سنتز، شناسایی و بررسی فعالیت فوتوکاتالیستی نانوکامپوزیت روی اکسید آلاییده با نقره و سریم/ پلی آنیلین در تخریب همزمان پارا نیتروفنول و متیلن بلو تحت تابش نور فرابنفش

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

گروه شیمی معدنی، دانشکده شیمی، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران

چکیده

در این پژوهش نانو کامپوزیت روی اکسید آلاییده با نقره و سریم/پلی آنیلین(Ag-Ce-ZnO/PANI) به عنوان فوتوکاتالیست، برای تخریب هم­زمان دو آلاینده آلی پارانیتروفنول و متیلن بلو  در حضور نور فرا بنفش سنتز شد. آنالیزهای XRD ، FESEM و UV-Vis برای تعیین ویژگی­های فیزیکی، شیمیایی و اپتیکی نمونه­ های سنتز شده  مورد استفاده قرارگرفت. آزمایش ­های فوتوکاتالیستی نشان از عملکرد بهتر نانوکامپوزیت Ag-Ce-ZnO/PANI درمقایسه با سایر نمونه­ ها داشت. نتیجه­ ها نشان داد که با گذشت 60 دقیقه از آزمایش، حدود 88 % متیلن بلو و  56 % پارانیتروفنول توسط این نانوکامپوزیت تخریب شده است. عملکرد خوب فوتوکاتالیستی برای نانوکامپوزیت Ag-Ce-ZnO/PANI را می­توان به کاهش بازترکیب الکترون ـ حفره، افزایش هدایت الکتریکی و افزایش جذب  نسبت داد. فعالیت فوتوکاتالیستی پایدار و  کارآمد نانوکامپوزیت تهیه شده آن را به عنوان یک فوتوکاتالیست مؤثر در تخریب آلاینده های آلی به صورت تکی یا هم زمان معرفی می­ کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Wang J., Fan X.M., Wu D.Z., Dai J., Liu H., Liu H.R., Zhou Z.W., Fabrication of CuO/T-ZnOw Nanocomposites Using Photo-deposition and Their Photocatalytic Property, Appl. Surf. Sci., 258(5): 1797-1805 (2011).
[2] Sun C., Fu Y., Wang Q., Xing L., Liu B., Xue X., Ultrafast Piezo-Photocatalytic Degradation of Organic Pollutions by Ag2O/Tetrapod-ZnO Nanostructures Under Ultrasonic/UV Exposure, RSC Adv. 6: 87446- 87453 (2016).
[3] چمنی م.، فلاح شجاعی ع.، معرفی نانوفوتوکاتالیست Sb/TiO2-Fe3O4 سازگار با محیط زیست برای حذف ترکیبات فنولی، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (4)37:  23 تا 35 (1397).
[4] Chong M.N., Jin B., Chow Ch., Saint Ch., Recent Developments in Photocatalytic Water Treatment Technology: A Review, Water Res., 44(10): 2997-3027 (2010).
[5] Huang J. J., Hu H. Y., Tang F., Li Y., Lu S. Q., Lu Y., Inactivation and Reactivation of Antibiotic-Resistant Bacteria by Chlorination in Secondary Effluents of a Municipal Wastewater Treatment Plant, Water Res. 45(9): 2775-2781 (2011).
[6] Haaken D., Schmalz V., Dittmar T., Worch E., Limits of UV Disinfection: UV/Electrolysis Hybrid Technology as a Promising Alternative for Direct reuse of Biologically Treated Wastewater, J. Water Supply Res. Technol. - AQUA., 62(7): 442-451 (2013).
[7] Raizada P., Sudhaik A., P. Singh P., Photocatalytic Water Decontamination Using Graphene and ZnO Coupled Photocatalysts: A Review, Mater. Sci. for Energy Technol., 2(3): 509-525 (2019).
[8] Senthilraja A., Subash B., Krishnakumar B., Rajamanickam D., Swaminathan M., Shanthi M., Synthesis, Characterization and Catalytic Activity of Co-Doped Ag–Au–ZnO for MB Dye Degradation Under UV-A Light Mater. Sci. Semicond. Process, 22: 83-91 (2014).
