مدلسازی و شبیهسازی فرایند تشکیل لایههای نانوساختار TiO۲ به روش اسپری سرد برای تهیه سطوح خود تمیز شونده و ارزیابی نتایج آن با دادههای تجربی
[پایاننامه]
/زهرا سیار
: مهندسی شیمی
، ۱۳۹۲
۱۱۰ ص
چاپی - الکترونیکی
کتابنامه در آخر پایان نامه
کارشناسی ارشد
گرایش پیشرفته
۱۳۹۲/۰۷/۰۰
صنعتی سهند
دیاکسید تیتانیوم در برابر نور ماوراء بنفش (UV) و مرئی خاصیت فتوکاتالیستی از خود نشان میدهد، بطوریکه میتواند در برابر نور، مواد آلی را تجزیه کند. به همین دلیل استفاده از آن در تهیه پوششهای نانوساختار دیاکسید تیتانیوم، تحت عنوان سطوح خودتمیزشونده، مورد توجه قرار گرفته است .در این تحقیق ابتدا سل پایدار دیاکسید تیتانیوم سنتز شد .برای افزایش خاصیت فتوکاتالیستی، یون فلز آهن به عنوان تقویت کننده جهت تهیه نانوکامپوزیت Fe/TiO۲ اضافه شد .همچنین از اسید استیک همراه با اسید نیتریک بمنظور افزایش بازده سنتز استفاده شد .پس از سنتز سلها و تعیین خصوصیات، نتایج حاصل از آنالیزهای XRD و SEM نشان داد که نمونههای TiO۲ سنتز شده فاز آناتاز و بلورهای سازنده آنها، ۱۰ - ۴۰ nm میباشد و همچنین ذرات نانومتری سنتز شده توزیع اندازه یکسانی دارند .از نتایج آنالیز BET نیز سطح ویژه بالایی برای نمونههای سنتز شده ( m۲/g ۹۳/۶۵) نسبت به ذرات TiO۲ تجاری( دگوسا) ( m۲/g ۵۲/۴۴) مشاهده شد .در این پروژه، نمونههای سنتز شده به صورت فیلمهای نازک نانوساختار TiO۲ به روش اسپری سرد بر روی سرامیک( کاشی) پوشش داده شد .ضخامت لایه تشکیل شده، در فشار، فاصله سطح از تفنگ اسپری و حرکت سطح با سرعتهای مختلف با نرم افزار فلوئنت شبیهسازی شد و با نتایج حاصل از کارهای تجربی مقایسه گردید، نتایج بدست آمده از این شبیهسازی سازگاری خوبی با نتایج تجربی داشت .زاویه تماس سطوح پوشش داده شده اندازهگیری شد و نتایج بدست آمده نشان داد که استفاده از این پوششها، منجر به تشکیل سطوح فوق آبدوست میشود. در نهایت خواص فتوکاتالیستی نمونههای پوشش داده شده تحت نور مرئی مورد ارزیابی قرار گرفت .افزایش یون آهن مانع ترکیب مجدد الکترون و حفره ایجاد شده در ساختار نانو ذرات TiO۲ شده و باعث افزایش جذب نور میشود .نتایج حاصل از این تحقیق نشان داد که افزودن یون آهن موجب افزایش خاصیت فتوکاتالیستی این لایهها شده بطوریکه در ۱۰ دقیقه اول بیش از ۸۰ درصد از اسید فرمیک به عنوان ماده آلاینده تخریب گردید .استفاده از اسید استیک همراه با اسید نیتریک نیز باعث افزایش گروههای OH پیوندی شده و منجر به افزایش خاصیت فتوکاتالیستی این نمونه نسبت به نمونه سنتز شده با اسید نیتریک شد .از لحاظ خودتمیزشوندگی سل سنتز شده با اسید نیتریک و ۰/۲۵ درصد وزنی بهتر و از لحاظ بازده تولید، اضافه کردن اسید استیک به صرفهتر میصباشد .همچنین با کلسینه کردن نمونههای نانوکامپوزیتی در دمای ۴۵۰ و ۶۵۰ درجه هیچگونه اکسید آهنی در نمونههای سنتز شده مشاهده نشد و به دلیل افزایش بلورینگی، خاصیت فتوکاتالیستی افزایش یافت .حضور کمی از فاز روتایل در نمونه نانوکامپوزیت کلسینه شده در دمای ۶۵۰ درجه تأثیر چشمگیری بر روی خاصیت فتوکاتالیستی نمونه گذاشت