سنتز پوشش فوتوکاتالیستی خودتمیزشونده بر پایه کامپوزیت نانوساختار تیتانیا ـ سیلیکا ـ منگنز

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 گروه شیمی، واحد تاکستان، دانشگاه آزاد اسلامی، تاکستان، ایران

2 گگروه مهندسی مواد، واحد تاکستان، دانشگاه آزاد اسلامی، تاکستان، ایران

چکیده

استفاده از پوشش ­های خودتمیزشونده در صنعت شیشه، می­ تواند مشکل تمیزکردن شیشه ­ها را به میزان چشمگیری برطرف سازد. تیتانیا با داشتن ویژگی فوتوکاتالیستی، یکی از گزینه­ هایی است که توجه پژوهشگران را به خود جلب کرده است تا بر پایه­ ی کامپوزیت­ های آن بتوانند پوشش خودتمیزشونده فوتوکاتالیستی سنتز کنند. از این­رو در پژوهش حاضر تلاش شد تا با سنتز کامپوزیت تیتانیا ـ سیلیکا ـ منگنز، شرایط رسیدن به این مهم بررسی شود. بدین منظور سل پایدار تیتانیا ـ سیلیکا ـ منگنز به روش پلیمری تهیه و با استفاده از روش غوطه­ وری بر سطح شیشه ­ی سودالایم پوشش داده شد. سپس عملیات گرمایی بر روی شیشه­ ی پوشش داده شده و پودر به­ دست آمده از سل خشک شده انجام گرفت. برای بررسی ویژگی های نمونه­ های سنتزی، از آنالیزهای طیف­ سنجی فروسرخ تبدیل فوریه (FT-IR)، الگوی پراش پرتو ایکس (XRD)، طیف­ سنجی پراش انرژی پرتو ایکس (EDS) استفاده شد. فعالیت فوتوکاتالیستی کامپوزیت سنتزی نیز بر پایه­ ی میزان تخریب متیل ­اورنژ به عنوان مدل آلاینده در مجاورت آن و در حضور موج فرابنفش بررسی و تغییر غلظت محلول با استفاده از دستگاه طیف­ سنج فرابنفش ـ مرئی (UV-Vis) تعیین شد. ویژگی­ های خود‌تمیز‌شوندگی پوشش نیز با اندازه‌گیری زاویه­ ی تماس (CA) آب بر سطح آن مورد بررسی قرار گرفت.  به منظور بررسی و دیدن ریزساختار نمونه­ ی سنتزی، از میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FESEM) استفاده شد. در این پژوهش با استفاده از روش سل ـ ژل، پوشش کامپوزیتی تیتانیا ـ سیلیکا ـ منگنز با داشتن فاز آناتار با اندازه­ ی بلورک 8/9 نانومتر، زاویه­ ی ترشوندگی 4 درجه با نور مرئی و قابلیت تخریب آلاینده­ ی متیل­ اورنژ با بازده 83% ، به عنوان یک پوشش فوتوکاتالیستی خودتمیزشونده ­ی  نانوساختار سنتز شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] وحیده تاجر کجینه ­باف، حسین سرپولکی، تورج محمدی، بررسی تأثیر سیلیکا بر ویژگی­های و ریزساختار ممبران­های تیتانیایی نانوساختار (پایان نامه مقطع دکتری مهندسی مواد ـ سرامیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، دانشکده مهندسی مواد و متالورژی 1392ک)
[2] Zhang X, Fujishima A., Jin M., Emeline A.V., Murakami T., Double-Layered TiO2–SiO2 Nanostructured Films with Self-Cleaning and Anti Reflective Property.  J. Phys. Chem. B, 110, 25142–25148 (2006).
[3] مصیبی، ابوالقاسم؛ مواد خودتمیزشونده، ماهنامه فناوری نانو، سال هشتم، 139: 20 تا 28 (1388).
[4] Diamanti M.V., Del Curto B., Ormellese M., Pedeferri M.P., Photocatalyticandself-Cleaning Activity of Colored Mortars Containing TiO2, Constr. Build. Mater., 46: 167–174 (2013).
[5] Guillard C., Herrmann J.M., Puzenat E., Peruchon L., Photocatalytic Efficiencies of Self-Cleaning Glasses. Influence of Physical Factors. Photochem. Photobiol. Sci., 8: 1040-1046 (2009).
[6] Falcaro P., Zaccariello G., Stoyanova V., Benedetti A., Costacurta S., Temperature Matters: An Infrared Spectroscopic Investigation on the Photocatalytic Efficiency of Titania Coating. Sci. Adv. Mater., 6: 1330-1337 (2014).
[7] Aguia C., Angelo J., Madeira L.M., Mendes A., Influence of Photocatalytic Paint Components on the Photoactivity of P25 Towards NO Abatement, Catal. Today, 151: 77–83 (2010).
[8] Chen X., Selloni A., Introduction: Titanium Dioxide (TiO2) Nanomaterials, Chem. Rev., 114: 9281–9282 (2014)
[9] Yoon H., Kim H., Latthe S. S., Kim M. W., Aideyab S., Yoon S. S., A Highly Transparent Self-Cleaning Super Hydrophobic Surface by Organo Silane-Coated Alumina Particles Deposited Via Electro Spraying, J. Mater. Chem., A, 3: 11404–11410 (2015).
