پایان نامه کارشناسی ارشد تهیه و بررسی فعالیت کاتالیزگری نانوکامپوزیت­ های تیتانیوم دی اکسید دوپه شده با تعدادی از عناصر لانتانیدی

متن کامل پایان نامه مقطع ارشد : مهندسی شیمی

گرایش : معدنی

عنوان : تهیه و بررسی فعالیت کاتالیزگری نانوکامپوزیت­ های تیتانیوم دی اکسید دوپه شده با تعدادی از عناصر لانتانیدی/ پلی­اکسومتالات

دانشگاه‌ کردستان

دانشكده علوم پایه

گروه شیمی

پایان نامه كارشناسي‌ ارشد رشته شیمی گرايش معدنی

عنوان:‌

تهیه و بررسی فعالیت کاتالیزگری نانوکامپوزیت­ های تیتانیوم دی اکسید دوپه شده با تعدادی از عناصر لانتانیدی/ پلی­اکسومتالات

استاد راهنما:

دكتر روشن خوشنوازی

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

فهرست مطالب:

فصل اول بررسی منابع…………………………………………………….. 1

1-1-مقدمه………………………………………………………………….. 1

1-2-رنگ­های آزو……………………………………………………………….2

1-3- روش­های حذف رنگ………………………………………………….. 3

1-4- معرفی فوتوکاتالیزگر…………………………………………………. 4

1-4-1- تاریخچه…………………………………………………………….. 4

1-4-2- ساز وکار و عملکرد فوتوکاتالیزگرها ……………………………….4

1-4-3- باز‌یابی فوتوکاتالیزگرها……………………………………………. 7

1-4-4- انواع فوتوکاتالیزگر…………………………………………………. 7

1-5- پلی­اکسومتالات­ها……………………………………………………… 10

1-5-1- فعالیت کاتالیزگری پلی­اکسومتالات……………………………… 14

1-5-2- معایب هتروپلی­اکسومتالات­ها به عنوان کاتالیزگر……………….. 15

1-6- نانو تکنولوژی………………………………………………………… 16

1-6-1- روش‌های تهیه­ی نانو ذرات……………………………………… 17

1-6-2- نانو کاتالیزگرها……………………………………………………. 18

1-6-3- ویژگی های نانوکاتالیزگرها ………………………………………21

1-6-4- نانو فوتوکاتالیزگر…………………………………………………. 22

1-7- اهداف پروژه ………………………………………………………….23

فصل دوم آزمایش­ها و کارهای عملی…………………………………… 24

2-1- مقدمه……………………………………………………………….. 24

2-2- مواد اولیه مورد استفاده……………………………………………. 24

2-3- مشخصات دستگاه­ها و تجهیزات به­کار رفته در تولید، شناسایی و کاربرد نانوذرات…24

2-4- روش تولید نانومواد و پیش ماده…………………………………. 24

2-4-1- تهیهA- α -Na8HPW9O34.xH2O……………………………….

2-4-2- تهیه K9(NH4)H2[(OCe)3(A- α -PW9O34)2]. 20H2O……..

2-4-3- تهیه نانوکامپوزیتهای  Ln = ( Pr, Nd, Sm, Eu, Tb)-TiO2…..

2-4-4- تهیه نانو کامپوزیت­های PWCe  Ln = ( Pr, Nd, Sm, Eu, Tb)- TiO2/با نسبت جرمی پلی اکسو­متالات بار­گذاری شده به بستر 20،10 و 30 درصد…………..25

