مقایسه میزان تخریب رنگ های آنیونی و کاتیونی با استفاده از نانوکامپوزیت تیتانیم دی اکسید-گرافن/آلژینات

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسنده

گروه شیمی، دانشگاه پیام نور ، تهران، ایران

چکیده

در این کار پژوهشی، کاتالیست ­های تیتانیم دی اکسید (TiO2)، تیتانیم دی اکسید ـ گرافن (TiO2 - Graphene) و تیتانیم دی اکسید ـ گرافن/آلژینات (TiO2-Graphene/Alginate) تهیه و با روش ­های گوناگون مانند  EDX, SEM, TEM, XRD شناسایی شدند. فعالیت فتوکاتالیستی نمونه های تهیه شده در حذف مالاکیت سبز و متیل اورانژ به عنوان رنگ­ های کاتیونی و آنیونی  از محلول ­های آبی مورد بررسی قرار گرفت.  نتیجه­ ها نشان داد فعالیت فتوکاتالیستی نمونه­ ها، متاثر از ساختار شیمیایی آلاینده هاست. به طوری که نانوکامپوزیت TiO2-Graphene/Alginate در حذف رنگ کاتیونی و کاتالیست TiO2-Graphene در حذف رنگ آنیونی، فعالیت بیش ­تری نسبت به سایر نمونه­ ها از خود نشان دادند. همچنین رقم های شایستگی برای انرژی الکتریکی به ازای هر مرتبه (EEO) برای حذف فتوکاتالیستی مالاکیت سبز در حضور نمونه های تهیه شده مورد ارزیابی قرار گرفت. نتیجه­ ها نشان داد میزان انرژی الکتریکی مصرفی یرای حذف مالاکیت سبز با استفاده از  TiO2-Graphene/Alginate نسبت به سایر فتوکاتالیست­ ها کم ­تر است. به منظور درک ماهیت جذب، مدل های هم دمایی جذب مورد مطالعه قرار گرفتند. از بین مدل های هم دمایی جذب، مدل لانگمویر با ضریب همبستگی 995/0 بهترین تطابق را با داده ها نشان داد. طبق مدل لانگمویر، بیش ­ترین ظرفیت جذب مالاکیت سبز به وسیله جاذب TiO2-Graphene/Alginate، mg/g 45/86 به دست آمد که به تقریب چهار برابر ظرفیت جذب TiO2-Graphene می باشد. همچنین قابلیت بازیافت نانوکامپوزیت TiO2-Graphene/Alginate مورد بررسی قرار گرفت. نتیجه­ ها نشان داد نانوکامپوزیت TiO2-Graphene/Alginate قابلیت بازیافت دارد و از پایداری بالایی برخوردار است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