[10] Ochiai T., Fujishima A., Photoelectrochemical Properties of TiO2 Photocatalystand Its Applications for Environmental Purification, J. Photochem. Photobiol. C, 13: 247-262 (2012).
[12] Liang F., Kelly T.L., Luo L., Li H., Sailor M. J., Li Y.Y., Self-Cleaning Organic Vaporsensor Based on a Nanoporous TiO2 Interferometer, Appl. Mater. Interfaces, 4: 4177–4183 (2012).
 [13] Nakata K., Sakai M., Ochiai T., Murakami T., Takagi K., Fujishima A., Antireflection and Self-Cleaning Properties of a Moth-Eye-Like Surface Coated with TiO2 Particles, Langmuir, 27: 3275–3278 (2011)
[14] Tricoli A., Righettoni M., Pratsinis S. E., Anti Foggingnano Fibrous SiO2 and Nanostructured SiO2–TiO2 Films Made by Rapid Flame Deposition and in Situannealing, Langmuir, 25: 12578–12584 (2009).
[15] Radeti C.M., Functionalization of Textile Materials with TiO2 Nanoparticles, J. Photochem. Photobiol. C: Photochemistry Reviews, 16: 62-76 (2013).
[16] Lai Y., Tang Y., Gong J., Gong D., Chi L., Lin C., Chen Z., Transparent Super Hydrophobic/Super Hydrophilic TiO2-Based Coatings for Self-Cleaning and Anti-Fogging, J. Mater. Chem., 22: 7420–7426 (2012).
[17] Li Q., Sun D., Kim H., Fabrication of Porous TiO2 Nano Fiber and Its Photocatalytic Activity, Mater. Res. Bull., 46: 2094–2099 (2011)
[19] Qi K., Wang X., Xin J.H., Photocatalytic Self-Cleaning Textiles Based on Nanocrystalline Titanium Dioxide, Text. Res. J., 81: 101-110 (2011)
[20] Raquel P., Garikoitz B., Arrate M., Josu G., Ana A., Development of Multifunctional Sol–Gel Coatings: Anti-Reflection Coatings with Enhanced Self-Cleaning Capacity. Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 94: 1081–1088 (2010).
[21] Costacurta S., DalMaso G., Gallo R., Guglielmi M., Brusatin G., Falcaro P., Influence of Temperature­ the Photocatalytic Activity of Sol-Gel TiO2 Films. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2: 1294-1298 (2010).
[22] MauryRamirez A., Nikkanen J. P., Honkanen M., Demeestere K., Levänen E., DeBelie N., TiO2 Coatings Synthesized by Liquid Flame Spray and Low Temperature Sol-Gel Technologies on Autoclavedaerted Concrete for Air-Purifying Purposes, Mater. Charact., 87: 74–85 (2014).
[23] مقدم، سمیرا؛ ظرافت، محمد مهدی؛ صباغی، صمد؛ تجزیه فتوکاتالیستی فنول با استفاده از نانوکامپوزیت C-TiO2، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، 37(1): 41 تا 50 (1397).
[24] Mozia S., Morawski A. W., Toyoda M., Inagaki M., Application of Anatase-Phase TiO2 for Decomposition of Azo Dye in a Photocatalytic Membrane Reactor. Desalination, 241: 97-105 (2009).
[25] Zhijie Li.,­ Hou B., Xu­Y. ­, Wu­ D., ­Sun­ Y., Hu­­­W.­,­ Deng F., Comparative Study of Sol–Gel-Hydrothermal and Sol–Gel Synthesis of Titania–Silica Composite Nanoparticles. J. Solid. State. Chem., 178: 1395–1405 (2005).
[27] Ullah R., Dutta J., Photocatalytic Degradation of Organic Dyes with Manganese-Doped ZnO Nanoparticles,  J. Hazard. Mater., 156:194–200 (2008).
[28] Falcaro P., Zaccariello G., Stoyanova V., Benedetti A., Costacurta S., Temperature Matters: An Infrared Spectroscopic Investigation on the Photocatalytic Efficiency of Titania Coating.  Sci. Adv. Mater., 6: 1330-1337 (2014).
[29] Jensen H., Soloviev A., Li Z., Sogaard E. G., XPS and FTIR Investigation of the Surface Properties of Different Prepared Titanianano-Powders. Appl. Surf. Sci., 246: 239–249 (2005).
[31] Li Z., Hou B., Xu Y., Wu D., Sun Y., Hu W., Deng F., Comparative Study of Sol–Gel-Hydrothermal and Sol–Gel Synthesis of Titania–Silica Composite Nanoparticles, J. Solid State Chem., 178: 1395–1405 (2005).