سنتز و شناسایی نانوکامپوزیت ناهمگن TiO2-Beta و بررسی تأثیر سینیتیکی آن در فرایند تخریب فوتوکاتالیستی کنگو قرمز

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

گروه شیمی، واحد تهران شرق، دانشگاه آزاد اسلامی ، تهران، ایران

چکیده

در این پژوهش از زئولیت Beta برای تهیه کامپوزیت دوتاییTiO2-Beta  استفاده شد. نسبت­ های گوناگونی  از این نانوکامپوزیت دو جزئی تهیه شد و نسبت بهینه به ترتیب شامل 70 درصد وزنی TiO2  و30 درصد وزنی Beta مورد استفاده قرار گرفت. نانوکامپوزیت تهیه شده با استفاده از روش­های FT-IR، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) و پراش پرتو ایکس (XRD) شناسایی شد. سپس نانوکامپوزیت های تهیه شده به عنوان‌ فوتوکاتالیست، برای تخریب نوری رنگ آلی کنگو قرمز در شرایط نور UV مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتیجه­ ها نشان داد که نانو‌کامپوزیت‌TiO2-Beta  تهیه شده با درصد وزنی TiO2/Beta 70 به 30 دارای قدرت تخریب فوتوکاتالیستی بالاتری در مقایسه با نانوکامپوزیت  با نسبت وزنی 50 درصد می­ باشد. همچنین نانوکامپوزیت تهیه شده کارایی فوتوکاتالیستی بالاتری در مقایسه با نانو ذره­های TiO2 به عنوان فوتوکاتالیست دارد. نتیجه بررسی تأثیر pH و مقدار نانوکامپوزیت TiO2/Beta با درصد وزنی 70:30 بر روی تخریب رنگ کنگو قرمز  نشان داد که بیش ­ترین کارایی تخریب در بازه­ی pH 4/6-4/5 بوده و کارایی تخریب با افزایش میزان نانوکامپوزیت به یک مقدار بیشینه غلظت gr/L 2/1 می­ رسد همچنین تأثیر غلظت اولیه کنگو قرمز در محاسبه ثابت­ های سینیتیکی تخریب نوری آن توسط نانوکامپوزیت TiO2/Beta با درصد وزنی 70:30 نشان داد که فرایند تخریب می­تواند با استفاده از مدل سینیتیکی لانگمویر ـ هینشل وود (Langmuir-Hinshelwood) توصیف شود و محاسبه ثابت­های سرعت ظاهری با توجه به غلظت­های اولیه متفاوت کنگو قرمز بر اساس مدل سینیتیکی مرتبه اول نشان داد که سرعت ظاهری تخریب کنگو قرمز با افزایش غلظت اولیه آن کاهش می­ یابد و سرانجام قابلیت بازیافت نانوکامپوزیت TiO2/Beta با درصد وزنی 70:30 نشان داد که پس از چهار بار استفاده متوالی از نانوفوتوکاتالیست کاهش کارایی تخریب تنها در حدود 5% می باشد.   

