نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران

نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران

بررسی فعالیت فتوکاتالیستی پلی‌اکسومتالات‌های روی (II) و منگنز (II) تثبیت شده بر روی اکسید برای تجزیه رنگ‌های آلی

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان
ربابه حاجیان
نرگس زمان زاده نصرآبادی
دانشکده شیمی، دانشگاه یزد، یزد، ایران
چکیده
در این مقاله دو پلی‌اکسومتالات استخلاف­شده نوع کگین [(n-C4H9)4N)]5PMo2W9O39(Zn2+OH2).3H2O5 و [(n-C4H9)4N)]5PMo2W9O39(Mn2+OH2).3H2O تثبیت شده بر روی بستر ZnO تهیه گردید. این دو کاتالیست ناهمگن توسط روش IR، UV-Vis، DR UV-Vis، XRD، FESEM، EDX، TG، BET وICP شناسایی شد. این کاتالیست­ های تهیه شده در تخریب رنگ‌های متیلن‌بلو(کاتیونی)، ردامین B (کاتیونی) و برموتیمول بلو (شناساگر) و متیل اورانژ (آنیونی، آزو) در حضور هیدروژن پراکسید و تحت تابش نور خورشید، فعالیت فتوکاتالیستی بالایی از خود نشان دادند. بر اساس مدل سنتیکی لانگمویر-هینشل‌وود، سنتیک تخریب اکسایشی چهار رنگ برای روی اکسید، دو پلی‌اکسومتالات همگن و دو فتوکاتالیست ناهمگن به عنوان واکنش‌های مرتبه اول بررسی شد. فعالیت تخریب فتوکاتالیستی گونه‌های  ناهمگن نسبت به انواع همگن برتری داشت. همچنین، این سیستم ­ها قابلیت بازیابی و استفاده مجدد در شش دوره کاتالیستی را بدون کاهش قابل توجه در میزان تخریب رنگ دارند.
کلیدواژه‌ها
پلی‌اکسومتالات
تخریب رنگ
متیلن بلو
ردامین B
بروموتیمول
متیل اورانژ

موضوعات

[1] Verma A.K., Dash R.R., Bhunia P.A., review on Chemical Coagulation/Flocculation Technologies for Removal of Colour from Textile Wastewaters, J. .Environ. Manage.  93(1): 154-168 (2012).
[2] حقیقی پ.،  بازیاری ا.، علی جانی س.،  افزایش تخریب آلاینده‌ رنگی رودامین ب در آب با فوتوکاتالیست-جاذب تیتانیا-سیلیکای فلوئوردار شده تحت تابش نور فرابنفش،  نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (4)41: 197 تا 204 (1401).
[3] Rafiee E., Pami N., Zinatizadeh  A. A., Eavani S. A, new Polyoxometalate-TiO2 Nanocomposite for Efficient Visible Photodegradation of dye from Wastewater, Liquorice and Yeast Extract: Photoelectrochemical, Electrochemical, and Physical Investigations.  J. Photochem. Photobiol., A.  386: 112145 (2020).
[4] اسماعیل­زاده ع.ر.، حشمت­پور ف.، عبدی­خانی، م.س.، بررسی کارایی نانوکامپوزیت Sr-Ce-ZnO/Hap در تخریب کاتالیستی نوری آلاینده رودامین B در حضور نور مرئی، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (3)41: 85 تا 96 (1401).
[5] مهرعلیزاده، محمدرضا؛ عبدالهی، بهمن؛ تهیه الکتروکاتالیست NiTiO3 جهت تصفیه پساب حاوی آلاینده رنگ آزو به کمک فرآیند اکسایش آندی، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (4)42: 91 تا 104 (1402).
[6] فتحی، م.، بازیاری ا.، دهقانی م.ر.، تأثیر روش سنتز و حضور اکسید فلزها به عنوان بهبود دهنده برای بهبود فعالیت کاتالیستی نوری تیتانیا ـ سیلیکا در تخریب آلاینده رنگی. نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (4)40: 121 تا 128 (1400).
