| نانو ذرات C3N4 به عنوان فوتو کاتالیزور در تصفیه آب و پساب صنعتی: رویکردی نوین برای حفظ محیط زیست |
| کد مقاله : 1090-IACC7 (R1) |
| نویسندگان |
|
زهرا کریم زاده طرقبه *، زهرا شریعتی نیا دانشگاه صنعتی امیرکبیر |
| چکیده مقاله |
| مقدمه استفاده مجدد از پساب یک روش پایدار برای مدیریت کمبود آب در جهان است [1]. تصفیه پساب اهمیت بسیاری در حفظ محیط زیست و حفظ منابع آب دارد. با توجه به افزایش جمعیت و رشد صنعتی، تصفیه پساب به عنوان یک فرآیند ضروری در جلوگیری از آلودگی آب های سطحی و آب های زیرزمینی و حفظ کیفیت آب های طبیعی اهمیت بیشتری پیدا کرده است. نانوفناوری با ارائه روش های نوین و نوآورانه، سبب افزایش کارایی فرآیند های تصفیه آب و پساب های صنعتی شده است. در سال‌های اخیر، استفاده از نانومواد به عنوان فوتوکاتالیزورها برای تصفیه آب و پساب‌های صنعتی مورد توجه قرار گرفته است. نانوذراتC3N4 به دلیل ساختار خاص و خواص نوری و الکترونیکی منحصر به فرد، به عنوان فوتوکاتالیزورهای قدرتمند شناخته می‌شوند این نانو ذرات همچنین دارای فعالیت نوری بالا، پایداری شیمیایی، و قابلیت بازیافت و استفاده مجدد هستند. سنتز نانوذراتC3N4 به روش‌های مختلف انجام می‌شود که شامل روش‌های هیدروترمال، پیرولیز و سول-ژل است. با توجه به خصوصیات منحصر به فرد نانوذرات C3N4 و کاربردهای گسترده آن در تصفیه آب و پساب‌های صنعتی، استفاده از این نانو ذرات برای بهبود کارایی فرآیندهای تصفیه آب و حفظ محیط زیست بسیار ارزشمند می باشند [2]. بخش تجربی در این پژوهش، نانو ذرات C3N4 با استفاده از روش هیدروترمال سنتز شد. این روش به عنوان یک تکنیک کارامد و ساده و دوستار محیط زیست جهت سنتز نانوذرات فوتو کاتالیستی شناخته شده است. جهت سنتز این فوتو کاتالیست، مقدار وزنی مشخصی از اوره و ملامین در آب مقطر مخلوط شده و تحت دما و فشار بالا پودر سفید رنگی حاصل شد. کربوکسیله کردن C3N4 سنتز شده سبب افزایش مساحت سطحی فوتو کاتالیست، افزایش ظرفیت جذب آلاینده ها، و افزایش پایداری و فعالیت فوتو کاتالیزوی نانو ذرات C3N4 می شود. به علاوه، جهت بررسی خصوصیات نانو ذرات C3N4، آنالیز های UV-VIS و XRD گرفته شد. تحلیل این آنالیز ها می تواند اطلاعاتی راجب فعالیت تخریبی آلاینده های آلی مانند رنگ ها، ساختار بلوری، و خواص فتوکاتالیزوری ترکیب سنتز شده بدهد. جهت انجام آزمایش‌های فتوکاتالیز با استفاده از نانوذرات C3N4 برای تصفیه آب و پساب‌های صنعتی از راکتور حاوی ظرف پیرکس دوجداره و نور UV به عنوان منبع تابش استفاده گردید. نمونه حاوی رنگ رودامین-ب به همراه درصد های وزنی مشخصی از نانو فوتو کاتالیست C3N4 به ظرف پیرکس اضافه گردید و در فواصل زمانی مشخص در حضور تابش نور UV نمونه برداری گردید تا درصد تخریب رنگ رودامین-ب از آب و پساب در حضور فوتو کاتالیزور C3N4 مشخص شود. یافته ها هدف