از 1 ساعت تابش را نشان داد. به علاوه آزمایش پایداری و استفاده مجدد نشان داد که نانوکامپوزیت همچنان بعد از 3 سیکل ظرفیت فتوکاتالیستی خود را حفظ می‏کند.

کلیدواژه‌ها

نانوکامپوزیت؛ فتوکاتالیست؛ دوپنت یوروپیوم؛ اکسیدآهن؛ سولفیدروی

مراجع

1] M. Nikzad, M. R. Khanlary & S. Rafiee, "Structural, optical and morphological properties of Cu‑doped ZnS thin films synthesized by sol–gel method", Applied Physics A, vol. 125, 507, pp. 1-9, 2019.

 

[2] D. Yu, H. Fang, P. Qiu, F. Meng, H. Liu, Sh. Wang, P. Lv, X. Cong, Q. Niu & T. Li, "Improving the Performance of ZnS Photocatalyst in Degrading Organic Pollutants by Constructing Composites with Ag₂O", Nanomaterials, vol. 11, 1451, pp. 1-11, 2021.

 

[3] ا. محقق پور، ف. مضطرزاده، م. ربیعی، س. ح. علوی، م. عاشوری، م. راز و م. ر. تحریری، "سنتز و مشخصه‏یابی نانوکریستال‏های سولفیدروی دوپ شده با منگنر (ZnS:Mn) جهت شناسایی آویدین به‌عنوان جزء بیولوژیکی"، فصلنامه علمی پژوهشی فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، سال 8، شماره 4، صفحه 13-21، 1393.

 

[4] X. Fang, T. Zhai, U. K. Gautam, L. Li, L. Wu, Y. Bando & D. Golberg, 'ZnS nanostructures: From synthesis to applications", Progress in Materials Science, vol. 56, pp. 175–287, 2011.

 

[5] J. Zhu & M. Zäch, "Nanostructured materials for photocatalytic hydrogen production", Current Opinion in Colloid & Interface Science, vol. 14, pp. 260–269, 2009.

 

[6] S. K. Maji, A. K. Dutta, D. N. Srivastava, P. Paul, A. Mondal & B. Adhikary, "Effective photocatalytic degradation of organic pollutant by ZnS nanocrystals synthesized via thermal decomposition of single-source precursor", Polyhedron, vol. 30, pp. 2493–2498, 2011.

 

[7] N. Bao, L. Shen, T. Takata, & Kazunari Domen, "Self-Templated Synthesis of Nanoporous CdS Nanostructures for Highly Efficient Photocatalytic Hydrogen Production under Visible Light", Chemistry of Materials, vol. 20, pp. 110–117, 2008.

 

[8] K. Maeda, N. Nishimura & K. Domen, "A precursor route to prepare tantalum (V) nitride nanoparticles with enhanced photocatalytic activity for hydrogen evolution under visible light", Applied Catalysis A: General, vol. 370, pp. 88–92, 2009.

 

[9] N. S. Karan, D. D. Sarma, R. M. Kadam & N. Pradhan, "Doping Transition Metal (Mn or Cu) Ions in Semiconductor Nanocrystals", The Journal of Physical Chemistry Letters, vol. 1, pp. 2863-2866, 2010.

 

[10] M. Ni, M. K. H. Leung, D. Y. C. Leung & K. Sumathy, "A review and recent developments in photocatalytic water-splitting using TiO₂ for hydrogen production", Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 11, pp. 401–425, 2007.

 

[11] A. Kudo & Y. Miseki, "Heterogeneous photocatalyst materials for water splitting", Chemical Society Reviews, vol. 38, pp. 253–278, 2009.

 

[12] N. Soltani, E. Saion, W. M. M. Yunus, M. Erfani, M. Navasery, Gh. Bahmanrokh & K. Rezaee, "Enhancement of visible light photocatalytic activity of ZnS and CdS nanoparticles based on organic and inorganic coating", Applied Surface Science, vol. 290, pp. 440– 447, 2014.

 

[13] G. J. Lee & J. J. Wu, "Recent developments in ZnS photocatalysts from synthesis to photocatalytic applications— A review", Powder Technology, vol. 318, pp. 8-22, 2017.

 

[14] P. Mishra, S. Patnaik & K. Parida, "An overview of recent progresses on noble metal modified magnetic Fe₃O₄ for photocatalytic pollutant degradation and H₂ evolution", Catalysis Science & Technology, vol. 9, pp. 916-941, 2019.

 

[15] J. L. Lopes, K. L. Marques, A. V. Girão, E. Pereira & T. Trindade, "Functionalized magnetite particles for adsorption of colloidal noble metal nanoparticles", Journal of Colloid and Interface Science, vol. 475, pp. 96–103, 2016.

 

[16] P. K. Jain, X. Huang, I. H. El-Sayed & M. A. El-Sayed, "Review of Some Interesting Surface Plasmon Resonance-enhanced Properties of Noble Metal Nanoparticles and Their Applications to Biosystems", Plasmonics, vol. 2, pp. 107–118, 2007.

