نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران

نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران

ساخت، مشخصه یابی و بررسی عملکرد کاتالیزگری نوری ترکیب Bi2Sn2O7/g-C3N4 ساخته شده به کمک امواج فراصوت برای تخریب متیل اورانژ

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان
1 گروه فیزیک، دانشگاه صنعتی جندی شاپور دزفول، دزفول، ایران
2 گروه شیمی، دانشگاه صنعتی جندی شاپور دزفول، دزفول، ایران
چکیده
یکی از روش‌های نوین و موثر برای حذف آلاینده‌ها از آب­ های آلوده و تصفیه آب، استفاده از فناوری کاتالیزگر­های نوری است. در این پژوهش، از روش استفاده از امواج فراصوت در دمای اتاق برای سنتز ترکیب Bi2Sn2O7/g-C3N4 (BSO/g-CN) استفاده شد. نمونه­ های ساخته شده با آنالیزهای گوناگونی از قبیل پراش پرتو ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، طیف سنج تبدیل فوریه فروسرخ (FT-IR)، طیف سنج پراش انرژی پرتو ایکس (EDS)، تکنیک جذب و واجذب گاز نیتروژن، فوتولومینسانس (PL)، طیف سنج بازتابی انتشاری (DRS) و طیف سنج امپدانس الکتروشیمیایی (EIS) مشخصه ­یابی شدند. مقایسه عملکرد کاتالیزگری نوری نمونه­ ها با تخریب رنگ متیل اورنژ (MO) تحت تابش مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد در حضور کاتالیزگر نوری ترکیبی BSO/g-CN تقریبا7/94 درصد و در حضور کاتالیزگر­های نوری خالص g-C3N4، Bi2Sn2O7 به ترتیب 3/23 و 4/9 درصد مولکول­ های MO پس از 90 دقیقه قرار گرفتن تحت تابش تخریب می­ شود. بنابراین عملکرد کاتالیزگری نوری نمونه ترکیبی BSO/g-CN در مقایسه با نمونه­ های خالص به‌طور قابل توجهی افزایش پیدا کرده است. بهبود عملکرد نمونه ترکیبی به جداسازی موثر حامل­ های بار تولید شده نوری و همچنین کاهش مقاومت انتقال بار نسبت داد شد. در نهایت مکانیزم عملکرد و گونه ­های فعال شرکت کننده در واکنش­ های کاتالیزگری نوری نمونه BSO/g-CN تعیین شد. همچنین، بررسی پایداری عملکرد کاتالیزگری نوری نشان داد نمونه BSO/g-CN  قابلیت استفاده مجدد مناسبی در پنج چرخه متوالی تخریب متیل اورنژ را دارد.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


 [1] Sari Y., Gareso P.L., Armynah B., Tahir D., A Review of TiO2 Photocatalyst for Organic Degradation and Sustainable Hydrogen Energy ProductionInternational Journal of Hydrogen Energy, 55: 984-996 (2024).
[2] Aljuaid A., Almehmadi M., Alsaiari A.A., Allahyani M., Abdulaziz O., Alsharif A., Alsaiari J.A., Saih M., Alotaibi R.T., Khan I., g-C3N4 Based Photocatalyst for the Efficient Photodegradation of Toxic Methyl Orange Dye: Recent Modifications and Future PerspectivesMolecules, 28: 3199 (2023).
[3] Lin L., Yang H., Xu X., Effects of Water Pollution on Human Health and Disease Heterogeneity: A Review, Front. Environ. Sci, 10: 880246 (2022).
[4] Nawaz A., Atif M., Khan A., Siddique M., Ali N., Naz F., Bilal M., Kim T.H., Momotko M., Haq H.U., Boczkaj G. Solar Light Driven Degradation of Textile Dye Contaminants for Wastewater Treatment–Studies of Novel Polycationic Selenide Photocatalyst and Process Optimization by Response Surface Methodology Desirability FactorChemosphere, 328: 138476 (2023).
[5] Mishra S., Sundaram B., A Review of the Photocatalysis Process Used for Wastewater TreatmentMaterials Today: Proceedings, 102: 393-409 (2023).
[6] Wang C.Y., Zhang X., Yu H.Q., Bismuth Oxyhalide Photocatalysts for Water Purification: Progress and ChallengesCoordination Chemistry Reviews, 493: 215339 (2023).