از این پروژه، استفاده از نانوذرات C3N4 برای تجزیه نوری RhB تحت تابش نور فرابنفش می باشد. در این پروژه، 0.1 گرم از فوتو کاتالیست سنتز شده با ppm 10 رنگ به عنوان عامل آلوده کننده مخلوط شد. در ابتدا، نانوذرات سنتز شده جهت برررسی فعالیت فوتوکاتالیستی در تخریب RhB هنگام قرار گرفتن در معرض نور UV-Vis مورد ارزیابی قرار گرفتند. پس از 30 دقیقه ماندن در تاریکی، مشاهده شد که کاهش جزئی در غلظت RhB وجود دارد که نشان‌دهنده جذب سطحی رنگ توسط فوتوکاتالیست ها است. آنالیز UV-VIS می تواند اطلاعاتی مهمی درباره خواص نوری نانوذرات C3N4 بدهد. . نتایج حاصل از تحلیل آنالیز UV-VIS نشان می دهد که فوتو کاتالیزور C3N4 سنتز شده می تواند 80 درصد از رنگ رودامین-ب را تحت تابش تور فرابنفش در 120 دقیقه تابش از بین ببرد. به علاوه، نتایج آنالیز UV-VIS حضور رادیکال‌های هیدروکسیل و آنیون سوپر اکسید را نشان دهند که برای حذف آلاینده ها مانند رودامین-ب استفاده می‌شود. به دلیل نانو ذره بودن فوتو کاتالیست C3N4، این ترکیب با سرعت و کارایی بالایی می تواند رنگ رودامین-ب را به مواد غیر سمی تبدیل کند [3]. به علاوه، نتایج حاصل از XRD نانو ذرات C3N4 از حضور یک پیک مشخصه در 22 درجه با شدت بالا را نشان می دهد. این پیک ، سنتز دقیق و موفق C3N4 را تایید می کند. حضور این پیک مشخصه نشان می دهد که کربن نیترید دارای درجه کریستالی بالایی است [4]. نتیجه گیری در طی سال های اخیر، از نانوذرات C3N4 به عنوان فوتو کاتالیست در تصفیه آب و پساب‌های صنعتی استفاده شده است. این نانوذرات به دلیل خواص فوتوکاتالیتیک و جذب نور بالا، قادر هستند به طور کارآمدی آلاینده‌های آبی مختلفی شامل رنگ ها و مواد آلی را حذف کنند، در این تحقیق، نانو ذرات C3N4 به روش هیدروترمال سنتز شد و عملکرد فوتو کاتالیستی آن در تخریب رنگ رودامین-ب تحت تابش نور فرابنفش بررسی شد با تجزیه و تحلیل UV-VIS ، می‌توان خواص نوری نانوذرات C3N4 به عنوان فوتوکاتالیزور در تصفیه آب و پساب‌های صنعتی را بررسی کرد. این فوتو کتاتالیست قادر به حذف 80 درصد از رنگ از آب و پساب های صنعتی می باشد. با بهینه سازی این ترکیب و بررسی غلضت های متفاوت می توان فعالیت تخریبی نانوذرات C3N4به بیش از 95 درصد افزایش داد. همچنین، نتایج حاصل از XRD نانو درات C3N4 سنتز دقیق و موفق C3N4 را تایید می کند. بنابراین، استفاده از نانوذرات C3N4 به عنوان فوتوکاتالیزور در تصفیه آب و پساب‌های صنعتی می‌تواند راه حلی نوین و مؤثر برای حفظ محیط زیست و منابع آب باشد. این روش می‌تواند به کاهش آلودگی آب، افزایش کیفیت آب و حفظ سلامت محیط زیست کمک کند. |
| کلیدواژه ها |
| نانو ذرات C3N4، تصفیه آب و پساب های صنعتی، حفظ محیط زیست، فوتو کاتالیست، فوتو کاتالیزور، حذف آلاینده‌های آلی |
| وضعیت: چکیده برای ارائه به صورت پوستر پذیرفته شده است |