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

[1] Molinari R., Pirillo F., Falco M., Loddo V., Palmisano L., Photocatalytic Degradation of Dyes by Using a Membrane Reactor, Chem. Eng. Process, 43(9): 1103-1114 (2004).
[2] Konstantinou I.K., Albanis T.A., TiO2-Assisted Photocatalytic Degradation of Azo Dyes in Aqueous Solution: Kinetic and Mechanistic Investigations: A Review, Applied Catalysis B: Environmental, 49: 1-14 (2004).
[3] Guillard C., Lachheb H., Houas A., Ksibi M|., Elaloui E., Herrmann  J.M., Influence of Chemical Structure of Dyes, of pH and of Inorganic Salts on their Photocatalytic Degradation by TiO2 Comparison of the Efficiency of Powder and Supported TiO2, Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 158(1): 27-36 (2003).
[4] Augugliaro V., Baiocchi C., Prevot A.B., Lopez E.G., Loddo V., Malato S., Marci G., Palmisano L., Pazzi M., Pramauro E., Azo-Dyes Photocatalytic Degradation in Aqueous Suspension of TiO2 under Solar Irradiation, Chemosphere, 49(10): 1223-1230 (2002).
[5] قنادزاده گیلانی، حسین؛ قنادزاده گیلانی، علی؛ آزمون، پریسا؛ بررسی جذی فنل از محلول­ های آبی با استفاده از کربن هسته انار، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (4)36: 145 تا 159 (1396).
[6] Ibhadon A.O., Fitzpatrick P., Heterogeneous Photocatalysis: Recent Advances and Applications, Catalysts, 3: 189-218 (2013).
[7] Gaya U.I., Abdullah A.H., Heterogeneous Photocatalytic Degradation of Organic Contaminants over Titanium Dioxide: A Review of Fundamentals, Progress and Problems, Journal of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Reviews, 9: 1-12 (2008).
[8] Ni M., Leung M.K.H., Leung D.Y.C., Sumathy K., A Review and Recent Developments in Photocatalytic Water-Splitting Using TiO2 for Hydrogen Production, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 11(3): 401-425 (2007).
[9] Senic Z., Bauk S., Vitorovic-Todorovic M., Application of TiO2 Nanoparticles for Obtaining Self- Decontaminating Smart Textiles, Scientific Technical Review, 61(3-4): 63-72 (2011).
[10] Mahalakshmi M., Vishnu Priya S., Arabindoo B., Palanichamy M., Murugesan V., Photocatalytic Degradation of Aqueous Propoxur Solution Using TiO2 and Beta Zeolite-Supported TiO2,  Journal of Hazardous Materials, 161(1): 336-343 (2009).
[11] Ma Y., Wang X., Jia Y., Chen X., Han H., Li C., Titanium Dioxide-Based Nanomaterials for Photocatalytic Fuel Generations,  American Chemical Society. Chem. Rev., 114(19): 9987-10043 (2014).
[12] Corma A., Moliner M., Cantin A., Diaz-Cabanas M. J., Jorda J.L., Zhang D., Sun J., Jansson K., Hovmoller S., Zou  X., Electron Crystallography on Porous Materials, Chem. Mater.,  20: 3218-3223 ( 2008(.
[13] Guo W., Xiong C., Huanga  L.,  Li Q., Synthesis and Characterization of Composite Molecular Sieves  Comprising Zeolite Beta with MCM-41 Structures,  J. Mater. Chem., 11: 1886-1890 ( 2001).
[14] Kiernan J.A., Classification and Naming of Dyes, Stains and Fluorochromes, Biotechnic and Histochemistry, 76(5-6): 261-278 (2001).
[15] Chattopadhyay D.P., “Handbook of Textile and Industrial Dyeing Principles, Processes and Types of Dyes” Volume 1 in Woodhead Publishing Series in Textiles Book (2011).
[16] Asses N., Ayed L., Hkiri N., Hamdi M., Congo red Decolorization and Detoxification by Aspergillus Niger: Removal Mechanisms and dye Degradation Pathway,  BioMed Research International, 7: 1-9 (2018).
