%37تخفیف

سنتز و مشخصه یابی نانوکامپوزیت اکسید آهن ¬ـ اکسید گرافن و کاربرد آن در حذف آلاینده-های رنگی با کمک فعالیت فوتوکاتالیستی

Name: سنتز و مشخصه یابی نانوکامپوزیت اکسید آهن ¬ـ اکسید گرافن و کاربرد آن در حذف آلاینده-های رنگی با کمک فعالیت فوتوکاتالیستی
SKU: 12670
Price: 220000 IRR
Availability: InStock

تعداد 85 صفحه فایل word

چکیده

با توسعه فناوری و ازدیاد روزافزون جمعیت، امروزه آلودگی منابع آب یکی از مشکلات اساسی به شمار میرود. روشهای مختلفی برای حذف و جداسازی آلایندهها از محلولهای آبی وجود دارد. از مهمترین روشها میتوان به رسوبدهی شیمیایی، تعویض یونی، تبخیر، استخراج با حلال و جذب اشاره کرد. اغلب این روشها دارای معایبی از قبیل گرانی دستگاهها و عملیات، تولید لجن یا سایر مواد زائد سمی و …، نیازمند به انرژی و فضای زیاد میباشند. از میان این روشها جذب به دلیل اینکه روشی ساده، کم هزینه و مؤثر برای حذف آلایندهها در غلظتهای کم و متوسط است، توجه
علاقهمندان زیادی را به خود جلب کرده است. جذب سطحی به وسیله نانوذرات فلزات و نانوکامپوزیتهای آنها یک تکنولوژی سازگار با محیط است که طی سالیان اخیر به عنوان عامل مؤثري برای از بین بردن آلودگیها از آب و فاضلاب مورد بررسی قرار گرفته است.

در پژوهش حاضر (سنتز و مشخصهیابی نانو کامپوزیت اکسید آهن ـ اکسید گرافن و کاربرد آن در حذف آلایندههای رنگی با کمک فعالیت فوتوکاتالیستی) نانو کامپوزيت اکسيد آهن ـ اکسيد گرافن با مقدار وزني 02/0، 05/0 و 08/0 گرم از اکسید گرافن سنتز شد و خواص فوتوکاتاليستي آن مورد بررسي قرار گرفت.

بدين منظور، ابتدا نانو ذرات اکسيد آهن به روش هيدروترمال سنتز شد. سپس اکسيد گرافن به روش هامر اصلاح شده سنتز شد و در نهایت نانو کامپوزيت اکسيد گرافن ـ اکسيد آهن با درصدهاي وزني 2، 5، 8 درصد اکسيد گرافن به روش هیدروترمال، سنتز شده است. در کليه مراحل به منظور مشخصهيابي نانو ذرات اکسيد آهن، اکسيد گرافن و نانو کامپوزيت اکسيد گرافن ـ اکسيد آهن از تکنيکهاي مختلف مانند الگوي پراش اشعه ايکس، طیفسنجی مرئی ـ فرابنفش، ميکروسکوپ الکتروني روبشي، ميکروسکوپ نيروي اتمي، تعیین سطح ویژه و طیفسنجی مادون قرمز تبدیل فوریه استفاده شد.

نتايج حاصل ازتفرق اشعه ایکس نشان داد فاز هماتیت به طور کامل تشکیل شده است و هیچ اثری از وجود اکسید گرافن مشاهده نمیشود و این به دلیل درصد بسیار کم اکسید گرافن نسبت به اکسید آهن در نمونههای کامپوزیت شده میباشد. نتایج طیفسنجی مادون قرمز تبدیل فوریه حضور پیوندهای مربوط به گروههای عاملی که بیانگر تشکیل کامپوزیت و بررسی تغییرات ایجاد شده در پیوندهای اکسید آهن و اکسید گرافن است را نشان میدهد. همچنین تصاویر SEM به وضوح حضور نانوذرات اکسید آهن با اندازهی 40 تا 60 نانومتر بر روی صفحات RGO را نشان میدهند. تصاویر AFM و پروفایل ارتفاع حاصله برای ورقههای اکسید گرافن، ضخامت دسته صفحات را حدود سه تا چهار نانومتر نشان میدهد.