[9] Benalioua B., Mansour M., Bentouami A., Boury B., Elandaloussi E., The Layered Double Hydroxide Route to Bi–Zn Co-Doped TiO2 with High Photocatalytic Activity Under Visible Light, J. Hazard. Mater., 288: 158-167 (2015).
[10] Raizada P., Singh P., Kumar A., Sharma G., Pare B., Jonnalagadda S., Thakur P., Solar Photocatalytic Activity of Nano-ZnO Supported on Activated Carbon or Brick Grain Particles: Role of Adsorption in Dye Degradation, Appl. Catal., A, 486: 159-169 (2014).
[11] Abbasi M. A., Ibupoto Z. H., Khan A., Nur O., Willander M., Fabrication of UV Photo-Detector Based on Coral Reef Like p-NiO/n-ZnO Nanocomposite Structures, Mater. Lett, 108: 149-152 (2013).
[12] Yu Z., Yin L.C., Xie Y., Liu G., Ma X., Cheng H. M., Crystallinity-Dependent Substitutional Nitrogen Doping in ZnO and Its Improved Visible Light Photocatalytic Activity, J. Colloid Interface Sci. 400: 18-23 (2013).
[13] Dong Ch., Xiao X., Chen G., Guan H., Wang Y., Synthesis and Photocatalytic Degradation of Methylene Blue over p-n Junction Co3O4/ZnO Core/Shell Nanorods, Mater. Chem. Phys., 155: 1-8 (2015).
[14] Wu H., Lin Sh., Chen Ch., Liang W., Liu X., Yang H., A New ZnO/rGO/Polyaniline Ternary Nanocomposite as Photocatalyst with Improved Photocatalytic Activity, Mater. Res. Bull., 83: 434-441 (2016).
[15] Lam S.M., Sin J.C., Abdullah A.Z., Mohamed A.R., Degradation of Wastewaters Containing Organic Dyes Photocatalysed by Zinc Oxide: A Review, Desalin. Water Treat. 41: 131-169 (2012).
[16] Ma J., Qi J., Yao Ch., Cui B., Zhang T., Li D., A Novel Bentonite-Based Adsorbent for Anionic Pollutant Removal from Water, Chem. Eng. J. 200–202: 97-103 (2012).
[17] Wenckstern H., Schmidt H., Brandt M., Lajn A., Pickenhain R., Lorenz M., Grundmann M., Hofmann D.M., Polity A., Meyer B.K., Saal H., Binnewies M., Börger A., Becker K.D., Tikhomirov V.A., Jug K., Anionic and Cationic Substitution in ZnO, Prog. Solid State Chem. 37(2-3): 153-172 (2009).
[19] Lv H., Ji G., Yang Zh., Liu Y., Zhang X., Liu W., Zhang H., Enhancement Photocatalytic Activity of the Graphite-Like C3N4 Coated Hollow Pencil-Like ZnO, J. Colloid Interface Sci., 450: 381-387 (2015).
[20] Chang X., Li Zh., Zhai X., Sun Sh., Gu D., Dong L., Yin Y., Zhu Y., Efficient Synthesis of Sunlight-Driven ZnO-Based Heterogeneous Photocatalysts, Mater. Design, 98: 324-332 (2016).
[21] Adhikari S., Sarkar D., Metal Oxide Semiconductors for Dye Degradation, Mater. Res. Bull., 72: 220-228 (2015).
[22] Chakrabarti S., Dutta B. K., Photocatalytic Degradation of Model Textile Dyes in Wastewater Using ZnO as Semiconductor Catalyst, J. Hazard. Mater B, 112: 269-278 (2004).
[23] Wang H.Y., Yang Y., Li X., Li L. J., Wang C., Preparation and Characterization of Porous TiO2/ZnO Composite Nanofibers via Electrospinning, Chin. Chem. Lett., 21: 1119-1123 (2010)
[24] Divband B., Khatamian M., Kazemi Eslamian G.R., Darbandi M., Synthesis of Ag/ZnO Nanostructures by Different Methods and Investigation of Their Photocatalytic Efficiency for 4-Nitrophenol Degradation, Appl. Surf. Sci., 284:  80-86 (2013).
