عنوان پایان‌نامه
طراحی و ساخت نانو فتو کاتالیست های مغناطیسی اکسید تیتانیوم به منظور حذف آلاینده های آلی
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی - طراحی فرآیندها
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1512.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 65613
- تاریخ دفاع
- ۰۲ بهمن ۱۳۹۲
- دانشجو
- سحر حمزه زاده نخجوانی
- استاد راهنما
- امید توکلی
- چکیده
- در چند سال اخیر عواملی همچون رشد روز افزون جمعیت کره زمین، صنعتی¬شدن کشورها و بالا رفتن استانداردهای زندگی انسان¬ها در کنار پدیده¬هایی همچون گرمایش کره زمین، لزوم ارائه روش¬های نوین تصفیه آب در مقیاس صنعتی به منظور جبران کمبود منابع آبی را به امری ضروری بدل ساخته است. اخیراً از میان روش¬های نوین پیشنهادی به منظور تصفیه آلاینده¬های خطرناک با غلظت ناچیز، روش¬های اکسیداسیون پیشرفته و بویژه فتوکاتالیست¬های نیمه¬رسانا علی¬رغم برخی محدودیت¬ها، قابلیت موثری را از خود نشان داده¬اند. در این پژوهش با رویکرد رفع محدودیت¬های ذرات فتوکاتالیستی، برای نخستین بار ذره فتوکاتالیستی بهبودیافته تیتانیوم¬دی¬اکسید نیتروژن دوپ مغناطیسی (TiO2-N-FS) با هدف دارا بودن فعالیت در نور مرئی و همچنین قابلیت جداسازی از پساب در حضور یک میدان مغناطیسی خارجی، سنتز شد. در ادامه سه ذره تیتانیوم¬دی‌اکسید (TiO2)، تیتانیوم¬دی¬اکسید نیتروژن دوپ (TiO2-N) و تیتانیوم-دی¬اکسید مغناطیسی (TiO2-FS) سنتز و خواص، مشخصات و همچنین توانایی فتوکاتالیستی آن‌ها در حذف آلاینده فنول به عنوان یکی از آلاینده¬های چالش برانگیز برای محیط زیست بررسی و با ذره TiO2-N-FS مقایسه گردید. تاثیر پارامتر عملیاتی دمای کلسیناسیون برای هر چهار ذره سنتز شده در 3 دمای کلسیناسیون ?C 300، ?C 400 و ?C 500 بررسی و مشاهده گردید که هر چهار ذره سنتز شده در دمای کلسیناسیون ?C 400 بالاترین میزان حذف فنول را دارا بوده و ذرات TiO2-N-FS هم در برابر نور UV و هم در برابر نور مرئی فعالیت خوبی از خود نشان دادند. اثر تغییر پارامترهای عملیاتی از قبیل pH و غلظت اولیه آلاینده برای فتوکاتالیست TiO2-N-FS بررسی و مشاهده شد که در 8/6 pH= که در محدوده pH خنثی می¬باشد بیشترین مقدار حذف فتوکاتالیستی فنول تحت تابش نور مرئی (46%) حاصل می¬شود. با افزایش غلظت آلاینده سرعت تخریب فتوکاتالیستی کاهش یافته و بیشترین میزان حذف در غلطت mg/L 50 و کمترین میزان در mg/L 200 حاصل شد. همچنین به منظور بررسی صرفه اقتصادی، دو ذره فنوکاتالیستی فعال تحت نور مرئی TiO2-N-FS و TiO2-N هر کدام با دو روش مختلف کلسیناسیون و شستشو با آب و اتانول بازفراوری شده و در 10 سیکل مجدداً مورد استفاده قرار گرفتند. نتایج بدست آمده از فرایند تخریب فتوکاتالیستی نشان می¬دهند که روش بازفراوری به روش شستشو روش مناسب¬تری برای بازفراوری هر دو فتوکاتالیست ذکر شده می¬باشد.
- Abstract
- In recent years, due to the population explosion,industrialization and improvement of human living standards, along with some other reasons such as climate change, the need of providing novel industrial water remediation techniques in order to overcome the shortages of water resources has become an essential issue. Recently, among the proposed methods for treatment of trace hazardous contaminants, advanced oxidation processes and particularly semiconductor photocatalysis, despite of some drawbacks and limitations has been demonstrated to be an efficient approach. In this study, with the aim of overcoming the limitations of photocatalyst particles, a novel modified magnetic nitrogen-doped titanium dioxide photocatalyst particle (TiO2-N-FS) was synthesized with the purpose of being active under visible light irradiation and having the ability of separation from treated waste using an external magnetic field. Then, pure titanium dioxide (TiO2), nitrogen-doped TiO2 (TiO2-N) and magnetic TiO2 (TiO2-FS) particles were synthesized and their characteristics and photocatalytic ability in removing of phenol as an environmental challenge were investigated and compared with the as-synthesized novel TiO2-N-FS samples. The effect of calcination temperature operational parameter for each of four as-prepared samples at three calcination temperatures (300, 400 and 500 ?C) were investigated and it was observed that at the calicination temperature of 400 ?C, maximum phenol removal was achieved for all of the samples and the novel TiO2-N-FS particles have shown efficient photocatalytic activity under both UV and visible light irradiations. The effect of photocatalytic reaction parameters such as pH and initial phenol concentration for TiO2-N-FS samples were studied and it was observed that under visible light irradiation and at the pH of 6.8 which is the neutral pH, the optimum condition and the highest photocatalytic degradation (46%) could be achieved. On the other hand, increasing the initial phenol concentration could lead to decrease of photocatalytic efficiency. Therefore the highest removal efficiency was achieved at the initial concentration of 50 mg/L and at initial phenol concentration of 200 mg/L, the degradation efficiency was minimum. Moreover, in order to investigate the economical aspects of synthesized samples, the TiO2-N and TiO2-N-FS photocatalysts were regenerated using two methodologies (washing with ethanol and deionized water, calcination method) and the reusability of samples were monitored by evaluating the photocatalytic activity of them after 10 cycles reuse. The regeneration results for both samples revealed that the washing method wasthe more suitable method for catalyst regeneration.