[1] Zhang L., Zhang Q., Xie H., Guo J., Lyu H., Li Y., Sun Z., Wang H., Guo Z., Electrospun Titania Nanofibers Segregated by Graphene Oxide for Improved Visible Light Photocatalysis, Appl. Catal. B: Environ., 201: 470–478 (2017).
[2] مثمری، حمید؛ علایی، ابراهیم؛ شوندی، محمود؛ دستغیب، سید محمدمهدی؛ تشرفی، سعیده؛ پاک سازی آب زیرزمینی آلوده به بنزن به روش فنتون اصلاح شده، نشریهشیمیومهندسیشیمی ایران، 37: 149 تا 159 (1397).
[3] Adachi M., Murata Y., Takao J., Highly efficient Dyesensitized Solar Cells with a Titania Thin-Film Electrode Composed of a Network Structure of Single-Crystal-Like TiO2 Nanowires Made by the “Oriented Attachment” Mechanism, J. Am. Chem. Soc., 126: 14943−14949 (2004).
[4] Sampaio M.J., Silva C.G., Silva A.M.T., Pastrana-Martínez L.M., Han C., Carbon-Based TiO2 Materials for the Degradation of Microcystin-LA, Appl. Catal. B: Environment., 170: 74-82 (2015).
[5] Sivaranjani., Pandimadevi M., Preparation and Characterization of Collagen /Alginate Biocomposite Functionalized with Graphene Oxide for Wound Healing Applications, Int. J. Chem. Tech. Res., 10: 754-769 (2017).
[6] Liu D.,Huang P.,  Liu Y.,   Wu Z.,  Li D.,  Guo J.,  Wu T., Cd/In-Co doped TiO2 Nanochips for High-Efficiency Photocatalytic Dye Degradation, Dalton Trans., 47:  6177-6183 (2018). 
[7] Ahmari H., Heris S.Z., Khayyat M.H., The Effect of Titanium Dioxide Nanoparticles and UV Irradiation on Photocatalytic Degradation of Imidaclopride, Environ. Technol., 39: 536-547 (2018). 
[8] Tang, J., Chen, Q., Xu, L., Zhang, S., Feng, L., Cheng, L., Peng, R., Graphene Oxide–Silver Nanocomposite as a Highly Effective Antibacterial Agent with Species-Specific Mechanisms, ACS. Appl. Mater. Interfaces., 5: 3867-3874 (2013).
[9] Liang Y.T., Vijayan B.K., Gray K.A., Hersam M.C., Minimizing Graphene Defects Enhances Titania Nanocomposite-Based Photocatalytic Reduction of CO2 for Improved Solar Fuel Production, Nano. Lett., 11: 2865–2870 (2011).
[10] Jiang G., Lin Z., Chen C., Zhu L., Chang Q., Wang N., Wei W., Tang H., TiO2 Nanoparticles Assembled on Graphene Oxide Nanosheets with High Photocatalytic Activity for Removal of Pollutants, Carbon., 49: 2693–2701 (2011).
[11] پازکی، مریم؛ قاسم زاده، رضا؛  یاوری، محمد؛ عبدلی، محمدعلی؛ بررسی عملکرد نانوذره تیتانیوم دی اکسیدنقره دوپ (Ag/ TiO2) در تخذیب فتوکاتالیستی اریترومایسین، نشریه   شیمی و مهندسی شیمی ایران، 37: 63 تا 72 (1397).
[12] Yang Y.C., Huang W.Q., Xu L., Hu W., Peng P., Huang G.F., Hybrid TiO2/Graphene Derivatives Nanocomposites: Is Functionalized Graphene Better Than Pristine Graphene for Enhanced Photocatalytic Activity? Catal. Sci. Technol., 7: 1423-1432 (2017).
[13] محمدی، رباب؛ معصومی، بخشعلی ؛ تهیه و شناسایی نانو ذره های Ag/Zn-TiO2 با روش­های گوناگون و بررسی تأثیر روش تهیه بر روی فعالیت کاتالیزگری نوری نانو ذره های Ag/Zn-TiO2،  نشریه شیمی و مهندسی شیمیایران،35: 9 تا 20 (1395).
[14]Yang Sh., Wua Y., Aierken A., Zhang M., Fang P., Fan Y., Ming Z., Mono/Competitive Adsorption of Arsenic(III) and Nickel(II) Using Modified Green Tea Waste, J. Taiwan. Inst. Chem. Eng. ,000: 1–9 (2016).
[15] طهمورسی، مجید ؛ صرافی، امیر ؛ ایرج منصوری، عبدالرضا؛ جذب یون های مس، روی و نیکل توسط بنتونیت کلسیمی، نشریه  شیمیومهندسیشیمیایران،32: 7 تا 16 (1392).
[16] Ngoh Y. S., Nawi M. A., Role of Bentonite Adsorbent Sub-Layer in the Photocatalytic Adsorptive Removal of Methylene Blue by the Immobilized TiO2/Bentonite System,Int. J. Environ. Sci. Technol. 13: 907–926 (2016).