[7] Makhado E., Pandey S., Modibane K. D., Kang M., Hato M. J., Sequestration of Methylene Blue Dye Using Sodium Alginate Poly (Acrylic Acid)@ zno Hydrogel Nanocomposite: Kinetic, Isotherm, and Thermodynamic Investigations Int. J. Biol. Macromol. 162: 60-73 (2020).
[8] Al-Asfar A., Zaheer Z., Aazam E.S., Eco-Friendly Green Synthesis of Ag@Fe Bimetallic Nanoparticles: Antioxidant, Antimicrobial and Photocatalytic Degradation of Bromothymol Blue J. Photochem. Photobiol., B. 185: 143-152 (2018).
[9] Boczkaj G., Fernandes A., Wastewater Treatment by Means of Advanced Oxidation Processes at Basic pH Conditions: A Review Chem. Eng. J. 320: 608-633 (2017).
[10] Esplugas S., Gimenez J., Contreras S., Pascual E., Rodrı́guez M., Comparison of Different Advanced Oxidation Processes for Phenol Degradation. Water Res. 36(4): 1034-1042 (2002).
[11] Rostami-Vartooni A., Moradi-Saadatmand A., Mahdavi M., Catalytic Reduction of Organic Pollutants Using Biosynthesized Ag/C/Fe3O4 Nanocomposite by Red Water and Caesalpinia Gilliesii Flower Extract Mater. Chem. Phys. 219: 328-339 (2018).
[12] Rostami-Vartooni A., Rostami L., Bagherzadeh M., Green Synthesis of Fe3O4/Bentonite-Supported Ag and Pd Nanoparticles and Investigation of Their Catalytic Activities for the Reduction of Azo Dyes. J. Mater. Sci.: Mater. Electron. 30(24): 21377-21387 (2019).
[13] Siadatnasab F., Karami K., Khataee A., Keggin-Type Polyoxometalates Supported on PANI-Coated CuS: Synthesis, Characterization and Application as the Efficient Adsorbents for Selective Dye Removal. J. Ind. Eng. Chem. 80: 205-216 (2019).
[14] Fazaeli R., Aliyan H., Tangestaninejad S., Parishani Foroushani S., Photocatalytic Degradation of RhB, MG, MB, Roz.B, 3-BL and CI-50 by PW12-APTES@MCF as Nanosized Mesoporous Photocatalyst  J. Iran. Chem. Soc. 11(6): 1687-1701 (2014).
[15] Mirkhani V., Tangestaninejad S., Moghadam M., Habibi M. H., Rostami-Vartooni A., Photocatalytic Degradation of Azo Dyes Catalyzed by Ag Doped TiO2 Photocatalyst  J. Iran. Chem. Soc. 6(3): 578-587 (2009).
[16] Dehghani R., Aber S., Mahdizadeh F., Polyoxometalates and Their Composites as Photocatalysts for Organic Pollutants Degradation in Aqueous Media—A Review CLEAN–Soil, Air, Water. 46(12): 1800413 (2018).
[17] Coronado E., Gómez-García C. J., Polyoxometalate-Based Molecular Materials Chem. Rev. 98(1): 273-296 (1998).
[18] Liu Y., Zuo P., Wang  R., Liu Y., Jiao W., Covalent Immobilization of Dawson Polyoxometalates on Hairy Particles and its Catalytic Properties for the Oxidation Desulfurization of Tetrahydrothiophene. J. Cleaner Prod.  274: 122774 (2020).
[19] Tountas M., Topal Y., Verykios A., Soultati A., Kaltzoglou A., Papadopoulos T. A., Auras F., Seintis K., Fakis M., Palilis L. C., A Silanol-Functionalized Polyoxometalate with Excellent Electron Transfer Mediating Behavior to ZnO and TiO2 Cathode Interlayers for Highly Efficient and Extremely Stable Polymer Solar Cells J. Mater. Chem. C.  6(6): 1459-1469 (2018).
[20] Sun W. T., Si Y. H., Jing H. T., Dong Z. J., Wang C. X., Zhang Y. P., Zhao L. C., Feng W., Yan Y., Visible-Light Photochromism of Phosphomolybdic Acid/ZnO Composite Chem. Res. Chin. Univ. 34(3): 464-469 (2018).