 

[17] H. Zhao, L. Zhang, X. Gu, Sh. Li, B. Li, H. Wang, J. Yang & J. Liu, "Fe₂O₃–AgBr nonwoven cloth with hierarchical nanostructures as efficient and easily recyclable macroscale photocatalysts", RSC Advances, vol. 5, pp. 10951–10959, 2015.

 

[18] X. Dongdong, L. Xiaoni, L. Juan & H. Langhuan, "Synthesis and photocatalytic performance of europium-doped graphitic carbon nitride", Journal of Rare Earths, vol. 31, No. 11, pp. 1085-1091, 2013.

 

[19] M. Stefan, C. Leostean, O. Pana, D. Toloman, A. Popa, I. Perhaita, M. Senila, O. Marincas & L. B. Tudoran, "Magnetic recoverable Fe₃O -TiO₂:Eu composite nanoparticles with enhanced photocatalytic activity", Applied Surface Science, vol. 390, pp. 248–259, 2016.

 

[20] ح. یوسفی و ب. هاشمی، "سنتز نانوذرات اکسید روی دوپ شده توسط نقره به روش سل-ژل پکینی و مشخصه‏یابی و بررسی خواص فتوکاتالیستی آن‏ها"، فصلنامه علمی پژوهشی فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، سال 12، شماره 4، صفحه 67-79، 1397.

 

[21] M. B. Tahir, G. Nabi, N.R. Khalid & M. Rafique, "Role of europium on WO₃ performance under visible-light for photocatalytic activity", Ceramics International, vol. 44, pp. 5705-5709, 2018.

 

[22] P. Shandilya, A. Sudhaik, P. Raizada, A. Hosseini-Bandegharaei, P. Singh, A. Rahmani-Sani, V. Thakur & A. K. Saini, "Synthesis of Eu^3+- doped ZnO/Bi₂O₃ heterojunction photocatalyst on graphene oxide sheets for visible light-assisted degradation of 2,4-dimethyl phenol and bacteria killing", Solid State Sciences, vol. 102, pp. 106164-106172, 2020.

 

[23] G. Mancuso, M. Langone, M. Laezza & G. Andreottola, "Decolourization of Rhodamine B: A swirling jet-induced cavitation combined with NaOCl", Ultrasonics Sonochemistry, vol. 32, pp. 18–30, 2016.

 

[24] H. Karimi, H. R. Rajabi & L. Kavoshi, "Application of decorated magnetic nanophotocatalysts for efficient photodegradation of organic dye: A comparison study on photocatalytic activity of magnetic zinc sulfide and graphene quantum dots", Journal of Photochemistry & Photobiology A: Chemistry, vol. 397, pp. 112534-112543, 2020.

 

[25] H. R. Pouretedal, A. Norozi, M. H. Keshavarz & A. Semnani, "Nanoparticles of zinc sulfide doped with manganese, nickel and copper as nanophotocatalyst in the degradation of organic dyes", Journal of Hazardous Materials, vol. 162, pp. 674–681, 2009.

 

[26] N. Aini, S. Rachman, A. Maunatin & A. Syarifah, "Synthesis, Characterization and Antibacterial Activity of Silver Doped TiO₂ Photocatalyst", International Conference on Biology and Applied Science (ICOBAS), 050017, pp.1-6, 2019.

 

[27] S. Rashidi Dafeh, P. Iranmanesh & P. Salarizadeh, "Fabrication, optimization, and characterization of ultra-small superparamagnetic Fe3O4 and biocompatible Fe3O4@ZnS core/shell magnetic nanoparticles: Ready for biomedicine applications", Materials Science & Engineering C, vol. 98, pp. 205-212, 2019.

 

[28] D. K. Mondal, G. Phukan, N. Paul & J. P. Borah, "Improved self heating and optical properties of bifunctional Fe3O4/ZnS nanocomposites for magnetic hyperthermia application", Journal of Magnetism and Magnetic Materials, vol. 528, pp. 167809-167816, 2021.

 

[29] S. Ummartyotin, N. Bunnak, J. Juntaro, M. Sain & H. Manuspiya, "Synthesis and luminescence properties of ZnS and metal (Mn, Cu)-doped-ZnS ceramic powder", Solid State Sciences, vol. 14, pp. 299-304, 2012.

 

[30] G. Palanisamy, K. Bhuvaneswari, A. Chinnadurai, G. Bharathi & T. Pazhanivel, "Magnetically recoverable multifunctional ZnS/Ag/CoFe2O4 nanocomposite for sunlight driven photocatalytic dye degradation and bactericidal application", Journal of Physics and Chemistry of Solids, vol. 138, pp. 109231, 2020.

 

[31] K. Patel, M. P. Deshpande & S. H. Chaki, "Effect of Ag on structural, optical and luminescence properties of ZnS nanoparticles synthesized by microwave-assisted chemical route", Applied Physics A, vol. 123, pp. 367-372, 2017.