[17] Wahi R.K., Yu W.W., Liu M.L., Mejia M.L., Falkner J.C., Nolte W., Colvin V.L., Photodegradation of Congo Red Catalyzed by Nanosized TiO2, Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 242(1-2): 48-56 (2005).
[18] Nadjia N., Elaziouti A., Bekka A., Photodegradation Study of Congo red in Aqueous Solution using ZnO/UV-A: Effect of pH and Band Gap of Other Semiconductor Groups, J. Chem. Eng. Process Technol., 2(2):  1-7 (2011).
[19] Alaei M., Mahjoub A.R., Alimoradi, R., Preparation of Different WO3 Nanostructures and Comparison of Their Ability for Congo Red Photo Degradation, Iranian Journal of Chemistry and Chemical Engineering, 31(1): 31-36 (2012).
[20] Ljubas D., Smoljani'c G., Jureti'c H., Degradation of Methyl Orange and Congo Red dyes by using TiO2 Nanoparticles Activated by the Solar and the Solar-Like Radiation, Journal of Environmental Management, 161: 83-91 (2015).
[21] Al-Harbi L.M., Kosa S.A., Abd El Maksod I.H., Hegazy E. Z., The Photocatalytic Activity of TiO2-Zeolite Composite for Degradation of Dye Using Synthetic UV and Jeddah Sunlight,  Journal of Nanomaterials, 16(1): 1-6 (2015).
[22] Elmorsi T.M., Elsayed M.H., Bakr M.F., Na Doped ZnO Nanoparticles Assisted Photocatalytic Degradation of Congo Red Dye Using Solar Light, American Journal of Chemistry, 7(2): 48-57 ( 2017).
[23] Alshabanat M.N., AL-Anazy M.M., An Experimental Study of Photocatalytic Degradation of Congo Red Using Polymer Nanocomposite Films, Journal of Chemistry, 1-8 (2018).
[24] Bhagwat U.O., Wu J.J., Asiri A.M., Sambandam A., Photocatalytic Degradation of Congo Red using PbTiO3 Nanorods Synthesized via a Sonochemical Approach, Chemistry Select, 3(42): 11851-11858 (2018).
[25]  پازوکی، مریم؛ قاسم زاده، رضا؛ یاوری، محمد؛ عبدلی، محمد علی؛ بررسی عملکرد نانوذره تیتانیوم دی اکسید نقره دوپ (Ag/TiO2) در تخریب فوتوکاتالیستی اریترومایسین، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (1)37: 63 تا 72 (1397).
[26] Harun N.H., Rahman M.N.A., Kamarudin W.F.W., Irwan Z., Muhammud A., Akhir N.E.F.M., Yaafar M.R., Photocatalytic Degradation of Congo Red Dye Based on Titanium Dioxide Using Solar and UV Lamp,  J. Fundam. Appl. Sci., 10(1S): 832-846 ( 2018).
[27] Gedam V.V., Raut P., Chahande A., Pathak P., Kinetic, Thermodynamics and Equilibrium Studies on the Removal of Congo Red Dye Using Activated Teak Leaf Powder, Applied Water Science,  9(3): 55-67 (2019).
[28] Pascariu P., Cojocaru C., Olaru N., Samoila P., Airinei A., Ignat M., Sacarescu L., Timpu D., Novel Rare Earth (RE-La, Er, Sm) Metal Doped ZnO Photocatalysts for Degradation of Congo-Red Dye: Synthesis, Characterization and Kinetic Studies, Journal of Environmental Management,  239: 225-234 (2019).
[29] Xu H., Guan J., Wu S., Kan Q., Synthesis of Beta/MCM-41 Composite Molecular Sieve with High Hydrothermal Stability in Static and Stirred Condition,  Journal of Colloid and Interface Science, 329(2): 346-350 (2009).
[30] Vijayalakshmi R., Rajendran V., Synthesis and Characterization of Nano-TiO2 via Different Methods, Archives of Applied Science Research, 4(2): 1183-1190 (2012).
[31] Zhou C.-h., Xu S., Yang Y., Yang B.C., Hu H., Quan Z.C., Sebo B., Chen B.L., Tai Q.D., Sun Z.H., Zhao X.Z., Titanium Dioxide Sols Synthesized by Hydrothermal Methods Using Tetrabutyltitanate as Starting Material and the Application in Dye Sensitized Solar Cells, Electrochimica Acta,  56: 4308-4314 (2011).