پس از سنتز و مشخصه يابي ترکيبات سنتز شده، عملکرد فتوکاتاليستي نانوکامپوزيت
اکسيد آهن ـ اکسيد گرافن با درصدهاي وزني مختلف از اکسيد گرافن مورد بررسي و مقايسه قرار گرفت. بررسی نتایج این آزمون نشان داد که نانوکامپوزیت سنتز شده از خواص فوتوکاتالیستی در تخریب ماده سمی ردامین B برخوردار است. پس از بررسی نرخ تخریب و همچنین میزان فعالیت فوتوکاتالیستی نمونههای سنتز شده، نتایج نشان داد که بهینه نانوکامپوزیت، سنتز شده با 5 درصد وزنی اکسید گرافن میباشد.لازم به ذکر است تمامی واکنشهای تخریب در ناحیهی مرئی انجام شده است.

واژگان کلیدی: فوتوکاتالیستی، ردامین B، نانوکامپوزیت اکسید آهن ـ اکسید گرافن

دسته: ریاضی فیزیک, فیزیک برچسب: ردامین B, فوتوکاتالیستی, نانوکامپوزیت اکسید آهن ـ اکسید گرافن

توضیحات

فهرست مطالب

عنوان	صفحه
فصل 1- مقدمه	1
فصل 2- مروری بر منابع مطالعاتی	4
2-1- نانوفوتوکاتالیستها	6
2-1-1- فرایند برانگیختگی الکترون در نیمههادیها	7
2-1-2- مکانیزم فرایند فوتوکاتالیستی	8
2-1-3- دید کلی در مورد فرایند فوتوکاتالیستی و فوتوکاتالیتها	10
2-2- اکسید آهن	13
2-2-1- ساختار بلوری هماتیت	15
2-2-2- خواص اپتوالکتریکی هماتیت	16
2-2-3- انتقال حامل بار در هماتیت	16
2-2-4- طول عمر حاملهای بار تولید شده با جذب فوتون	17
2-2-5- دگرگونی فازی اکسیدهای آهن	17
2-2-6- خاصیت فوتوکاتالیستی هماتیت	20
2-3- گرافن	21
2-3- 1- ساختار گرافن	22
2-3-2- خواص و ویژگیهای گرافن	23
2-3- 2-1- سطح ویژه گرافن	23
2-3- 2-2- خواص نوری و الکتریکی گرافن	24
2-3-3- کاربردهای گرافن	25
2-3-4- روشهای تولید گرافن	25
2-4- اکسیدگرافن	26
2-4-1- ساختار اکسید گرافن	26
2-4-2- خواص فیزیکی اکسید گرافن	28
2-4-3- خواص مکانیکی	29
2-4-4- تعداد لایهها و سطح ویژه	29
2-4-5- روش تولید اکسید گرافن	30
2-5- نانوکامپوزیت اکسید آهن – اکسید گرافن	31
فصل 3- روش تحقیق	32
3-1- مقدمه	33
3-2- مواد اولیه مصرف شده	34
3-3- روشهای مشخصهیابی	35
3-3-1- پراش اشعه ایکس	35
3-3-2- طیفسنجی مادون قرمز تبدیل فوریه	35
3-3-3- میکروسکوپ الکترونی روبشی	36
3-3-4- تعییین سطح ویژه	36
3-3-5- طیفسنجی مرئی ـ فرابنفش	36
3-3-6- میکروسکوپ نیروی اتمی	36
3-3-7- آنالیز رامان	36
3-4- مراحل انجام آزمایش	37
3-4- 1- سنتز اکسید گرافن	37
3-4- 2- سنتز نانوذرات اکسید آهن	38
3-4- 3- سنتز نانوکامپوزیت اکسید آهن ـ اکسید گرافن	39
3-5- انجام تست فوتوکاتالیستی	40
3-5-1- مراحل انجام تست فوتوکاتالیستی	41
3-5-2- مجاسبه ضریب m	43
3-5-3- روش انجام آزمایش	44
فصل 4- نتایج و بحث	47
4-1- مقدمه	48
4-2- مشخصهیابی نانوذرات اکسید آهن	48
4-2-1- پراش اشعه ایکس	48
4-2-2- تعیین سطح ویژه	50
4-2-3- میکروسکوپ الکترونی روبشی	54
4-2-4- طیفسنجی مرئی ـ فرابنفش	55
4-3- مشخصهیابی اکسید گرافن	58
4-3-1- پراش اشعه ایکس	58
4-3-2- طیفسنجی مادون قرمز تبدیل فوریه	59
4-3-3- میکروسکوپ نیروی اتمی	60
4-3-4- نتایج آنالیز رامان	61
4-4- مشخصهیابی نانوکامپوزیت اکسید آهن ـ اکسید گرافن	62
4-4-1- پراش اشعه ایکس	63
4-4-2- طیفسنجی مادون قرمز تبدیل فوریه	64
4-4-3- تعیین سطح ویژه	66
4-4-4- میکروسکوپ نیروی اتمی	68
4-4-5- میکروسکوپ الکترونی روبشی	69
4-4-6- نتایج آنالیز رامان	71
4-4-7- آزمون فوتوکاتالیستی	73
4-4-8- مکانیزم عملکرد فوتوکاتالیستی	75
نتیجهگیری	77
پیشنهادات	78
مراجع	79
Abstract	85