[27] Arshadnia I., Movahedi M., Rasouli N., SnFe2O4/SnO2/PANI Magnetically Separable Photocatalyst for Decolorization of Two Dye Mixture in Aqueous Solution, Surf. Interface, 8: 91-96, (2017).
[28] Sharma N., Jha R., Baghel S., Sharma D., Study on Photocatalyst Zinc Oxide Annealed at Different Temperatures for Photodegradation of Eosin Y Dye, J. Alloys Compd., 695: 270-279 (2017).
[29] Soto- Vázquez L., Cotto M., Morant C., Duconge J., Márquez F., Facile Synthesis of ZnO Nanoparticles and Its Photocatalytic Activity in the Degradation of 2-Phenylbenzimidazole-5-sulfonic acid, J. Photochem. Photobiol., A, 332: 331-336 (2017).
[32] Ding W., Zhao L., Yan H., Wang X., Liu X., Zhang X., Huang X., Hang R., Wang Y., Yao X., Tang B., Bovine Serum Albumin Assisted Synthesis of Ag/Ag2O/ZnO Photocatalyst with Enhanced Photocatalytic Activity Under Visible Light, Colloids Surf. A, 568: 131-140 (2019).
[33] Ahmad M., Ahmed E., Zafar F., Khalid N.R., Niaz N.A., Hafeez A., Ikram M., Ajmal Khan M., Zhanglian H., Enhanced Photocatalytic Activity of Ce-Doped ZnO Nanopowders Synthesized by Combustion Method, J. Rare Earth., 33: 255-262 (2015).
[34] Chatterjee M. J., Ahamed S. T., Mitra M., Kulsi Ch., Mondal A., Banerjee D., Visible-Light Influenced Photocatalytic Activity of Polyaniline -Bismuth Selenide Composites for the Degradation of Methyl Orange, Rhodamine B and Malachite Green Dyes, Appl. Surf. Sci., 470: 472-483 (2019).
[35] Kumar A., Subash B., Krishnakumar B., Sobral A. J.F.N., Sankaran K.R., Synthesis, Characterization and Excellent Catalytic Activity of Modified ZnO Photocatalyst for RR 120 Dye Degradation Under UV-A and Solar Light Illumination, J. Water. Process. Eng., 13: 6-15 (2016).
[38] Subash B., Krishnakumar B., Velmurugan R., Swaminathan M., Shanthi M., Synthesis of
Ce Co-Doped Ag–ZnO Photocatalyst with Excellent Performance for NBB Dye Degradation Under Natural Sunlight Illumination
, Catal. Sci. Technol, 2: 2319-2326 (2012).
[39] Kumar A., Billa S., Chaudhary S., Kumar A.B.V. K., Raman Ch.V.V., Kim D., Ternary Nanocomposite for Solar Light Photocatalytic Degradation of Methyl Orange, Inorg. Chem. Commun., 97: 191-195 (2018).
[40] Mitra M., Ghosh A., Mondal A., Kargupta K., Ganguly S., Banerjee D., Facile Synthesis of Aluminium Doped Zinc Oxide-Polyaniline Hybrids for Photoluminescence and Enhanced Visible-Light Assisted Photo-Degradation of Organic Contaminants, Appl. Surf. Sci., 402: 418-428 (2017).
[42] Praveen R., Beautlin Chandreshia C.T., Ramaraj R., Silicate Sol-Gel Matrix Stabilized ZnO–Ag Nanocomposites Materials and Their Environmental Remediation Applications, J. Environ. Chem. Eng., 6: 3702-3708 (2018).
[43] Gu Ch., Cheng Ch., Huang H., Wong T., Wang N., Zhang T.Y., Growth and Photocatalytic Activity of Dendrite-Like ZnO@Ag Heterostructure Nanocrystals, Cryst. Growth Des., 9: 3278-3285 (2009).