 2-5- بررسی خاصیت فوتوکاتالیزگری نانوکامپوزیتهای تهیه شده…26

2-5-1- اثر pH بر فعالیت فوتوکاتالیزگر………………………………. 26

2-5-2- اثر نسبت جرمی پلی­اکسومتالات به بستر بر فعالیت فتوکاتالیزگری….27

2-5-3- اثر مقدار فوتوکاتالیزگر بر فعالیت فوتوکاتالیزگری……………27

2-5-4- اثر بارگذاری پلی­اکسومتالات­ها بر فعالیت فوتوکاتالیزگری…….27

2-5-5-  فوتولیز و اثر دوپه کردن عناصرلانتانیدی بر فعالیت فوتوکاتالیزگری…28

2-6- بررسی سنتیک واکنش­های فوتوکاتالیزگری………………….. 28

2-7- بازیابی فوتوکاتالیزگر……………………………………………. 28

2-8 – بررسی تخریب نوری آمینو آزو بنزن (زرد آنیلین) …………… 29

2-8-1- بررسی سنتیک واکنش تخریب فوتوکاتالیزگری آمینو آزو بنزن…29

2-9- اکسایش سولفیدها…………………………………………… 29

فصل سوم: نتایج و بحث…………………………………………….. 31

3-1- مقدمه……………………………………………………………. 31

3-2- شناسایی و تعیین خواص نانومواد تهیه شده……………….. 31

3-2-1- طیف سنجی FT-IR…………………………………………..

3-2-2- طیف سنجی الکترونی روبشی(SEM) …………………….34

   3-2-3- الگوپراش پرتو (XRD)X…………………………………..

 3-2-4- طیف سنجی پراش انرژی پرتو X( EDX)…………………

3-2-5- طیف سنجی بازتاب نفوذی (DRS)………………………… 40

3-3- واکنش فوتوکاتالیزگری تخریب متیل اورانژ با نانوکامپوزیت­های تهیه شده…41

3-3-1- بررسی اثر pH بر فعالیت فوتوکاتالیزگر……………………… 42

3-3-2-  بررسی اثر نسبت جرمی پلی­اکسومتالات به بستر بر فعالیت فتوکاتالیزگری….44

3-3-3- بررسی اثر مقدار فوتوکاتالیزگر بر فعالیت فوتوکاتالیزگری……45

3-3-4- بررسی اثر دوپه کردن عناصرلانتانیدی و فوتولیز بر فعالیت فوتوکاتالیزگری….47

3-3-5- بررسی اثر بارگذاری پلی­اکسومتالات­ها بر فعالیت فوتوکاتالیزگری….50

3-4- بررسی سنتیک واکنشهای فوتوکاتالیزگری…………………. 53

3-5- بازیابی فوتوکاتالیزگر…………………………………………… 59

3-6 – بررسی تخریب فوتوکاتالیزگری آمینو آزو بنزن (زرد آنیلین)…61

3-6-1- بررسی سنتیک واکنش تخریب فوتوکاتالیزگری آمینو آزو بنزن…..62

3-7- اکسایش سولفیدها …………………………………………..63

3-8- نتیجه گیری…………………………………………………….. 66

فهرست منابع ……………………………………………………….

چکیده:

در این پژوهـش، نانـو ذرات تیـتانیوم دی­اکسـید دوپـه شـده با تعدادی از عناصر لانتانیدی (Pr, Nd, Sm, Eu, Tb)  به روش سل-ژل تهیه گردیدند. یک سری از نانو کامپوزیت­های جدید شامل درصدهای جرمی مختلف از ترکیب پلی­اکسومتالات (%30-10) K9(NH4)H2[(OCe)3(A-α-PW9O34)2]. 20H2O (PWCe)  بارگذاری شده بر روی نانومواد دوپه شده با عناصر لانتانیدی مختلف با استفاده از روش ساده بارورسازی تهیه و به عنوان فوتوکاتالیزگرهایی موثر معرفی گردیدند. از روش­های مختلفی شامل طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (FTIR)، میکروسکوپ الکترونی روبشی با وضوح بالا (FESEM)، الگو پراش پرتو X (XRD)، طیف سنجی پراش انرژی پرتو X ( EDX) و طیف سنجی بازتاب نفوذی (DRS) جهت شناسایی و تعین خواص نانوفوتوکاتالیزگرهای تهیه شده استفاده گردید. با استفاده از فنون به کاربرده شده مشخص شد که ترکیب PWCe با موفقیت بر روی نانوذرات TiO2 دوپه شده با عناصر لانتانیدی بار گذاری شده است و اندازه نانوکامپوزیت­های تهیه شده کمتر از nm 20 می­باشد. همچنین معلوم شد عناصر لانتانیدی دوپه شده شکاف انرژی TiO2 را کاهش داده و باعث جابه­جایی قابل ملاحظه جذب به سمت ناحیه مرئی شده اند. فعالیت فوتوکاتالیزگری این نانوکامپوزیت­ها در تخریب فوتوکاتالیزگری متیل اورانژ و آمینوآزوبنزن تحت نور UV مورد بررسی قرار گرفت. اثر پارامترهای مختلفی مانند درصد جرمی PWCe ، مقدار فوتوکاتالیزگر و pH محلول بررسی شد. نتایج نشان داد فعالیت فوتوکاتالیزگری نانوذرات TiO2 به طور قابل ملاحظه­ ایی با دوپه کردن عناصر لانتانیدی و حضور ترکیب PWCe افزایش می­یابد. افزایش فعالیت فوتوکاتالیزگری با نهش ترکیب PWCe  به تاثیر متقابل ترکیب PWCe و TiO2 به روی یکدیگر ربط داده می­شود. مشخص شد که سنتیک واکنش تخریب فوتوکاتالیزگری متیل اورانژ و آمینو آزوبنزن از سنتیک ظاهری مرتبه اول پیروی می­کند و کاتالیزگرها به راحتی جدا و بازیابی شدند.

