۵۱۷۵پ
per
بررسی نقش یونهای آهن و نیکل دوپه شده به کاتالیستهای نانو آناتاز ساپورت شده بر روی زئولیت در فرایند دگراداسیون رنگهای آزوی قهوه ای NG و زرد GX
/شیما هاشمیان
دانشگاه تبریز: دانشکدة شیمی، گروه شیمی معدنی
۲۰۸ص
چاپی
فاقداطلاعات کامل
کارشناسی ارشد
رشتة شیمی معدنی
دانشگاه تبریز: دانشکدة شیمی، گروه شیمی معدنی
در این پروژه سعی ما بر این بود تا بواسطه برخی استراتژیها همچون۱ - کاهش سایز نانوذراتTiO۲ ۲ - توزیع و پراکنده سازی وسیع ذرات نیم رسانا از طریق ساپورت نمودن بر سطح زئولیت و۳ - دوپه نمودن برخی یونهای فلزی همچونNi ص+۲ وFe۳ + به شبکه کریستالیTiO۲ ص، فعالیت فتوکاتالیتیکی TiO۲ را افزایش داده و جذب آن را به ناحیه مرئی بکشانیم‌بنابراین در ابتدا نانو ذراتTiO۲ ص را بر سطح دو نوع زئولیت۵) - (Y, ZSMسنتز نمودیم .سپس ساپورت+Mn-۵- ZSM را که در آنNi۲ + و+Fe۳ Mn =بود به طرق مختلف تهیه نموده و TiO۲ را بر سطح آنها سنتز کردیم و در نهایت کاتالیستهای]۱ نانوTiO۲]-Ni-۵-ZSM،]۲ نانو[ ،TiO۲]-Ni-۵-ZSM۳ نانوTiO۲] -Ni-۵-ZSMو]۱ نانوTiO۲] -Fe-۵-ZSMبدست آمد .همچنین به منظور مقایسه بهتر، کاتالیستهای] نانوTiO۲]- Ni،] نانوTiO۲]- Fe،۵]-ZSM- [Ni،Y] - [Niو۵] -ZSM- [Feنیز تهیه شدند .جهت مقایسه روشهای شیمیایی و فیزیکی دوپه نمودن یون فلزی، سعی نمودیم تا یونهایFe۳ + را بر سطح کاتالیست] نانوTiO۲] -۵-ZSMبوسیله دستگاه پلاسما جت لایه نشانی کنیم و در نتیجه کاتالیست]۲ نانوTiO۲] -Fe-۵-ZSMبدست آمد .تمامی کاتالیستهای تهیه شده بوسیله تکنیک‌هایی از قبیلXRD ،XRF ،SEM ،EDX ، TEM وIR - FTمورد شناسایی و بررسی ساختار قرار گرفتند و اندازه نانوذرات TiO۲ نیز با استفاده از معادله شرر بدست آمد.با مطالعه XRD دو کاتالیست] نانوTiO۲] -۵-ZSMو] نانوTiO۲] -Yمشخص شد که زئولیتZSM - ۵طی انجام فرایندهای سنتز TiO۲ پایدار بوده و تغییر ساختار نداده است اما زئولیت Y به نوع پایدارتر آن) زئولیت P) تبدیل شده است.تمامی کاتالیستهای تهیه شده در فرآیند فتودگراداسیون دو رنگ آزو، قهوه‌ای NG و زرد GX مورد استفاده قرار گرفتند .در ابتدا کاتالیست] نانوTiO۲] -۵-ZSMبه منظور فتودگراداسیون قهوه‌ای NG تحت تابش نور) UV روش فتواکسیداسیون مستقیم (قرار گرفت .در آزمایش‌های بعدی تمام کاتالیست‌ها در تخریب رنگهای زرد GX و قهوه‌ای NG در شرایط نور معمول آزمایشگاه) لامپ فلوراسنت سقف (استفاده شدند که در آنها فرآیند دگراداسیون از مکانیزم فتواکسیداسیون حساس به نور پیروی می کرد.ارزیابی میزان حذف رنگ از محلول بوسیله دستگاه اسپکتروفتومترVIS - UVصورت گرفت از میان کاتالیستهای بدست آمده،]۳ نانوTiO۲]. ۱[-Ni-۵-ZSMنانوTiO۲] -Fe-ZSMو] نانوTiO۲] -Feبهترین نتایج را در زمینه حذف و تخریب رنگهای موردنظر حاصل نمودند .حضور یونهای فلزیNi۲ + وFe۳ + و همپوشانی اربیتالهای d آنها با اربیتالهایTi۴ d +، سبب انتقال راحت و سریع‌ترe - به تراز هدایت TiO۲ گشته و در نتیجه فرآیند تخریب رنگ سریع‌تر صورت می‌گیرد همچنین توزیع وسیع ذرات TiO۲ بر زئولیتZSM - ۵موجب افزایش برهمکنش بین مولکولهای رنگ و نانو ذرات کاتالیست می‌شود .جهت اطمینان بیشتر از نتایج بدست آمده آنالیز TOC انجام شد که نتایج نشان داد اولا فرآیند تخریب و معدنی‌سازی آرام‌تر و دیرتر از فرآیند رنگبری از محلول انجام می شود و ثانیا یونهایFe۳ + نقش بهتر و مفیدتری در افزایش فعالیت فتوکاتالیتیکی TiO۲ ایفا نمودند.کاتالیست]۲ نانوTiO۲] -Fe-۵- ZSMدر تخریب فتوکاتالیتیکی رنگ تحت شرایط نور معمول آزمایشگاه چندان موفق عمل ننمود و تحت تاثیر UV نیز فرایند تخریب ۶۰ دقیقه بطول انجامید که در مقایسه با زمان موردنیاز برای کاتالیست] نانوTiO۲] (۳۰ -ZSMدقیقه (نیازمند زمان بیشتری بود.در تمامی آزمایش‌های صورت گرفته، فرآیند رنگبری از محلول قهوه‌ای NG سریع‌تر از زرد GX صورت گرفت .دلیل آن را می‌توان به جذب بهتر و سریع‌تر مولکولهای قهوه‌ای NG بر سطح کاتالیست نسبت داد.تاثیر دمای کلسیناسیون بر ساختار و فعالیت کاتالیست]۳ نانوTiO۲] -Ni-۵-ZSMمورد ارزیابی قرار گرفت و طبق نتایج بدست آمده از نقطه‌نظر فرایند دوپه کردن یون فلز و نیز حذف و تخریب رنگ، بهترین دما جهت کلسیناسیون کاتالیست oC ۴۰۰ انتخاب گردید و بقیه کاتالیست‌ها نیز در این دما کلسینه شدند.تاثیر افزایش غلظت اولیه رنگ در حضور کاتالیستهای]۱ نانوTiO۲] -Fe-۵-ZSMو] نانوTiO۲] -Feمورد ارزیابی قرار گرفت .در غلظت‌های کم و متوسط از رنگ (ppm ۱۲ و ۲۴) هر دو کاتالیست رفتار مشابهی از خود نشان دادند اما در غلظت‌های بالا(ppm ۵۰) ، کاتالیست]۱ نانوTiO۲] -Fe-۵-ZSMنتایج بسیار بهتری را نسبت به] نانوTiO۲] -Feحاصل نمود .زئولیت به عنوان ساپورت تاثیر بسزایی بر سرعت تخریب فتوکاتالیتیکی رنگ بخصوص در شرایط نور معمول آزمایشگاه داشت .