فهرست شکلها

عنوان	صفحه
شکل 2-1- شماتیک فرایند واکنش فوتوکاتالیستی	6
شکل 2-2- شماتیک برانگیختگی فوتونی در نیمههادی	7
شکل 2-3- ساختار لايهاي گرافيت	21
شکل 2-4- شبکه لانه زنبوري گرافن در مقياس اتمي، ساخته شده از اتمهاي کربن	22
شکل2-5- مدل ساختار اکسید گرافن	27
شکل 3-1- شماتیک ردامین B	41
شکل 3-2- نمودار تغییرات جذب بر حسب تغییرات غلظت ردامین در محلول	43
شکل 3-3- نمودار جذب ردامین B برای نانو کامپوزیت اکسید آهن ـ اکسید گرافن با 2درصد وزنی اکسید گرافن	46
شکل 3-4- نمودار جذب ردامین B برای نانو کامپوزیت اکسید آهن ـ اکسید گرافن با 5 درصد وزنی اکسید گرافن	46
شکل 3-5- نمودار جذب ردامین B برای نانو کامپوزیت اکسید آهن ـ اکسید گرافن با 8 درصد وزنی اکسید گرافن	46
شکل 4-1- طیف پراش اشعه ایکس نانوذرات اکسید آهن سنتز شده	49
شکل 4-2- طبقه‌بندی حلقه‌های پسماند توسط استاندارد آیوپاک	51
شکل 4-3- نمودار جذب و واجذب هم دمای نانو ذرات اکسید آهن	52
شکل 4-4- توزیع اندازه تخلخل‌های نانوذرات اکسید آهن با استفاده از تئوری BJH	53
شکل 4-5- مورفولوژی نانوذرات اکسید آهن با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی	54
شکل 4-6- نمودار جذب نور نانو ذرات اکسید آهن	57
شکل 4-7- الگوی پراش اشعه ایکس اکسید گرافن سنتز شده	58
شکل 4-8- نمودار تبدیل فوریه مادون قرمز اکسید گرافن	59
شکل 4-9- نتایج میکروسکوپ نیروی اتمی اکسید گرافن سنتز شده -توپوگرافی سطح و پروفایل ارتفاع-	60
شکل 4-10- طیف رامان نمونهی اکسید گرافن	62
شکل 4-11- الگوی پراش اشعه ایکس نانوکامپوزیت RGO-Fe₂O₃	63
شکل 4-12- مقایسه الگوی پراش اشعه ایکس	64
شکل 4-13- طیف FTIR نانو کامپوزیت Fe₂O₃-GO سنتز شده و طیف مربوط به اکسید گرافن	65
شکل 4-14- نمودار جذب و واجذب هم دمای نانو کامپوزیت اکسید آهن ـ اکسید گرافن	66
شکل 4-15-توزیع اندازه تخلخل‌های نانو کامپوزیت اکسید آهن ـ اکسید گرافن با استفاده از تئوری BJH	68
شکل 4-16- نتایج میکروسکوپ نیروی اتمی نانو کامپوزیت سنتز شده	69
شکل4-17- نتایج میکروسکوپ الکترونی روبشی نانو کامپوزیت	69
شکل 4-18- نتایج میکروسکوپ الکترونی روبشی، صفحات اکسید گرافن که با نانو ذرات اکسید آهن پوشیده شده اند	70
شکل 4-19- تصویر SEM بزرگنمایی شده از سطح نانوکامپوزیت	70
شکل4-20- نتایج اسپکتروسکپی رامان نانوکامپوزیت اکسید آهن – اکسید گرافن	71
شکل4-21- مقایسهی نتایج اسپکتروسکپی رامان نشان میدهد هر دو فاز GO و αFe₂O₃ در کامپوزیت موجودند	72
شکل 4-22- تغییرات غلظت بر حسب زمانهای مختلف تابش نور مرئی	73
شکل 4-23- نمودارلگاریتمی تغییرات غلظت بر حسب زمان	74
شکل 4-27- شماتیک مکانیزم فوتوکاتالیستی	75