فصل اول: بررسی منابع

1-1- مقدمه

بخش بزرگي از تركيبات آلي كه باعث ايجاد آلودگي در آب­هاي طبيعي مي­گردند، مواد رنگزاي شيميايي هستند كه به صورت صنعتي و خانگي مورد استفاده قرار مي­گيرند. از بین همه مواد رنگی، رنگ­های آزو  وسیع­ترین کاربرد را به­­دلیل تنوع در ساختمان شیمیایی و تولید آسان دارا هستند. رنگ­های آزو برای رنگی نمودن پلی­ آمید­ها، پلی­استر­ها، آکریلیک­ها، پلی­اولفین­ها و الیاف سلولز و نیز برای رنگی نمودن روغن جلا، پلاستیک­ها، جوهر چاپگر، لاستیک و لوازم آرایشی کاربرد دارند. بنابراین به­دلیل تنوع کاربرد این رنگ­ها، وجود این ترکیبات در آلودگی پساب­های صنایع و محیط قابل انتظار است[6-1].

آزاد شدن اين مواد در طبيعت، بزرگ­ترين منبع آلودگي براي اکوسيستم‌هاي طبيعي مي ‌باشد. مواد رنگزا در مقابل تخريب زيستي مقاوم بوده و نه تنها رنگ نامطلوبي به آب مي­دهند، بلكه در بعضي موارد خود تركيبات مضري بوده و ممکن است طي فرايند‌هاي مختلف از قبيل هيدروليز، اكسايش، يا واكنش­هاي شيميايي ديگر كه در آب اتفاق مي­افتد، به آمين‌هاي آروماتيک تبديل مي ‌شوند که يکي از عوامل سرطان‌زا مي‌­باشند. حضور مواد رنگزاي شيميايي علاوه بر آنكه بر روي آلودگي منابع آبي تأثير مـي­گذارند، با مـتوقف كردن توليـد اكسيژن و جـلوگيري از نفوذ خورشـيد موجـب مـرگ مـوجودات زنـده و وارد آوردن صدمـات جـدي به محيـط زيسـت مي­گردند[9-7]. ترکیبات آلی که سبب بروز رنگ حقیقی می­شوند ممکن است موجب افزایش نیاز کلر آب شده و درنهایت موجب کاهش اثر گذاری کلر بر آب به عنوان یک ماده گندزدا شود، شاید مهم­تر از این محصولاتی باشد که در اثر ترکیب این مواد با کلر به وجود می­آیند.  كاربرد مواد رنگزا به علت توسعه صنعتي و تقاضاي روزافزون، افزايش مي­يابد. امروزه حدود 10 هزار مادة رنگزا و رنگدانه در صنايع مختلف استفاده مي­گردد كه توليد سالانه آن­ها بالغ بر700 هزار تن بوده و حدود  50 درصد از آن­ها رنگ­هاي آزو مي­ باشند. حدود 20 درصد رنگ­های تولید شده در جهان در طی فرایند­های رنگرزی و پرداخت، هدر مي­روند و به صورت پساب وارد محيط زيست مي­شوند[12-10]. بنابراين لزوم حذف اين آلاينده­ها ضروري به نظرمي­­رسد.