[21] Ashrafi A., Jagadish C., Review of Zincblende ZnO: Stability of Metastable ZnO Phases J. Appl. Phys. 102(7): 4 (2007).
[22] Mousavi S. M., Mahjoub A. R., Abazari R., Facile Green Fabrication of Nanostructural Ni-Doped ZnO Hollow Sphere as an Advanced Photocatalytic Material for Dye Degradation J. Mol. Liq. 242: 512-519 (2017).
[23] Ammar S. H., Abdulnabi W. A., kader H. D. A., Synthesis, Characterization and Environmental Remediation Applications of Polyoxometalates-Based Magnetic Zinc Oxide Nanocomposites (Fe3O4@ZnO/PMOs) Environ. Nanotechnol., Monit. Manage. 13: 100289 (2020).
[24] Ong C. B., Ng L. Y., Mohammad A. W., A Review of ZnO Nanoparticles as Solar Photocatalysts: SYNTHESIS, Mechanisms and Applications Renewable Sustainable Energy Rev. 81: 536-551 (2018).
[25] Bernhardt S., Düring J., Haschke S., Barr M. K. S., Stiegler L., Schühle P., Bachmann J., Hirsch A., Gröhn F., Tunable Photocatalytic Activity of PEO-Stabilized ZnO–Polyoxometalate Nanostructures in Aqueous Solution  Adv. Mater. Interfaces. 8(14): 2002130 (2021).
[26] Hong B., Liu L., Wang S. M., Han  Z. B., Facile Synthesis of ZIF-8/ZnO/Polyoxometalate Ternary Composite Materials for Efficient and Rapid Removal of Cationic Organic Dye J. Cluster Sci. 27(2): 563-571 (2016).
[27] Zabat N., Nickel-Substituted Polyoxometalate Nanomaterial as a Green and Recyclable Catalyst for Dye Decolorization Arabian J. Sci. Eng. 44(1): 227-236 (2019).
[28] Tabatabaee M., Hashemian S., Roozbeh M., Roozbeh M., Mirjalili M., Lacunary Keggin-type Heteropolyanion, Alpha- PMo2W9O39 (7-), as an Efficient Homogenous Catalyst for Oxidation of Aromatic Amines Res. Chem. Intermed. 41(1): 231-234 (2015).
[29] Liu S., Liu Y., Jiang S., Liu S., He D., Li N., Miao J., Ye J., Stable Visible-Light Photocatalytic Degradation of Organic Pollutant by Silver Salt of Ti-Substituted Keggin-Type Polyoxotungstate J. Environ. Chem. Eng. 4(1): 908-914 (2016).
[30] Lan J., Wang Y., Huang B., Xiao Z., Wu P., Application of Polyoxometalates in Photocatalytic Degradation of Organic Pollutants Nanoscale Adv. 3(16): 4646-4658 (2021).
[31] Guo R., Bai L., Dong G., Chai D., Lang, K., Mou  Z., Zhao M., Construction of ZnO/Keggin Polyoxometalate Nano-Heterojunction Catalyst for Efficient Removal of Rhodamine B in Aqueous Solution J. Inorg. Organomet. Polym. Mater. 32(5): 1599-1615) 2022(.
[32] Bai L., Pan X., Guo R., Linghu X., Shu Y., Wu Y., Zhao M., Zhang  J., Shan D.; Chen, Z., Wang B., Sunlight-Driven Photocatalytic Degradation of Organic Dyes in Wastewater by Chemically Fabricated ZnO/Cs4SiW12O40 Nanoheterojunction. Appl. Surf. Sci. 599: 153912 (2022).
[33] Li Q. Y., Chen W. L., Ju M. G., Liu L., Wang E. B., ZnO-Based Hollow Microspheres with Mesoporous Shells: Polyoxometalate-Assisted Fabrication, Growth Mechanism and Photocatalytic Properties  J. Solid State Chem. 184(6): 1373-1380 (2011).
[34] Murmu G., Samajdar  S., Ghosh  S., Shakeela  K., Saha S., Tungsten-Based Lindqvist and Keggin Type Polyoxometalates as Efficient Photocatalysts for Degradation of Toxic Chemical Dyes Chemosphere. 346: 140576- 140588 (2024).