.In this research we tried to use some strategy to improve the photo catalytic activity of TiO۲ and shift its absorbance to visible region, such as ۱- decrease of the size of nano TiO۲ particles. ۲- High dispersion of semiconductor particles by supporting on zeolite. ۳-doping the transition metal ions such as Fe+۳ and Ni+۲ in to TiO۲ lattice. So at first we synthesized nano TiO۲ on ZSM-۵ and Y zeolites. Then ZSM-۵-M+n (M+n = Fe+۳ and Ni+۲) was prepared as a support by different methods and then nano TiO۲ was synthesized on them, so [ZSM-۵-Ni-nanoTiO۲]۱, [ZSM-۵-Ni-nanoTiO۲]۲,[ZSM-۵-Ni-nanoTiO۲]۳ and[ZSM-۵-Fe-nanoTiO۲]۱ were obtained. For better comparison, the other catalysts such as [Ni-nanoTiO۲], [Fe-nanoTiO۲], [Ni-ZSM-۵], [Ni-Y] and [Fe-ZSM-۵] were synthesized. In order to comparing the chemical and physical methods of ion doping, we tried to etch Fe+۳ ions on the surface of [ZSM-۵-nanoTiO۲ ] catalyst by plasmajet method and [ZSM-۵-Fe-nanoTiO۲]II was obtained. The synthesized catalysts were investigated and characterized by XRD, XRF, SEM, EDX, TEM and FT-IR techniques and the size of nano particles were calculated by Scherrer equation. By studding the XRD of [Y-nanoTiO۲] and [ZSM-۵-nanoTiO۲] catalysts, it was found that ZSM-۵ zeolite has been a stable phase during synthesizing processes of TiO۲ , but the structure of Y type changed to more stable P type zeolite. The prepared catalysts were used in photo degradation of two azo dyes, Brown NG and Yellow GX. At first [ZSM-۵-nanoTiO۲] was used in photo degradation of Brown NG under UV irradiation (a direct photo oxidation process). In the next experience all of the catalysts were used in photo degradation of Brown NG and Yellow GX under ambient light condition. (Fluorescent lamp on the ceiling), which followed photosentisized oxidation mechanism. Decolorization of the dye solutions were measured by UV spectrometer. Among of all catalysts [ZSM-۵-Ni-nano TiO۲]۳ , [ZSM-۵-Fe -nano TiO۲]۱ and [Fe-nanoTiO۲] gave the best results in degradation of the two dyes. Presence of metal ions ( Fe+۳ and Ni+۲ ) in which the valance d orbitals can overlap with d orbitals of Ti+۴ , cause the easer and faster injection of e- to conduction band of TiO۲ , so photosentisized oxidation occurs faster. Also high dispersed nano TiO۲ particles on ZSM-۵ zeolite increases the interaction of dye molecules and nano photocatalyst particles. For more confidence, TOC analysis was done. The results concluded in the lower rate of degradation and mineralization of dye solution than decolorization processes and also in better role of Fe+۳ ion than Ni+۳ in improving photo catalytic activity of TiO۲. [ZSM-۵-Fe -nano TiO۲]۲ was unsuccessful in photo degradation of the dyes under ambient condition and under UV , degradation took ۶۰ minutes that is too longer than the experience by [ZSM-۵-nanoTiO۲] (۳۰min) . In the all degradation process Brown- NG was more destroyable than Yellow GX. The reason is the higher adsorption on the surface of catalyst. The effect of calcinations temperature of [ZSM-۵-Ni-nano TiO۲]۳ was studied and according to the results of investigation of doping process and degradation of dyes, ۴۰۰ C was selected as the best one and also the other catalysts calcinated at the same temperature. The effect of increasing first concentration of dye (Yellow GX), in the presence of [ZSM-۵-Fe -nano TiO۲]۱ and [Fe-nanoTiO۲] was investigated. It was found that at low and middle concentration (۱۲ & ۲۴ ppm) of the dye, both catalysts showed similar behavior. But as the concentration increased (۵۰ppm), [ZSM-۵-Fe -nano TiO۲]۱ gave much better result than [Fe-nanoTiO۲]. ZSM-۵ as a support plays a significant role in affecting photocatalytic degradation rate of the dye, especially under ambient light condition
TiO2
ZSM-5 zeolite
Photo oxidation
Brown NG & Yellow GX dyes
Ni+2 & Fe+3 ions
Doped catalyst
هاشمیان، شیما
خاتمیان، معصومه، استادراهنما
خرم، سیروس، استادمشاور
سیاه و سفید
نمایه‌سازی قبلی