2-1- رنگ های آزو

این گروه از رنگ­ها شامل بزرگ­ترین و مهم­ترین دسته رنگ­ها بوده، به­طور وسیعی مورد استفاده قرار می‌گیرند. مشخص‌ترین ویژگی این رنگ­­ها داشتن یک یا چند گروه آزو است که بین دو قسمت آلی رنگ به عنوان پل عمل می‌کنند و حداقل یکی از این گروه‌ها آروماتیک هستند. با گروه رنگزای آزو، می‌توان طیف وسیعی از رنگ­ها مثل زرد، قرمز، نارنجی، آبی، سبز، بنفش و سیاه را تهیه کرد. این رنگ­ها را برحسب تعداد گروه‌های آزو به­صورت رنگ­ های مونو آزو ، دی آزو و پلی‌آزو طبقه‌بندی می‌کنند.

رنگ­های منو آزو دارای یک گروه آزو بوده و از پر استفاده‌ترین گروه‌های آزو هستند. این رنگ­ها شامل رنگ­های حلال  مانند زرد آنیلین یا نارنجی سودان G که به عنوان حلال سایر رنگ­ها بکار می‌روند، رنگ­های بازی یا کاتیونی، رنگ­های دندانه‌ای و رنگ­های دارای گروه اسیدی مانند رنگ معروف متیل اورانژ می­باشند. در شکل 1-1 ساختار رنگ زرد آنیلین و متیل اورانژ نشان داده شده است.

تعداد رنگ­های دی‌آزو محدود و اغلب غیر قابل حل در آب می­باشند و از لحاظ کاربردی جز رنگ­های اسیدی دندانه‌ای و مستقیم محسوب می‌شوند. یکی از مهم‌ترین این رنگ­ها، اسید سیاه است.    از  مهمترین رنگ­های تترا آزونیوم قرمز کنگو می­باشد. این رنگ­ها از فراوان‌ترین رنگ­های سیس آزو هستند و در بر گیرنده پیگمان­ها ، رنگ­های مستقیم و همچنین تعدادی از رنگ­های اسیدی و دندانه‌ای هستند.

3-1- روش های حذف رنگ

در بعضی از کشورها، محدودیت­های بسیار شدیدی برای تخلیه پساب­ها وجود دارد که صنعت نساجي را به استفاده دوباره از آب تصفيه شده و توسعه دادن جانشين­هايي برای مواد شيميايي سمي، متعهد كرده است. مطالعات وسيعي براي حذف آلودگي فاضلاب­های توليد شده توسط صنعت نساجي از طريق فرآيندهای شيميايي، بيولوژيكي و بيوشيميايي انجام شده است. فرآيندهای ديگری كه براي حذف فلزات سنگين و رنگ از پساب های آلوده به مواد رنگزا استفاده شده است شامل انعقاد ولخته­سازی شيميايي، جذب سطحي روی كربن فعال، ازن زنی، غشاهای اكسيداسيون كاتاليزی، فرآيندهای الكتروشيميايي، تصفيه اكسيداسيونی شامل پراكسيد هيدروژن، و… مي­باشد. روش­های بیولوژیکی رایج تخریب و رنگ­زدایی به دلیل وجود گروه­های آروماتیک در رنگ­های آزو ناکارآمد می­باشند وتخریب به کندی صورت می­گیرد. روش­های فیزیکی مانند استفاده از کربن فعال[1]، فیلتر­کردن[2] و اسمز­معکوس[3] و لخته­سازی[4] پر هزینه­اند به­علاوه این روش­ها رنگ­ها را تخریب نمی­کنند و تنها آن­ها را از فازی به فاز دیگر انتقال می­دهند. با این­­حال تولید لجن مهم­ترین محدودیت این روش­­ها است[16-13].

يكي از مهم­ترين اين روش­ها، فرآيند های اكسيداسيون پيشرفته[5] می­باشند، که شامل فرآيندهاي شيميايي، فتوشيميايي و فوتوکاتاليزگري براي توليد راديکال هيدروکسيل (OH.) است. راديکال هيدروکسيل يک اکسنده بسيار قوي و غير گزينش­پذير است که بسياري از ترکيبات آلي به خصوص ترکيبات آلي غير اشباع را مي­تواند اکسيد کند. فرآيند تخريب فوتوکاتاليزگري رنگ­هاي آزو در حضور تابش فرابنفش و يا نور مرئي، هوازي مي­گردد. مزيت ديگر اين روش، اکسايش کامل ترکيب آلي مورد نظر به آب، کربن دي­اکسيد، و يا اسيدهاي معدني و عدم نیاز به فشار و دماهای بالا مي­باشد [19-17].