[7] سنجابی، مهسا؛ کرامتی، نرجس؛ بهینه ­سازی تثبیت نانوذرات تیتانیا بر سطح زئولیت طبیعی سمنان به روش سونوشیمی: تخریب کاتالیزوری نوری رنگ، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، 42(2): 14-1 (1403).
[9] Mohamadpour F., Amani A.M., Photocatalytic Systems: Reactions, Mechanism, and ApplicationsRSC advances, 14: 20609-20645 (2024).
[10] Huang Y.C., Arul K.T., Chen C.L., Chen J.L., Chen J., Shen S., Lu Y.R., Kuo C.H., Dong C.L., Chou W.C., Electronic Structures Associated with Enhanced Photocatalytic Activity in Nanogap-Engineered g-C3N4/Ag@SiO2 Hybrid NanostructuresApplied Surface Science, 514: 145907 (2020).
[11] Fu J., Yu, J., Jiang C., Cheng B., g‐C3N4‐Based Heterostructured Photocatalysts, Advanced Energy Materials, 8: 1701503 (2018).
[12] Song T., Yu X., Tian N., Huang H.W., Preparation, Structure and Application of g-C3N4/BiOX Composite PhotocatalystInternational Journal of Hydrogen Energy, 46: 1857-1878 (2021).
[16] Li Y., Zhou M., Cheng B., Shao Y., Recent Advances in g-C3N4-Based Heterojunction PhotocatalystsJournal of Materials Science & Technology, 56: 1-17 (2020).
[17] Li Y., Xia Z., Yang Q., Wang L., Xing Y., Review on g-C3N4-Based S-Scheme Heterojunction PhotocatalystsJournal of Materials Science & Technology, 125: 128-144 (2022).
[18] Palpandi K., Raman N., Hydrothermally Synthesized a Pyrochlore-Type Bismuth Stannate (Bi2Sn2O7): Efficient Electrochemical Detection of NitroxolineJournal of Electroanalytical Chemistry, 899: 115679 (2021).
[19] Lu Y., Chen M., Huang T., Huang Y., Cao J.J., Li H., Ho W., Lee S.C., Oxygen Vacancy-Dependent Photocatalytic Activity of Well-Defined Bi2Sn2O7−x Hollow Nanocubes for NOx RemovalEnvironmental Science: Nano, 8: 1927-1933 (2021).
[20] Yuan H., Wang L., Xu L., Han Q., Jia H., Sun X., Photocatalytic Activity of Tb3+/Eu3+-Doped Bi2Sn2O7 MicrospheresCeramics International, 48: 2710-2716 (2022).
[21] Huang S., Kou X., He D., Du C., Wang X., Su Y., Oxygen‐Vacancy‐Mediated Photocatalysis Over Bi2Sn2O7: Exceptional Catalytic Activity and SelectivityChemCatChem, 11: 6316-6323 (2019).
[22] Zhao X., Yu J., Cui H., Wang T., Preparation of Direct Z-Scheme Bi2Sn2O7/g-C3N4 Composite with Enhanced Photocatalytic PerformanceJournal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 335:130-139 (2017).
[23] Elhaddad E., Rehman W., Waseem M., Nawaz M., Haq S., Guo C.Y., Fabrication of Highly Efficient Bi2Sn2O7/C3N4 Composite with Enhanced Photocatalytic Activity for Degradation of Organic Pollutants, Journal of Inorganic and Organometallic Polymers and Materials, 31:172-179 (2021).
[26] Li, W., Chen, Q., Zhong, Q., One-Pot Fabrication of Mesoporous g-C3N4/NiS co-Catalyst Counter Electrodes for Quantum-Dot-Sensitized Solar Cells. Journal of Materials Science, 55: 10712-10724 (2020).
[28] Palpandi, K., Raman, N., Hydrothermally Synthesized a Pyrochlore-Type Bismuth Stannate (Bi2Sn2O7): Efficient Electrochemical Detection of NitroxolineJournal of Electroanalytical Chemistry, 899: 115679 (2021).
