معرفی نانوفوتوکاتالیست Sb/TiO2-Fe3O4 سازگار با محیط زیست برای حذف ترکیب های فنولی

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 گروه محیط زیست، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد تهران غرب، تهران، ایران

2 گروه شیمی، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

چکیده

ترکیب ­های فنولی در زمره آلاینده ­های متداول منابع آبی هستند. تجزیة کاتالیزگری نوری با استفاده از نانوفوتوکاتالیست ­های نیمه رسانا یک روش مؤثر و پرکاربرد برای  حذف این  ترکیب ­ها است. در این کار پژوهشی، نانوفوتوکاتالیست­­های Sb/TiO2-Fe3O4 با صفر تا 10 درصد وزنی آنتیموان با موفقیت سنتز شد و ساختار آن­ ها با استفاده از روش­ های,FT-IR  XRD و SEM شناسایی شد. با استفاده از الگوی XRD و معادلة شرر اندازة ذره­ های سنتز شده محاسبه شد که با میانگین اندازه نانوذره­ ها دیده شده در تصویرهای SEM که حدود 50 نانومتر است همخوانی دارد. همچنین تأثیر پارامتر­های گوناگونی مانند غلظت اولیة آلاینده و غلظت آنتیموان، دما، pH و مقدار کاتالیست بررسی شد. فنول و 4- نیتروفنول توسط Sb/TiO2-Fe3O4(5 درصد وزنی آنتیموان) به ترتیب 1/70 و 95 درصد تجزیه شدند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Faisal M., Khan S.B., Rahman M.M., Jamal A., Akhtar K., Abdullah M.M., Role of ZnO-CeO2 Nanostructures as a Photo-Catalyst and Chemi-Sensor, J. Mater. Sci. Technol., 27(7): 594–600 (2011).

[2] Sullivan J. B., Krieger G. R., "Clinical Environmental Health and Toxic Exposures", Lippincott Williams & Wilkins, (2001).

[3] Verschueren K., "Handbook of Environmental Data on Organic Chemicals", no. 4th ed., (2001).

[4] Patterson J.W., "Industrial Wastewater Treatment Technology", Ann Arbor Sci. Pub,
Ann Arbor: 199–215 (1985).

[5] Maleki A., Mahvi A. H., Alimohamadi M., Ghasri A., Advanced Oxidation of Phenol
by Ultraviolet Irradiation in Aqueous System
, Pakistan J. Biol. Sci., 9(12): 2338–2341 (2006).

[6] Edwards J. D., "Industrial Wastewater Treatment, A Guidebook", Florida: CRC Lewis Publishers (1995).

[7] Kreyling W. G., Semmler-Behnke M., Chaudhry Q., A Complementary Definition of Nanomaterial, Nano Today, 5(3): 165–168,(2010).

[8] Rahman M. M., Jamal A., Khan S. B., Faisal M., Fabrication of Chloroform Sensor Based on Hydrothermally Prepared Low-Dimensional β-Fe2 O3 Nanoparticles, Superlattices Microstruct., 50(4): 369–376 (2011).

[9] Khan S.B., Faisal M., Rahman M.M., Jamal A., Exploration of CeO2 Nanoparticles as a Chemi-Sensor and Photo-Catalyst for Environmental Applications, Sci. Total Environ., 409(15): 2987–2992 (2011).

[10] Ohtani B., Photocatalyst, in: "Encyclopedia of Applied Electrochemistry", Springer, 1529–1532, (2014).

[11] Liu S.Q., Magnetic Semiconductor Nano-Photocatalysts for the Degradation of Organic Pollutants, Environ. Chem. Lett.,10 (3): 209–216 (2012).

[12] بشارتی سیدانی، عباس؛ غلامی، محمدرضا؛ تخریب فوتوکاتالیستی یک نمونه رنگ آزو به کمک نانوکامپوزیت­های بر پایه 2TiO اصلاح شده با فلزهای Pt، Pd و Ni، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (1)34: 49-39 (1394)

[13] Fallah-Shojaie A., Ghomashpasand M., Photodegradation of PCBs in Waste Transformer Oil by Fe3O4/TiO2 Nanocomposite under Visible Light, Nanotechnol. Ind. Power Energy Conf.,
1–4 (1393).

[14] A. W. W. American Public Health Association Water EnvironmentFederation, "Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater", 21st ed. Washington DC: APHA, (2005).

[15] Wei J.H., Leng C.J., Zhang X.Z., Li W. H., Liu Z.Y., Shi J., Synthesis and Magnetorheological Effect of Fe3O4-TiO2 Nanocomposite, Journal of Physics: Conference Series, 149(1): 12083 (2009).

[16] Behrad F., Farimani M.H.R., Shahtahmasebi N., Roknabadi M.R., Karimipour M., Synthesis and Characterization of Fe3O4/TiO2 Magnetic and Photocatalyst Bifunctional Core-shell with Superparamagnetic Performance, Eur. Phys. J. Plus, 130 (7): 1–9,(2015).

[17] Sadeghi B., Baradaran M., SbCl5-SiO2: an Efficient Reagent System for Regio-Chemo-and Stereoselective Claisen-Schmidt CondensationIran. J. Org. Chem. V, 2(3): 431–435 (2010).

[18] Ferraro J.R., Basile L.J., Eds.," Fourier Transform Infrared Spectra: Applications to Chemical Systems". Academic Press, (2012).

[19] Langxing C.,Yukui Z., Yulu L., Xiwen H., Preparation and Characterization of TiO2-Graphene@Fe3O4 Magnetic Composite and Its Application on the Removal of Trace Microcystin-LR, RSC Adv., 4: 56883–56891,(2014).