استفاده از نیمه­رساناهایی مانند TiO2،ZnO ، CdS،Fe2O3  به عنوان فوتوکاتالیزگر برای تجزیه آلودگی­های آلی مورد توجه قرار گرفته­اند. به دلیل خواص نوری و الکتریکی، غیرسمی بودن، فعالیت کاتالیزگری بالا و پایداری شیمیایی نانوذرات تیتانیوم دی ­اکسید به عنوان یک فوتوکاتالیزگر رایج مورد استفاده قرار گرفته است[20].

4-1- معرفی فوتوکاتالیزگر

فوتوکاتالیزگر‌ها به منظور حذف آلاینده‌هایی که به وسیله­ی فرایند‌های زیستی حذف نمی‌شوند، سال‌هاست که در کشورهای صنعتی به کار می‌روند.  فوتوکاتالیزگر‌ها به طور عمده اکسید‌های جامد نیمه رسانا هستند که تحت تابش نور، با انرژی کافی فعال می‌شوند[23]. هزینه­ کمتر، واکنش‌های سریع­تر و شرایط واکنش ملایم­تر از جمله مهم­ترین مزایای استفاده از فوتوکاتالیزگر­ها­ نسبت به سایر کاتالیزگرهاست. از جمله مزایای مهم دیگر این کاتالیزگرها می­توان به این ویژگی اشاره کرد که با استفاده از این کاتالیزگرها طیف وسیعی از آلودگی‌های محیط زیستی آلی به دی اکسیدکربن و آب تبدیل می شود[30].

1-4-1- تاریخچه

    اولین فوتوکاتالیزگر معرفی شده، تیتانیوم دی اکسید است. تاکنون به طور دقیق مشخص نشده که اولین بار در چه زمانی و توسط چه کسی از تیتانیوم دی اکسید برای القای واکنش‌های شیمیایی استفاده شده است. در سال 1938 از تیتانیوم دی اکسید به عنوان کاتالیزگری که در حضور نور فعال می‌شد، در صنعت رنگ­سازی استفاده شد؛ اما در گزارش‌های ارایه شده واژه‌ی فوتوکاتالیزگر­ به کار نرفت و تیتانیوم دی اکسید به عنوان حساس کننده­ی نوری[1]معرفی شد. در سال 1956 ماشیو[2] در گزارشی در مورد خود اکسایش انجام شده توسط تیتانیوم دی اکسید، از آن به عنوان فوتوکاتالیزگر یاد کرد[21]. فوجی شیما و هوندا[3] در سال 1972 به کمک آند تیتانیوم دی اکسید و تحت تأثیر نور فرابنفش، فرآیند آب کافت (تجزیه آب به اکسیژن و هیدروژن) را انجام دادند[22]. به این ترتیب کاربرد گسترده­ی فوتوکاتالیزگر­­ها در واکنش‌های اکسایش و کاهش آغاز شد.

1- Photosensitizer

2- Mashio

3- Fujishima and Hond  

4- Valence Band

1- Active Carbon

2- Filtration

3- Reverse Osmosis

4- Coagulation

5- AOPs

تعداد صفحه : 105

قیمت :14700 تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

:        ****       info@elmyar.net

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

***  *** ***

جستجو در سایت : کلمه کلیدی خود را وارد نمایید :

 
 

مطالب مشابه را هم ببینید

 

فایل مورد نظر خودتان را پیدا نکردید ؟ نگران نباشید . این صفحه را نبندید ! سایت ما حاوی حجم عظیمی از پایان نامه های دانشگاهی است. مطالب مشابه را هم ببینید. برای یافتن فایل مورد نظر کافیست از قسمت جستجو استفاده کنید. یا از منوی بالای سایت رشته مورد نظر خود را انتخاب کنید و همه فایل های رشته خودتان را ببینید