[32] Liao G., He W., He Y., Investigation of Microstructure and Photocatalytic Performance of a Modified Zeolite Supported Nanocrystal TiO2 Composite, Catalysts, 9(6): 502-514 (2019).
[33] Camblor M.A., Corma A., Valencia S., Characterization of Nanocrystalline Zeolite Beta, Microporous and Mesoporous Materials, 25: 59-74 (1998).
[34] Rajakumar G., Abdul Rahumana A., Mohana Roopanb S., Gopiesh Khannac V., Elangoa, G., Kamaraj C., Abduz Zahir A., Velayuthama K., Fungus-Mediated Biosynthesis and Characterization of TiO2 Nanoparticles and Their Activity Against Pathogenic Bacteria, Spectrochimica Acta Part A, 91: 23-29 (2012).
[35] Peng L., Ni Y., Wei X., Hanyu W., Duoqiang P., Wangsuo W., Removal of U(VI) from Aqueous Solution Using TiO2  Modified β-Zeolite, Radiochimica Acta, 105(12): 1005-1013 (2017).
[36] Lohse U., Altrichter B., Fricke R., Pilz W., Schreier E., Garkisch Ch., Jancke K., Synthesis of Zeolite Beta Part 2.—Formation of Zeolite Beta and titanium-Beta via an Intermediate Layer structure, J. Chem. Soc., Faraday Trans., 93(3): 505-512 (1997).
[37] Mohd Hasmizam R., Nur Arifah I., Khairul Anuar Mat A., Nanostructured TiO2 Materials: Preparation, Properties and Potential Applications (3P’s), Trans Tech Publications, 266: 84-89 (2017).
[38] Wang Y., Lap Ip Chan S., Amal R., Rong Shen Y., Kiatkittipong K., XRD Anisotropic Broadening of Nano-Crystallites,  JCPDS-International Centre for Diffraction Data. Advances in X-ray Analysis, 54: 92-100 )2011).
[39] Lafjah M., Djafri F., Bengueddach A., Kellera N., Keller V., Beta Zeolite Supported Sol-Gel TiO2 Materials for Gas Phase Photocatalytic Applications,  Journal of Hazardous Materials, 186: 1218-1225 (2011).
[40] Pirkanniemi K., Sillanpaa M., Heterogeneous Water Phase Catalysis as an Environmental Application: A Review, Chemosphere, 48(10): 1047-1060 (2002).
[41] Hu C., Wang Y.Z., Synthesis of Hydrophilic ZnS Nanocrystals and Their Application in Photocatalytic Degradation of Dye Pollutants, Chemosphere, 39: 2107-2115 (1999).
[42] Liao G., He W., He Y., Investigation of Microstructure and Photocatalytic Performance of a Modified Zeolite Supported Nanocrystal TiO2 Composite, Catalysts, 9(6): 502-514 (2019).
[43] Azouri A., Ge M., Xun K., Sattler K., Lichwa J., Ray C.,  “Zeta Potential Studies of Titanium Dioxide and Silver Nanoparticle Composites in Water-Based Colloidal Suspension”, ASME Multifunctional Nanocomposites International Conference, Honolulu, Hawaii, USA, September 20-22:  221-223 (2006).
[44] Hameed B.H., Removal of Cationic Dye from Aqueous Solution Using Jackfruit Peel as Non-Conventional Low-Cost Adsorbent, J Hazardous Mater., 162(1): 344–350 (2009).
[45] Reddy M.C., Sivaramakrishna L., Reddy A.V., The Use of an Agricultural Waste Material, Jujuba Seeds for the Removal of Anionic Dye (Congo Red) from Aqueous Medium, J. Hazard. Mater., 203-204: 118-127 (2012).
[46] Gözmena, B., Turabik, M., Hesenov, A., Photocatalytic Degradation of Basic Red 46 and Basic Yellow 28 in Single and Binary Mixture by UV/TiO2/Periodate System. J. Hazardous Mater., 164: 1487-1495 (2009).
[47] Al-Ekabi H., Serpone N., Kinetics Studies in Heterogeneous Photocatalysis. I. Photocatalytic Degradation of Chlorinated Phenols in Aerated Aqueous Solutions over Titania Supported on a Glass Matrix, J. Phys. Chem., 92(20 ): 5726-5731 (1988).

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار