عنوان پایان‌نامه
سنتز و بررسی خواص کامپوزیت تیتانیوم دی اکسید/گرافن اکساید کاهش یافته برای حذف آلاینده های آلی فرار از جریان هوا در واکنش فوتوکاتالیستی
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی-کاتالیست
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1808.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 78440;کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1808.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 78440
- تاریخ دفاع
- ۰۹ بهمن ۱۳۹۵
- دانشجو
- احسان وحیدزاده
- استاد راهنما
- شهره فاطمی, زهرا منصور پور
- چکیده
- در پژوهش حاضر با هدف اصلاح خواص نوری دی اکسیدتیتانیا، نانو پودر دی‌اکسید تیتانیا (P25) با گرافن اکساید سنتز شده به روش اصلاح‌شده هامر تحت تأثیر فرایند هیدروترمال مورد اصلاح قرار گرفت، همچنین خواص نوری نانو پودر دی‌اکسید تیتانیا توسط روش حرارتی تحت تأثیر گاز آمونیاک مورد اصلاح قرار گرفت و به این وسیله نیتروژن و گرافن در ساختار تیتانیا دوپ شد. مشخصات نمونه‌های تولیدشده به وسیله ی آنالیزهای FT-IR، XRD، EDAX، DRS ، SEM، Ramanو TEM مورد بررسی قرار گرفت. آنالیز FT-IR و EDAX نشان داد که اتم های نیتروژن جانشین بعضی از اتم-های اکسیژن در ساختار شبکه ای دی اکسیدتیتانیا شده اند و میان نانوذرات تیتانیوم دی‌اکسید و گرافن پیوند قوی به وجود آمده است. همچنین آنالیز DRS نیز نشان داد که طیف های جذب نمونه های اصلاح شده با نیتروژن و گرافن به میزان قابل توجهی به سمت ناحیه ی مرئی کشیده شده است. آنالیز Raman نیز حضور تیتانیوم دی‌اکسید و گرافن در کنار یکدیگر در کامپوزیت سنتز شده را تائید کرده است. آزمایش فوتوکاتالیستی تخریب استالدهید در راکتور کوچک مخلوط شونده ی جریانی تحت تابش نور مرئی انجام شد تا بهترین کاتالیست با درصد وزنی مناسب از گرافن تعیین شود. سپس به‌منظور نزدیک شدن به شرایط عملیاتی در مقیاس دبی‌های بالای هوا ، فعالیت فوتوکاتالیستی نمونه-ی بهینه ی فوتوکاتالیست در یک راکتور بستر سیال مخروطی با دبی بالا انجام شد. در مقایسه بستر سیال مخروطی نتایج حذف استالدهید نسبت به بستر سیال استوانه ای دارای راندمان بالاتری بود و این به دلیل هیدرودینامیک فرایند و تماس مؤثرتر نور با ذرات فتوکاتالیست بوده است، برای غلظت ppm 50 از استالدهید تحت نور لامپ Lux 2000 جیوه ای ، درصد تبدیل 76% برای راکتور بستر سیال استوانه ای پس از گذشت 180 دقیقه و 88% برای بستر سیال مخروطی پس از گذشت 81 دقیقه به دست آمد. مدل‌سازی سینتیکی به‌منظور تعیین معادله و پارمترهای سینتیکی، در راکتور بستر سیال مخروطی انجام شد و با کمک بهینه‌سازی با الگوریتم ژنتیک و تطبیق نتایج تبدیل خروجی استالدهید از بستر، پارامترهای سینتیکی تعیین شد. مدل سینتیکی از دو بخش جذب و واکنش تشکیل‌شده است. از میان معادله‌های سینتیکی، معادله‌ی سینتیکی با رابطه ی با تابع هدف 18/0، بهترین تطبیق را بر روی داده‌های تجربی نشان داده است.
- Abstract
- In this study, the photocatalytic properties of commercially available titanium dioxide (P25) was modified by nitrogen and graphene inaugurating hydrothermal method followed by a thermal treatment procedure under NH3/N2 atmosphere. FT-IR, XRD, EDAX, DRS, SEM, TEM and Raman analyze methods were conducted in order to characterize the synthesized samples. FT-IR and EDAX analysis revealed that nitrogen atoms were replaced with some oxygen atoms in titanium dioxide latitude and nitrogen doped titanium dioxide have been decorated on the surface of reduced graphene oxide. The DRS analysis confirmed that absorption spectra of samples modified with nitrogen and graphene were significantly extended into the visible regime. In addition, the Raman analysis have revealed the presence of nitrogen doped TiO2 and graphene in close contact with each other. Photocatalytic degradation of acetaldehyde was tested in both conical fluidized bed and complete stirred tank reactors. Photocatalytic activity of prepared samples have been tested in a complete stirred tank under visible light irradiation in order to find the best photocatalyst. In order to simulate the industrial conditions and utilizing the prepared samples in higher flow rates, the photocatalytic activity of the best sample have been investigated in a conical fluidized bed under ultra-violet light irradiation. In addition, a comparison between the photocatalytic activity of the best sample in conical fluidized bed and fluidized bed reactor have been carried out, the results of which showed the conical fluidized bed photocatalytic performance was better than the fluidized bed. For 50 ppm concentration of acetaldehyde under 2000 Lux mercury lamp, the conversions were obtained 88% after 81 minutes and %76 after 180 minutes in conical fluidized bed and fluidized bed, respectively. The effect of such operating parameters as flow rate, inlet concentration of pollutant, and light intensity was measured in conical fluidized bed using the method of design of experiments. To determinate the kinetic equation and its parameters, kinetic modeling was performed in the conical fluidized bed reactor. Various kinetic models were examined for this photocatalytic reaction. Amongst the reaction kinetics examined, the kinetic introduced by with objective function of 0.18, have shown the best agreement with experimental results.