عنوان	صفحه
جدول 3-1- مواد اولیه مورد استفاده	34
جدول3 -2- کد گذاری نمونهها بر حسب مقدار وزنی متفاوت اکسید گرافن	40
جدول3-3- مقدار بیشترین جذب برای نمونههای مختلف در مدت زمان 60 ثانیه در تاریکی مطلق	44
جدول 3-4- بیشترین مقدار جذب برای زمانهای مختلفدر نمونهها با درصد اکسید گرافن مختلف	45
جدول 4-1 نتایج حاصله از ازمون تعیین سطح ویژه مربوط به اکسید آهن سنتز شده	53
جدول 4-2 نتایج حاصله از ازمون تعیین سطح ویژه مربوط به اکسید آهن سنتز شده	67

سنتز و مشخصه یابی نانوکامپوزیت اکسید آهن ¬ـ اکسید گرافن و کاربرد آن در حذف آلاینده-های رنگی با کمک فعالیت فوتوکاتالیستی

تعداد 85 صفحه فایل word

چکیده

واژگان کلیدی: فوتوکاتالیستی، ردامین B، نانوکامپوزیت اکسید آهن ـ اکسید گرافن

فهرست مطالب

عنوان

صفحه

فصل 1- مقدمه

1

فصل 2- مروری بر منابع مطالعاتی

4

2-1- نانوفوتوکاتالیست­ها

6

2-1-1- فرایند برانگیختگی الکترون در نیمه­هادی­ها

7

2-1-2- مکانیزم فرایند فوتوکاتالیستی

8

2-1-3- دید کلی در مورد فرایند فوتوکاتالیستی و فوتوکاتالیت­ها

10

2-2- اکسید آهن

13

2-2-1- ساختار بلوری هماتیت

15

2-2-2- خواص اپتوالکتریکی هماتیت

16

2-2-3- انتقال حامل بار در هماتیت

16

2-2-4- طول عمر حامل­های بار تولید شده با جذب فوتون

17

2-2-5- دگرگونی فازی اکسیدهای آهن

17

2-2-6- خاصیت فوتوکاتالیستی هماتیت

20

2-3- گرافن

21

2-3- 1- ساختار گرافن

22

2-3-2- خواص و ویژگی­های گرافن

23

2-3- 2-1- سطح ویژه گرافن

23

2-3- 2-2- خواص نوری و الکتریکی گرافن

24

2-3-3- کاربردهای گرافن

25

2-3-4- روش­های تولید گرافن

25

2-4- اکسیدگرافن

26

2-4-1- ساختار اکسید گرافن

26

2-4-2- خواص فیزیکی اکسید گرافن

28

2-4-3- خواص مکانیکی

29

2-4-4- تعداد لایه­ها و سطح ویژه

29

2-4-5- روش تولید اکسید گرافن

30

2-5- نانوکامپوزیت اکسید آهن – اکسید گرافن

31

فصل 3- روش تحقیق

32

3-1- مقدمه

33

3-2- مواد اولیه مصرف شده

34

3-3- روش­های مشخصه­یابی

35

3-3-1- پراش اشعه ایکس

35

3-3-2- طیف­سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه

35

3-3-3- میکروسکوپ الکترونی روبشی

36

3-3-4- تعییین سطح ویژه

36

3-3-5- طیف­سنجی مرئی ـ فرابنفش

36

3-3-6- میکروسکوپ نیروی اتمی

2-1- نانوفوتوکاتالیستها

2-1-1- فرایند برانگیختگی الکترون در نیمههادیها

2-1-3- دید کلی در مورد فرایند فوتوکاتالیستی و فوتوکاتالیتها

2-2-4- طول عمر حاملهای بار تولید شده با جذب فوتون

2-3-2- خواص و ویژگیهای گرافن

2-3-4- روشهای تولید گرافن

2-4-4- تعداد لایهها و سطح ویژه

3-3- روشهای مشخصهیابی

3-3-2- طیفسنجی مادون قرمز تبدیل فوریه

3-3-5- طیفسنجی مرئی ـ فرابنفش

4-2- مشخصهیابی نانوذرات اکسید آهن

4-2-4- طیفسنجی مرئی ـ فرابنفش

4-3- مشخصهیابی اکسید گرافن

4-3-2- طیفسنجی مادون قرمز تبدیل فوریه

4-4- مشخصهیابی نانوکامپوزیت اکسید آهن ـ اکسید گرافن

4-4-2- طیفسنجی مادون قرمز تبدیل فوریه

نتیجهگیری