[20] Xu  J.W., Gao  Z. D., Han K., Liu Y., Song Y.Y., Synthesis of Magnetically Separable Ag3PO4/TiO2/Fe3O4 Heterostructure with Enhanced Photocatalytic Performance under Visible Light for Photoinactivation of Bacteria., ACS Appl. Mater. Interfaces, 6(17): 15122–31
(2014).

[21] Lianjun L., Huilei Z., Jean M. A., Ying L., Photocatalytic CO2 Reduction with H2O on TiO2 Nanocrystals: Comparison of Anatase, Rutile, and Brookite Polymorphs and Exploration of Surface Chemistry, ACS Catal, 2 (8): 1817–1828 (2012).

[22] Mohaghegha N., Eshaghia B., Rahimib E., Gholamia M.R., Ag2CO3 Sensitized TiO2 Nanoparticles Prepared in Ionic Liquid Medium: A New Ag2CO3/TiO2/RTIL Heterostructure with Highly Efficient Photocatalytic Activity, Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 406: 152–158 (2015).

[23] Benelmadjat H., Boudine B., Halimi O.,Sebais M., Fabrication and Characterization of Pure and Sn/Sb-Doped ZnO Thin Films Deposited by Sol–Gel Method, Opt. Laser Technol., 41(5): 630–633 (2009).

[24] کاوش، مریم؛ معلمیان، حجت اله؛ کوتی، محمد، سنتز و شناسایی نانو ذرات اکسید روی به روش تجزیه آبی- حرارتی، مجلهعلومپایهدانشگاهآزاداسلامی، (80)21: 25 تا 34 (1390).

[25] Omidi A., Habibi-Yangjeh A., Microwave-Assisted Method for Preparation of Sb-Doped ZnO Nnostructures and Their Photocatalytic Activity, J. Iran. Chem. Soc., 11(2): 457–465, (2014).

[26] زمان خان، حسام؛ آیتی، بیتا؛ گنجی دوست، حسین؛ تجزیه فتوکاتالیستی فنل به وسیله نانوذرات روی اکسید تثبیت شده بر بستر بتنی، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (3)31: 19-9 (1391)

 [27] Fallah Moafi H., Fallah Shojaie A., Zanjanchi M. A., The Comparison of Photocatalytic Activity of Synthesized TiO2 and ZrO2 Nanosize onto Wool Fibers, Applied Surface Science, 256 (13): 4310–4316 (2010).

[28] حسن زاده، پریسا؛ گنج دوست، حسین؛ آیتی، بیتا؛ بهینه سازی پارامترهای مؤثر بر فرایند تلفیقی اکسایش و اکسایش نوری برای حذف اکسی تتراسایکلین توسط نانوذره های آهن، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (1)32: 34-25 (1392)

[29] Sakthivel S., Neppolian B., Shankar M.V., Arabindoo B., Palanichamy M., Murugesan V., Solar Photocatalytic Degradation of Azo Dye: Comparison of Photocatalytic Efficiency of ZnO and TiO2, Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 77(1): 65–82 (2003).

[30] Moon J., Takagi H., Fujishiro Y.,  Awano M., Preparation and Characterization of the
Sb-Doped TiO2 Photocatalysts
J. Mater. Sci., 36(4): 949–955 (2001).

[31] Mogyorósi K., Farkas A., Dékány I., Ilisz I., Dombi A., TiO2-Based Photocatalytic Degradation of 2-Chlorophenol Adsorbed on Hydrophobic Clay, Environ. Sci. Technol., 36(16): 3618–3624, (2002).

[32] Terzian R., Serpone N., Heterogeneous Photocatalyzed Oxidation of Creosote Components: Mineralization of Xylenols by Illuminated TiO2 in Oxygenated Aqueous Media, J. Photochem. Photobiol. A Chem., 89(2): 163–175 (1995).

[33] Wang K., Hsieh Y.,  Chen L., The Heterogeneous Photocatalytic Degradation, Intermediates and Mineralization for the Aqueous Solution of Cresols and Nitrophenols, J. Hazard. Mater., 59(2): 251–260 (1998).

[34] Kashif N., Ouyang F., Parameters Effect on Heterogeneous Photocatalysed Degradation of Phenol in Aqueous Dispersion of TiO2, J. Environ. Sci., 21(4): 527–533 (2009).

[35] Behnajady M. A., Modirshahla N., Hamzavi R., Kinetic Study on Photocatalytic Degradation of CI Acid Yellow 23 by ZnO Photocatalyst,  J. Hazard. Mater., 133 (1-3): 226–232 (2006).

[36] Zhao B., Mele G., Pio I., Li J., Palmisano L., Vasapollo G., Degradation of 4-nitrophenol (4-NP) Using Fe–TiO2 as a Heterogeneous Photo-Fenton Catalyst, J. Hazard. Mater., 176 (1): 569–574 (2010).

[37] Daneshvar N., Salari D., Khataee A. R., Photocatalytic Degradation of Azo Dye Acid Red 14 in Water on ZnO as an Alternative Catalyst to TiO2, J. Photochem. Photobiol. A Chem., 162(2): 317–322 (2004).

[38] Li Y., Lu Y., Zhu X., Photo-Fenton Discoloration of the Azo Dye X-3B over Pillared Bentonites Containing Iron, J. Hazard. Mater., 132(2): 196–201 (2006).

[39] Rahmani A., Enayati Movafagh A., Investigation of Photocatalytic Degradation of Phenol Through UV/TiO2 Process, Water & Wastewater, 58: 32–37 (2006).

[40] Javadi A.H., Hemmati Borji S., Nasseri S., Nabizadeh Nodehi R., Mahvi A.H., Photocatalytic Degradation of Phenol in Aqueous Solutions by Fe(III)-Doped TiO2/UV Process, Iran. J. Heal. Environ., 3(4): 369–380 (2011).