[17] Wang X., Wu P., Huang Z., Zhu N., Wu J., Li P., Dang Z., Solar Photocatalytic Degradation of Methylene Blue by Mixed Metal Oxide Catalysts Derived from Zn Al Ti Layered Double hydroxides, Appl Clay Sci., 95: 95–103 (2014).
[18] Nagarjuna R., Roy S., Ganesan R., Polymerizable Sol-Gel Precursor Mediated Synthesis of TiO2 Supported Zeolite-4A and its Photodegradation of Methylene Blue, Micropor. Mesopor. Mater., 211: 1–8 (2015).
[19] Li J., Zhang L., Gu J., Sun Y., Ji X., Cross-Linking of Poly (vinyl alcohol) with N, N0-Methylene Bisacrylamide via a Radical Reaction to Prepare Pervaporation Membranes, RSC. Adv., 5: 19859–19864 (2015).
[20]  Yang M. Q.,  Xu Y. J., Photocatalytic Conversion of CO2 over Graphene-Based Composites: Current Status and Future Perspective,  Nanoscale Horiz., 1: 185-200 (2016).
[21] Deepachitra, R., Ramnath, V., Sastry, T. P., Graphene Oxide Incorporated Collagen–Fibrin Biofilm as a Wound Dressing Material, RSC. Adv., 4: 62717-62727 (2014).
[22] Li J., Wen X., ZhangQ., Ren S., Adsorption and Visible-Light Photodegradation of Organic Dyes with TiO2/Conjugated Microporous Polymer Composites,RSC Adv., 8: 34560-34565(2018). 
[23] Zhang H., Zhang X., Zhang D., One-Step Electrophoretic Deposition of Reduced Graphene Oxide and Ni(OH)2 Composite Films for Controlled Syntheses Supercapacitor Electrodes, J. Phys. Chem. B., 117: 1616–1627 (2013).
[24] Ngamta S., Boonprakob N., Wetchakun N., Ounnunkad K., Phanichphant S., Inceesungvorn B., A Facile Synthesis of Nanocrystalline Anatase TiO2 from TiOSO4 Aqueous Solution, Mater. Lett., 105: 76–79 (2013).
[25] Nenavathu B. P., Kandula S., Verma S., Visible-light-Driven Photocatalytic Degradation of Safranin-T Dye Using Functionalized Graphene Oxide Nanosheet (FGS)/ZnO Nanocomposites, RSC Adv., 8: 19659-19668 (2018).
[26] Tang S., Wang Z., Li P., Li W., Li C., Wang Y., Chu P. K., Degradable and Photocatalytic Antibacterial Au-TiO2/Sodium Alginate Nanocomposite Films for Active Food Packaging, Nanomaterials., 8: (2018) 1-11.
[27] Liu S., Sun H., Liu S., Wang S., Graphene Facilitated Visible Light Photodegradation of Methylene Blue over Titaniumdioxide Photocatalysts, Chem. Eng. J.  214:  298–303 (2012).
[28]Shu Z., Bolton J.R., Belosevic M., El Din M.G., Photodegradation of Emerging Micropollutants Using the Medium-Pressure UV/H2O2 Advanced Oxidation Process, Water Res.,47: 2881-2889 (2013).
[29] محمدی، رباب؛ معصومی، بخشعلی؛ صادقی، وحیده؛  بررسی میزان جذب سطحی متیل اورانژ با استفاده از نانوکامپوزیت Ag-TiO2/GO، نشریهشیمیومهندسیشیمی ایران، 37: 113 تا 124 (1397).
[30] Ayoub H.,  Kassir M.,  Raad M.,  Bazzi H., Hijazi A., Effect of Dye Structure on the Photodegradation Kinetic Using TiO2 Nanoparticles, Sci. Res.,5:  31-45 (2017).
 [31] اهالی آباده، زهرا؛ایران نژاد، مهدی؛ بررسی مدل­های سینتیکی و همدمایی حذف کادمیم از محلول­های آبی با کامپوزیت زئولیتی آهنی، نشریهشیمیومهندسیشیمی ایران، 35: 99 تا 111 (1395).
[32] Fan L., Luo C., Sun M., Li X., Qiu H., Highly Selective Adsorption of Lead Ions by Water-Dispersible Magnetic Chitosan/Graphene Oxide Nanocomposites, Coll. Surf. B., 103: 523–529 (2013).
[33] Mohammadi M., Sedighi M., Alimohammadi V., Modeling and Optimization of Nitrate and Total Iron Removal from Wastewater by TiO2 /SiO2 nanocomposites, Int. J. Nano Dimens., 10:  195-208 (2019).
[34] Zhang N., Xu Y. J.,  The Endeavour to Advance Graphene–Semiconductor Composite-Based Photocatalysis, Cryst. Eng. Comm., 18: 24-37 (2016).

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار