پایان نامه تهیه و بررسی فعالیت فتوکاتالیستی SN3O4 دوپ شده با اکسیدگرافن

توضیحات:

پروژه و پایان نامه کارشناسی و ارشد رشته شیمی و ...- تهیه و بررسی فعالیت فتوکاتالیستی SN₃O₄ دوپ شده با اکسیدگرافن در 87 صفحه در قالب word و قابل ویرایش همراه با توضیحات کامل

متن:

آلودگی­های زیست­محیطی­، که در سراسر جهان در حال رشد است­، یک مشکل جدی است و نمی­توان آن را نادیده گرفت­. در میان تمام آلودگی­ها، آلودگی آب مشکل بزرگی است. رنگ­های آزو یکی از بزرگترین گروه­های آلاینده موجود در آب آشامیدنی، مواد رنگی و رنگرزی و صنایع غذایی و نساجی می­ باشد­. فوتوکاتالیست Sn₃O₄ به­عنوان یکی از بهترین فتوکاتالیست­ها محسوب می­شود­. در این پژوهش به بررسی فعالیت فتوکاتالیست ­ Sn₃O₄، تحت تابش نور ماوراءبنفش^[2] پرداخته شده­است­­. جاذب در دو روش مختلف سنتز شد و به وسیله­ی تست پراش پرتو X ، روش مناسب­تر و به صرفه­تر­ انتخاب گردید­. به منظور بهبود عملکرد فرآیند فتوکاتالیستی، فتوکاتالیست با دوپ­کننده­های مختلف ­­(نانوذرات نیکل­، کبالت­ و اکسیدگرافن)­اصلاح شده­است. اکسیدگرافن به خاطر خواص نوری­، مکانیکی­، الکتریکی و حرارتی استثنای که دارد تاثیر بیشتری بر بازده فرآیند داشت­­­. همچنین اثر درصدهای متفاوت اکسیدگرافن دوپ شده  با  ، بر رفتار فتوکاتالیستی آن، جهت حذف متیل­اورنژ مطالعه شد و تمام این پارامترها مورد بهینه­سازی قرار گرفت­. نانوذرات با استفاده از تکنیک­های پراش اشعه ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و تبدیل فوریه طیف سنجی مادون قرمز (FTIR) مورد بررسی قرار گرفت­. اثر مقدار فوتوکاتالیست­، مقدار pH اولیه محلول­، غلظت اولیه MO، دما و شدت نور مورد بررسی قرار گرفتند. با افزایش مقدار GO تا 10% وزنی، فعالیت فتوکاتالیستی GO/Sn₃O₄ تحت اشعه UV افزایش یافت، اما با افزایش بیشتر GO مشاهده شده است که بازده کاهش می­یابد­. تحت شرایط بهینه که برای آزمایش مشخص شده است (3=pH و غلظتmg/l 20 از فوتوکاتالیست در محلول متیل­اورنژ با غلظت ppm10، دمای محیط­(  2±25)­، شدت تابش W15) بعد از گذشت 60 دقیقه 90% از متیل­اورنژ از پساب خود حذف گردید­، همچنین با دوپ کردن آن با 10% وزنی از اکسیدگرافن­، تنها با گذشت 30 دقیقه  99% از متیل­اورنژ حذف شد­

کلمات کلیدی : فوتوکاتالیستSn₃O₄، نانوذرات اکسید گرافن­­، حذف فتوکاتالیستی­، تصفیه آب­، متیل­اورنژ

فهرست مطالب:

فصل اول: مباحث نظری و تئوری

1-1- مقدمه        2

1-2- پساب         3

1-2-1- انواع پساب ها       3

1-2-2- تصفیه پساب ها    4

1-2-2-1- روش¬های تصفیه پساب  4

1-2-2-1-1- روش¬های فیزیکی       5

1-2-2-1-2- تصفيه فاضلاب بهداشتی (روش¬هاي بيولوژيكي)  5

1-2-2-1-3- روش لجن فعال با هوادهی گسترده         5

1-2-2-1-4- فرآيند IFAS     6

1-2-2-1-5- روش¬های شیمیایی   6

1-3- کاربردهاي فناوري نانو در تصفيه آب       8

1-4- حذف آلاينده¬هاي موجود در آب با استفاده از فناوري       11

1-4-1- حذف آرسنيک       11

1-4-2- حذف رنگ 12

1-4-3- حذف فلزات سنگين و مواد آلي         12

1-4-5- حذف آلودگی¬ها   12

1-5- فتوکاتالیست            13

1-5-1- اصول فرایند فتوکاتالیستی   13

1-5- 2-کاربرد فتوکاتالیست¬ها       18

1-5-3- معیار انتخاب فوتوکاتالیست نیمه هادی          20

1-5-4- فاکتورهای موثر بر فرآیندهای فوتوکاتالیستی   20

1-5-4-1- دما       20

1-5-4-2- طول موج نور      21

1-5-4-3- شدت انرژی تابش           21

1-5-4-4- نوع و میزان کاتالیست      22

1-5-4-5- نوع راکتور          22

1-5-4-6- هوادهی            24

1-5-4-7- اثر حضور پراکسید هیدروژن           24

1-5-4-8- pH       24

1-5-1- دوپ کردن 25

فصل دوم:مواد و روشها انجام تحقیق

2-1- روش انجام پژوهش    32

2-1-1- تهیه محلول آبی متیل¬اورنژ 32

2-1-2- سنتز Sn3O4         33

2-1-3- سنتز Sn3O4 اکسیدگرافن    34

2-1-4- سنتز Sn3O4 دوپ شده با اکسیدگرافن           35

2-1-4- سنتز Sn3O4 دوپ شده با نیکل36

2-1-4- سنتز Sn3O4 دوپ شده باکبالت35

2-2- روش انجام آزمایشات 35

2-3- مواد مورد استفاده     32

2-4- تجهیزات به کار رفته   37

فصل سوم: بحث و نتیجه¬گیری

3-1-1- انتخاب روش مناسب در تهیه Sn3O442

  3-1-2- انتخاب pH مناسب در تهیه Sn3O443

3-2- بررسی مشخصه¬های فیزیکی Sn3O4 خالص و Sn3O4 دوپ شده با اکسیدگرافن     42

3-2-1- طیف پراش پرتو X (XRD )    44

3-2-2- آنالیزالکترون روبشی (SEM)  45

3-2-2-  طیف  FT-IR        48

3-3- تعیین پارامترهای بهینه برای حذف متیل اورنژ      48

3-3-1- بررسی اثر pH در حذف متیل¬اورنژ    50

3-3-1-1- تعیین pH بهینه در محیط اسیدی برای حذف متیل¬اورنژ          53

3-3-2- بررسی تاثیر غلظت اولیه متیل¬اورنژ  55

3-3-3- بررسی تاثیرمقدار اولیه Sn3O4 بر حذف متیل¬اورنژ       56

3-3-4- بررسی تاثیر دما در حذف متیل اورنژ   58

3-3-5- بررسی شدت تابش در حذف متیل¬اورنژ        59

3-4-1- بررسی اثر دوپ¬کننده¬های مختلف بر رفتار فوتوکاتالیستی Sn3O4  ، جهت حذف متیل-اورنژ60

   3-4-2 بررسی اثر میزان اکسیدگرافن دوپ شده بر رفتار فوتوکاتالیستی Sn3O4، جهت حذف متیل-اورنژ61

فصل چهارم: نتیجهگیری و پیشنهادات

4-1- نتیجه¬گیری            1

4-1- پیشنهادات  1

منابع و مآخذ       67

فهرست شکل ها         

شکل 1-1-  مسیرهای مختلف الکترون حفره 15

شکل 1-2- مقایسه باند گپ Sn3O4 با Sno،SnO2  و TiO2       29

شکل2-1- ساختار فضایی و مولکولی متیل¬اورنژ        32

شکل2-2- تغییر رنگ متیل¬اورنژ در محیط اسیدی و بازی          33

شکل 3-1-   الگوی XRD  از نانوذرات Sn3O4 سنتز شده به روش اول      45

شکل 3-2-   الگوی XRD  از نانوذرات Sn3O4 سنتز شده به روش دوم     45

شکل 3-3-   مقایسه الگوی XRD  از نانوذرات Sn3O4 سنتز شده در pHهای مختلف         45

شکل 3-4-   الگوی XRD  از نانوذرات Sn3O4 سنتز شده          45

شکل3-5- الگوی XRD از نانوذرات Sn3O4 اصلاح شده با 10% وزنی اکسیدگرافن  45

شکل 3-6- تصویر SEM مربوط به نمونه Sn3O4 خالص  47

شکل 3-7- تصویر SEM مربوط به Sn3O4 اصلاح شده با 10% وزنی اکسید گرافن   47

شکل 3- 8- تصویر FT-IR مربوط به نمونه Sn3O4 خالص           49

شکل 3-9-تصویر FT-IR مربوط به Sn3O4 اصلاح شده با 10% وزنی اکسید گرافن  49

فهرست جداول و نمودارها

جدول 1-1- فعالیت فوتوکاتالیستی ZnO در ترکیبات مختلف 28

نمودار3-1- میزان حذف متیل¬اورنژ بر حسب زمان توسط Sn3O4 در pHهای مختلف50

نمودار3-2- میزان حذف متیل¬اورنژ بر حسب زمان توسط Sn3O4 اصلاح شده با در 10% اکسیدگرافن در pHهای مختلف50

نمودار3-3- میزان حذف متیل¬بلو بر حسب زمان توسط Sn3O4 خالص در pHهای مختلف52

نمودار3-4- میزان حذف متیل¬بلو بر حسب زمان توسط توسط Sn3O4 اصلاح شده با در 10% اکسیدگرافن در pHهای مختلف52

نمودار3-5- میزان حذف رنگ¬های متیل¬بلو و متیل¬اورنژ در pHهای مختلف توسط Sn3O4 خالص53

نمودار3-6- میزان حذف متیل¬بلو بر حسب زمان توسط Sn3O4 خالص در pHهای مختلف در محیط اسیدی54

نمودار3-7- میزان حذف متیل¬اورنژبر حسب زمان توسط توسط Sn3O4 اصلاح شده با در 10% اکسیدگرافن در pHهای مختلف در محیط اسیدی 54

نمودار3-8- میزان حذف متیل¬اورنژ بر حسب زمان در غلظت¬های اولیه متفاوت از متیل اورنژ زمان توسط Sn3O4 خالص55

نمودار3-9- میزان حذف متیل¬اورنژ بر حسب زمان در غلظت¬های اولیه متفاوت از متیل اورنژ زمان توسط Sn3O4 اصلاح شده با 10%اکسیدگرافن 54

نمودار3-10- میزان حذف متیل¬اورنژ بر حسب زمان توسط مقادیر مختلف Sn3O4 خالص57

نمودار3-11- میزان حذف متیل¬اورنژ بر حسب زمان توسط مقادیر مختلف Sn3O4 اصلاح شده با 10%اکسیدگرافن57

نمودار 3-12- میزان حذف متیل¬اورنژ بر حسب زمان توسط Sn3O4 در دماهای مختلف58

نمودار 3-13- میزان حذف متیل¬اورنژ بر حسب زمان توسط Sn3O4 اصلاح شده با 10%اکسیدگرافن در دماهای مختلف58

نمودار 3-14- میزان حذف متیل¬اورنژ بر حسب زمان توسط Sn3O4 در شدت تابش¬های مختلف 60

نمودار 3-15- میزان حذف متیل¬اورنژ بر حسب زمان توسط Sn3O4 اصلاح شده با 10%اکسیدگرافن در شدت تابش¬های مختلف 60

نمودار 3-16- میزان حذف متیل¬اورنژ بر حسب زمان توسط Sn3O4 اصلاح شده با 5% از ذرات نیکل¬(Ni) ، کبالت(Co) و اکسید گرافن(Go60

نمودار 3-17- میزان حذف متیل¬اورنژ بر حسب زمان توسط Sn3O4 با مقادیر مختلف اکسیدگرافن 62