۱۴۲۵۳پ
per
سنتز نانو ذرات پروسکیتی BiFeO۳ و کاربرد نانو ذرات سنتز شده در حذف فوتوکاتالیستی آلایندهNOx
/طاهر رحیمی اقدم
: شیمی
، ۹۳
چاپی
کارشناسی ارشد
شیمی کاربردی
۱۳۹۳/۰۶/۲۵
تبریز
در این کار پژوهشی از نانو ذرات فوتوکاتالیست (BFO) BiFeO۳ سنتز شده جهت حذف فوتوکاتالیستی آلاینده گازی اکسیدهای نیتروژن NO) ، NOx: NO۲)در راکتور فوتوکاتالیستی استوانه ای با حجم ۵/۱ لیتر در حضور نور ماورابنفش (UV) استفاده شد .از دستگاه GC/TCD آنلاین با برنامه دمایی مشخص و ستون مولکولار سیو Agilent USA) - (HP Molesive با طول ۳۰ متر نیز برای جداسازی و شناسایی محصولات حاصل از واکنش بهره برده شد .در قسمت اول پروژه، نانو ذرات BFO با استفاده از روش های سیترات، سل-ژل، همرسوبی و هیدروترمال سنتز شدند .با مقایسه آنالیزRay Diffraction) - XRD (Xنمونه های سنتز شده با روش های مذکور، از روی میزان کریستالیزاسیون و فازهای خالص تشکیل شده، مناسب ترین فوتوکاتالیست ها انتخاب شدند و میزان فعالیت آنها در حذف NOx در فوتوراکتور طراحی شده زیر تابش نور UV مورد بررسی قرار گرفت .نتایج مقایسه نشان داد که نمونه های سنتز شده با روش های سیترات و همرسوبی شرایط بهتری دارند .برای محاسبه گپ انرژی فوتوکاتالیست ها از آنالیز DRS (Diffuse Refletance Specroscopy) استفاده شد .که مطابق نمودار تاک مقدار گپ انرژی BFO ۱۳/۲ الکترون ولت بدست آمد .در ادامه کاتیون های فلزات قلیایی خاکی به شبکه پروسکیتی BFO دوپه شدند و میزان تغییر فعالیت مورد آزمایش قرار گرفت .آزمایش ها ترتیب فعالیتdopped>BFO -dopped>Mg-dopped> Ca- Srرا نشان دادند .دلیل افزایش فعالیت نمونه های دوپه شده، افزایش گپ انرژی و در نتیجه کاهش سرعت بازترکیب حامل های بار می باشد .در قسمت بعدی کار، تاثیر رطوبت نسبی) در چهار مقدار ۱۰ ۲۵ ۵۰ و( ۷۵ ، مقدار فوتوکاتالیست) با تغییر تعداد صفحه های شیشه ای پوشش داده شده از۶ عدد تا۱ عدد(، شدت نور) UV استفاده از دو لامپ با شدت های ۸ و ۱۵ وات (و غلظت اولیه آلاینده) غلظت های۵ ،۱۰ ، ۲۰ و ppm۳۰) بر فرآیند حذف NOx مورد ارزیابی قرار گرفتند .با افزایش رطوبت نسبی تا ۵۰ فعالیت فوتوکاتالیستی بخاطر افزایش تولید گونه های اکسنده و کاهنده، افزایش پیدا کرد ولی افزایش بیشتر رطوبت نسبی، بدلیل افزایش رقابت در جذب سطحی موجب کاهش فعالیت فوتوکاتالیستی شد .با کاهش تعداد صفحه های پوشش داده با کاتالیست، بدلیل کاهش مراکز فعال کاتالیست، فعالیت کاتالیستی کاهش پیدا می کند .استفاده از لامپ با شدت بالاتر نیز فعالیت فوتوکاتالیستی را افزایش می دهد .زیرا میزان الکترون-حفره های ایجاد شده بیشتر می شود .تاثیر غلظت اولیه آلاینده نیز بدین صورت بود که افزایش غلظت از ۵ به ppm۳۰ موجب کاهش درصد تبدیل شد .زیرا سایت های فعال کاتالیست محدودند و تا اشغال کامل آنها افزایش غلظت باعث افزایش فعالیت فوتوکاتالیستی می شود ولی بعد از پر شدن مراکز فعال، افزایش غلظت اولیه آلاینده میزان تبدیل را کاهش می دهد .نتایج مطالعه سینتیکی نشان داد که واکنش حذف با تقریب خوبی از معادله درجه اول پیروی می کند .با استفاده از مدل لانگمیر- هنشلوودH) - (Lمقادیر ثابت جذب تعادلی و ثابت سرعت سینتیکی به ترتیب ۰۵۸/۰ میلی گرم بر لیتر دقیقه و ۰۴۹۱/۰ لیتر بر میلی گرم بدست آمدند .در نهایت معادله سرعت جهت پیش بینی میزان آلاینده باقی مانده در هر لحظه، پیشنهاد شد
In this research, synthesized BiFeO3 (BFO) nano-photocatalysts were used to photocatalytic removal of (NOx: NO, NO2) in gaseous phase in the presence of ultraviolet light (UV). In the first part of the project BFO nanoparticles were synthesized using citrate, sol-gel, co-precipitation and hydrothermal methods. From the X-Ray Diffraction (XRD) analysis the most suitable photocatalysts were selected and their activity were investigated in NOx removal in self designed photoreactor under UV light. Band gap energy, also, was calculated 2.13eV using Diffuse Reflectance Spectroscopy (DRS) for BFO. results showed that the samples synthesized by co-precipitation and citrate method are better (low impurity phases and high crystalization). Alkaline earth metal cations were doped BFO perovskite network and changes in activity were tested. Following activity Sr-dopped> Ca-dopped> Mg-dopped> BFO was obtain. Activity of doped samples increased Due to the increase in the energy gap and thus reduce the rate of charge carriers recombination. In the next section, the effect of relative humidity (at four levels of 10 , 25 , 50 and 75 ), the amount of photocatalysts (by changing the number plates from 6 to 1), the light intensity UV (using two bulbs intensity of 8 and 15 W) and initial concentration of pollutants (concentrations of 5, 10, 20 and 30 ppm) on NOx removal process were evaluated. By increasing the relative humidity to 50 photocatalytic activity increased due to production of oxidizing and reducing species.Further increases in relative humidity decreased the photocatalytic activity due to increased competition in the adsorption on photocatalysts. By reducing the number of plates coated with a catalyst the photocatalytic activity decreases, because it reduces the catalyst active sites. The use of high intensity light increases photocatalytic activity, Because more electron-hole is generated. Increasing initial concentrations from 5 to 30 ppm decreased the NO converson. Because the active sites of the catalyst are limit and after filling the these sites, increasing the initial concentration of the NO decrease the NO converson.Finally kinetic of reaction was investigated. Kinetic studies showed that the reaction follows the first order with a good approximation. Based on Langmuir- Hinshelwood (L-H) model the adsorption equilibrium constant (kads) and kinetic rate constant of surface reaction (kc) were obtained 0.058 mgl-1min-1, 0.049 l mg-1 respectively. Finally the rate equation was proposed to estimate the residual NOx
رحیمی اقدم، طاهر
سالاری، داریوش، استاد راهنما
نیائی، علیقلی، استاد مشاور
سیاه و سفید
نمایه‌سازی قبلی