[29] Fu, R., Zeng, X., Ma, L., Gao, S., Wang, Q., Wang, Z., Huang, B., Dai, Y., Lu, J., Enhanced Photocatalytic and Photoelectrochemical Activities of Reduced TiO2− x/BiOCl HeterojunctionsJournal of Power Sources, 312: 12-22 (2016).
[30] Wang, X., Bi, W., Zhai, P., Wang, X., Li, H., Mailhot, G., Dong, W., Adsorption and Photocatalytic Degradation of Pharmaceuticals by BiOClxIy Nanospheres in Aqueous SolutionApplied Surface Science, 360: 240-251 (2016).
[31] Fang B., Xing Z., Sun D., Li Z., Zhou W., Hollow Semiconductor Photocatalysts for Solar Energy ConversionAdvanced Powder Materials, 1: 100021 (2022).
[32] Karthikeyan C., Arunachalam P., Ramachandran K., Al-Mayouf A.M., Karuppuchamy S.J.J.O.A., Recent Advances in Semiconductor Metal Oxides with Enhanced Methods for Solar Photocatalytic ApplicationsJournal of alloys and compounds, 828: 154281 (2020).
[33] Ranjbari A., Kim J., Yu J., Kim J., Park M., Kim N., Demeestere K., Heynderickx P.M., Effect of Oxygen Vacancy Modification of ZnO on Photocatalytic Degradation of Methyl Orange: A Kinetic Study, Catalysis Today, 427: 114413 (2024).
[34] Qureshi W.A., Haider S.N.U.Z., He P., Ali R.N., Liu Q.Q., Yang J., Pt Quantum Dots-Coupled AgVO3/g-C3N4 Z-Scheme Photocatalyst for Efficient Sunlight-Driven Hydrogen ProductionMaterials Today Sustainability, 23: 100416 (2023).
[35] Huong, V.H., Loan, T.T., Pham, K.P., Ha, M.N., Nguyen, Q.H., Ma, Y.R., Ngac, A.B., Nguyen, V.C., Unveiling the Synergistic Interplay of Appropriate Oxygen Vacancies and S-Scheme Heterojunction Structures in OVs-TiO2/g-C3N4 Catalyst for Efficient RhB Photodegradation and H2 ProductionJournal of Alloys and Compounds, 972: 172722 (2024).
[37] Chaharlangi, N., Molaei, P., Yousefi, R., One-Step Fabrication of S-Scheme ZnO/g-C3N4 Composites for Enhanced Environmental PhotocatalysisJournal of Alloys and Compounds, 1010: 177289 (2024).
[38] Liu, W., Qiao, L., Zhu, A., Liu, Y., Pan, J., Constructing 2D BiOCl/C3N4 Layered Composite with Large Contact Surface for Visible-Light-Driven Photocatalytic DegradationApplied Surface Science, 426: 897-905 (2017).
[40] Zhu Y., Wan T., Wen X., Chu D., Jiang Y., Tunable Type I and II Heterojunction of CoOx Nanoparticles Confined in g-C3N4 Nanotubes for Photocatalytic Hydrogen ProductionApplied Catalysis B: Environmental, 244: 814-822 (2019).
[41] Polat S., Faris D., Fabrication of CuFe2O4@g-C3N4@GNPs Nanocomposites as Anode Material for Supercapacitor ApplicationsCeramics International, 48: 24609-24618 (2022).
[42] Zhang D., Wu M., Hao J., Zheng S., Yang Y., Yao T., Wang Y., Construction of Z-Scheme Heterojunction by Coupling Bi2Sn2O7 and BiOBr with Abundant Oxygen Vacancies: Enhanced Photodegradation Performance and Mechanism InsightJournal of Colloid and Interface Science, 612: 550-561 (2022).
[43] مالکی، زهرا؛ طهماسبی، نعمت؛ روش یک مرحله­ای هیدروترمال برای ساخت ترکیب WO3.0.33H2O/BiOCl به عنوان کاتالیزور نوری فعال با نور فرا بنفش و مرئی، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، 39(3): 91-81 (1399).
[44] Huang S., Zhang J., Qin Y., Song F., Du C., Su Y., Direct Z-Scheme SnO2/Bi2Sn2O7 Photocatalyst for Antibiotics Removal: Insight on the Enhanced Photocatalytic Performance and Promoted Charge Separation MechanismJournal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 404: 112947 (2021).