[35] Yu H., Zhao M., Xue C., Huang J., Zhao N., Kong  L., All-Solid-State Z-Scheme Nanojunction PW12/Ag/ZnO Photocatalyst: Effective Carriers Transfer Promotion and Enhanced Visible Light Driven  J. Mol. Struct. 1300: 137272-137285 (2024).
[36] Wang Z., Tang Y., Ai  L., Liu M., Wang Y., Polymer-Based Immobilized FePMo12O40@PVP Composite Materials for Photocatalytic RhB Degradation  Inorganics. 12(6): 144-156 (2024).
[37] Yadollahi B., Catalytic Conversion of Sulfides to Sulfoxides by the PZnMo2W9O39(5-) Polyoxometalate. Chem. Lett. 32(11): 1066-1067 (2003).
[38] Hajian R., Tangestaninejad S., Moghadam M., Mirkhani V., Khosropour A. R., [PZnMo2W9O39]5− Immobilized on Ionic Liquid-Modified Silica as a Heterogeneous Catalyst for Epoxidation of Olefins with Hydrogen Peroxide C. R. Chim. 15(11–12): 975-979 (2012).
[39] Soultati A., Verykios A., Speliotis T., Fakis M., Sakellis I., Jaouani H., Davazoglou D., Argitis P., Vasilopoulou M., Organic Solar Cells of Enhanced Efficiency and Stability Using Zinc Oxide: Zinc Tungstate Nanocomposite as Electron Extraction Layer Org. Electron. 71: 227-237 (2019).
[40] Singh D., Pandey D., Yadav R., Singh D. A, study of Nanosized Zinc Oxide and Its Nanofluid Pramana. 78(5): 759-766 (2012).
[41] Li Q., Wang E., Li S., Wang C., Tian C., Sun G., Gu J., Xu R., Template-Free Polyoxometalate-Assisted Synthesis for ZnO Hollow Spheres. J. Solid State Chem. 182(5): 1149-1155 (2009).
[42] Raza W., Faisal S. M., Owais M., Bahnemann D., Muneer M., Facile Fabrication of Highly Efficient Modified ZnO Photocatalyst with Enhanced Photocatalytic, Antibacterial and Anticancer Activity RSC Adv. 6(82): 78335-78350 (2016).
[43] Saha T. K., Karmaker S., Debnath S., Biswas M. I. A., Solar Light Induced Glass-Supported Zinc Oxide Catalyzed Degradation of Allura Red AC in Aqueous Solution Russ. J. Phys. Chem. A. 94(13): 2723-2732 (2020).
[44] Taghavi M., Tabatabaee M., Ehrampoush M. H., Ghaneian M. T., Afsharnia M., Alami A., Mardaneh J., Synthesis, Characterization and Photocatalytic Activity of TiO2/ZnO-Supported Phosphomolybdic Acid Nanocomposites. J. Mol. Liq. 249: 546-553 (2018).
[45] Wu X., Luo B., Chen M., Chen F., Tunable Surface Charge of Fe, Mn Substituted Polyoxometalates/Hydrotalcites for Efficient Removal of Multiple Dyes Appl. Surf. Sci. 509: 145344 (2020).
[46] Sheng F., Zhu X., Wang W., Wang P., Zhang R., Preparation and Characterization of K6ZrW11O39Sn‐TiO2 Composite Catalyst for Solar Photocatalytic Degradation of Aqueous Dye Solutions. J. Chin. Chem. Soc. 64(9): 1111-1119 (2017).
[47] Taghavi M., Ehrampoush M. H., Ghaneian M. T., Tabatabaee M., Fakhri Y., Application of a Keggin-Type Heteropoly Acid on Supporting Nanoparticles in Photocatalytic Degradation of Organic Pollutants in Aqueous Solutions J. Cleaner Prod. 197: 1447-1453 (2018).
[48] Wu J., Wu D., Peng W., Ji  Y., Tong  H., Research Progress of Polyoxometalates Photocatalyst for Degradation of Organic Wastewater Appl. Chem. Eng. 5(1): 92-106 (2022).