سنتز سیلیکون کاربید گرافیتی (g-SiC) متخلخل از ژلاتین و فوم سیلیکا برای حذف فوتوکاتالیستی آلاینده‌های آلی و زیستی آب

پژوهش های کاربردی در شیمی

مقاله 8، دوره 16، شماره 4، اسفند 1401، صفحه 73-82   

نوع مقاله: پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.30495/jacr.2023.1976773.2078

نویسندگان

مریم افشارپور^{* 1}؛ عارف رستمی²

¹دانشیارگروه شیمی معدنی، پژوهشگاه شیمی و مهندسی شیمی ایران، تهران، ایران.

²دانشجوی کارشناسی ارشد گروه شیمی معدنی، پژوهشگاه شیمی و مهندسی شیمی ایران، تهران، ایران.

چکیده

در این پژوهش، سیلیکون کاربید گرافیتی (g-SiC) متخلخل دوپه­شده با نیتروژن به­عنوان یک فوتوکاتالیست بدون فلز با فوم سیلیکا به­عنوان منبع سیلیکون و ژلاتین به­عنوان منبع کربنی سنتز شدند. ویژگی فوتوکاتالیستی این ترکیب در حذف فوتوکاتالیستی رنگ­های آزو و ازبین­بردن باکتری­های گرم مثبت و منفی در نور مرئی ارزیابی شد. ساختار سنتزی g-SiC توانایی بسیار بالایی را در حذف آلاینده­های آلی (99 % در 10 دقیقه) در مقایسه با SiC تجاری (8 % در 10 دقیقه)، نشان داد. این بهبود ویژگی فوتوکاتالیستی به ساختار گرافنی این ترکیب مربوط می­شود که موجب افزایش انتقالات الکترونی شده و سرعت بازترکیب را کاهش می­دهد. همچنین، به­دلیل وجود بار مثبت بر اتم­های سیلیکون در ساختار g-SiC، مولکول­های اکسیژن محلول در آب می­توانند جذب این مراکز شوند و رادیکال­های اکسیژنی را تولید کنند. این رادیکال­ها می­توانند به­عنوان یک گونه فعال واکنش­های فوتوکاتالیستی را سرعت بخشند. از طرف دیگر، استفاده از فوم سیلیکا موجب افزایش مساحت سطح شد ( m²/g7_/191) و با دوپه­شدن نیتروژن (8_/2 %) ناشی از منبع ژلاتین، نواقص ساختاری بیشتر، قدرت جذب بالاتر و کاف نوار کوچکتر(eV 16_/2) در ساختار ایجاد شد که فعالیت فوتوکاتالیستی آن را افزایش داد. نتیجه­ها نشان داد که این ترکیب می­تواند رنگ­های آزو را تا 100 % و باکتری­ها را تا بالای 85 % حذف کند.

کلیدواژه‌ها

سیلیکون کاربید گرافیتی؛ فوتوکاتالیست فاقد فلز؛ رنگ آزو؛ باکتری

مراجع

[1] Seckler, D.; Barker, R.; Amarasinghe U.; Intern. J. Water Res. Develop. 15, 29-42, 1999.

[2] Antil, R.; Tox. Environ. Chem. 96, 1260-1271, 2014.

[3] Katheresan, V.; Kansedo, J.; Lau, S.Y.; J. Environ. Chem. Eng. 6, 4676-4697, 2018.

[4] Muralikrishna, I.V.; Manickam, V. “Industrial Wastewater Treatment Technologies, Recycling, and Reuse” in “Environmental Management”, Elsevier, India, 2017.

[5] Pattnaik, P.; Dangayach, G.S.; Bhardwaj, A.K.; Rev. Environ. Health 33, 163-203, 2018.

[6] Kumar, S.G.; Devi L.G.; J. phy. Chem. A, 115, 13211-13241, 2011.

[7] Meenakshi, G.; Sivasamy, A.; Suganya G.A.;  Kavithaa S.; J. Mol. Catal. A. 411, 167-178, 2016.

[8] Georgaki, I.; Vasilaki, E.; Katsarakis N.; Am. J. Anal. Chem. 5, 518-528, 2014.

[9] Afsharpour, M.; Amoee S.; Environ. Sci. Pollut. Res. 29, 49784, 2022.

[10] Bayat, P.; Hajipour, H.A.; Rourani, M.S.; Abbasi, S.; Torkian, Y.; Wen, M.Y.; Mehr, A.; Hojjati-Najafabadi, A.; Environ. Res. 207, 112157, 2022.

[11] Mohammed, A.A.; Al-Musawi, T.J.; Kareem, S.L.; Zarrabi, M.; Al-Ma’abreh, A.M.; Arab. J. Chem. 13, 4629–4643, 2020.

[12] Li, J.; Yin, Y.; Liu, E.; Ma, Y.; Wan, J.; Fan, J.; Hu, X.; J. Hazard. Mater. 321, 183-192, 2017.

[13] Kim, K.S.; Zhao, Y.; Jang, H.; Lee, S.Y.; Kim, J.M.; Kim, K.S.; Ahn, J.H.; Kim, P.; Choi, J.Y.; Hong, B.H.; Nature 457, 706-710, 2009.

[14] Hao, D.; Yang, Z.M.; Jiang, C.H.; Zhang, J.S.; Appl. Catal. B, 144, 196-202, 2014.

[15] Pandiyan, R.; Mahalingam, Sh.; Ahn, Y.H.; J. Photochem. Photobiol. B. 191, 18–25, 2019.

[16] Chen, Y.; Huang, Y.P.; Tian, H.; Ye, L.; Li, R.; Chen, Ch.; Dai, Z.; Huang, D.; J. Environ. Sci. 127, 60-68, 2023.

[17] Zhang, B.; He, X.; Yu, Ch.; Liu, G.; Ma, D.; Cui, Ch.; Yan, Q.; Zhang, Y.; Zhang, G.; Ma, J.; Xin, Y. Chin.; Chem. Lett. 33, 1337-1342, 2022.

[18] Chang, F.; Zheng, J.; Wang, X.; Xu, Q.; Deng, B.; Hu, X.; Liu, X.; Mater. Sci. Semiconduct. Process. 75, 183-192, 2018.

[19] Singh, J.; Arora, A.; Basu, S.; J. Alloy Comp. 808, 151734, 2019.

[20] Sun, J.X.; Yuan, Y.P.; Qiu, L.G.; Jiang, X.; Xie, A.J.; Shen, Y.H.; Zhu, J.F.; Dalton Trans. 41, 6756–6763, 2012.

[21] Chen, J.; Shen, S.; Guo, P.; Wang, M.; Wu, P.; Wang, X.; Guo, L.; Appl. Catal. B. 152, 335-341, 2014.

[22] Fu, J.; Chang, B.; Tian, Y.; Xi, F.; Dong, X.; J. Mater. Chem. A. 1, 3083-3090, 2013.

[23] Hu, K.; Li, R.; Ye, Ch.; Wang, A.; Wei, W.; Hu, D.; Qiu, R.; Yan, K.; J. Clean. Product. 253, 120055, 2020.

[24] Darvishi-Farash, S.; Afsharpour, M.; Heidarian, J.; Environ. Sci. Pollut. Res. 28, 5938-5952, 2021.

[25] Afsharpour, M.; Behtooei, H.R.; Shakiba, M.; Martí, V.; Salemi Parizi, Sh.; Process. Saf. Environ Protect. 166, 704, 2022.

[26] Li, Y.; Zhang, H.; Liu, P.; Wang, D.; Li, Y.; Zhao, H.; Small. 9, 3336-3344, 2013.

[27] Wang, H.; Shen, Q.; You, Z.; Su, Y.; Yu, Y.; Babapour, A.; Zhang, F.; Cheng, D.; Yang, H.; Mater. Lett. 217, 143-145, 2018.

[28] Afsharpour, M.; Elyasi, M.; Javadiaan, H.R.; Molecules 26, 6569, 2021.

[29] Godoy, N.V.; Pereira, J.L.; Duarte, E.H.; Tarley, C.R.T.; Segatelli, M.G.; Mater. Chem. Phys. 175, 33-45, 2016.

[30] Eckmann, A.; Felten, A.; Mishchenko, A.; Britnell, L.; Krupke, R.; Novoselov, K.S.; Casiraghi, C.; Nano Lett. 12, 3925-30, 2012.

[31] Gomi, L.S.; Afsharpour, M.; Ghasemzadeh, M.; Lianos, P.; J. Mol. Liquid. 295, 111657, 2019.