فهرست مطالب :

چکیده: 1

مقدمه: 2

3

حذفناخالصیهاباروشتخریبفوتوکاتالیزوری. 4

آشناییباتعدادیازفوتوکاتالیزورهادرواکنشهایتخریبی. 5

1-2-1 فوتوکاتالیزورTiO2. 6

1-2-2 فوتوکاتالیزورZnO: 10

17

2-1 مقدمه. 17

2-2 اجزاءتشكیلدهندةرنگ.. 19

2-3 خصوصیاتاجزاءتشكیلدهندهرنگ.. 20

2-3-1-رنگدانه هاورنگدانهیارها: 20

2-3-2-رزینها: (Resin) 20

2-3-3حلال. 21

2-3-4موادافزودنیدررنگ.. 21

2-5 آلودگیآب (Water Pollution ) 22

2-5-1 آلودگیناشیازرنگها 23

2-5-2 آلودگیناشیازحلالها 24

2-6 نانوتكنولوژیدرصنعتآب.. 24

2-7 بررسیروش هایخالصسازیآببابه کارگیریفناورینانو26

 

2-7-1 نانوپلیمرهایمتخلخل. 27

2-7-2 نانوفیلترها 27

2-7-3 نانوفوتوکاتالیستها 29

2-8 روش هایخالصسازیحلال. 31

2-9 قوانینبنیادیفوتوشیمی. 32

2-9-1 فرایندهایبرانگیختگیوآسایشمولکولی. 32

2-9-2 برانگیختگیالکترونینیمهرساناها 34

2-9-3 موقعیتلبهباند. 38

2-9-4 فرایندانتقالالکترونیبررویسطحکاتالیزور 39

2-10 مکانیسمهایمختلفتخریبفوتوکاتالیزوری. 40

2-10-1 اکسیداسیونتوسطرادیکالهایهیدروکسیل. 42

2-10-2 واکنشفوتوشیمیاییKolbe. 44

2-11 نانوموادنیمههادیوخاصیتفوتوکاتالیزوری. 44

2-11-1 اثراتاندازهکوانتومی (QSE)1. 45

2-11-2 اثراتافزایشمساحتسطح. 46

3-1 موادشیمیاییمورداستفاده 47

3-1-1 آلایندهمورداستفاده 47

3-1-2 ترکیباتشیمیایی. 47

3-1-3 فوتوکاتالیزورها 47

3-2 دستگاه هایمورداستفاده 48

3-2-1 طیفسنجماوراءبنفشـمرئی (UV-Vis) 48

3-2-2 سانتریفیوژ 48

 

3-2-3 ترازویدیجیتال. 48

3-2-4 دستگاهآبمقطرگیری. 48

3-2-5 PHمتر 48

3-2-6 راکتورفتوشیمیایی. 48

3-3 نرمافزارمورداستفاده 50

3-3-1 نرمافزارMinitab 15. 50

3-4 سنتزفوتوکاتالیستZnO/C,N,S. 50

3-5 طیفجذبیورسممنحنیاستانداردبرایآلایندهموردبررسی. 51

3-6 آزمایشاتتخریبفوتوکاتالیزوریوبررسیشرایطمختلفواکنش… 51

3-6-1 بررسیاثرنوعکاتالیزور 52

3-6-2 بررسیاثرتابشنورUV.. 52

3-6-3 بررسیاثراکسندههابرواکنشهایفوتوکاتالیزوری. 53

3-6-4 بررسیاثرPH.. 53

3-6-5 بررسیاثراتزمانتابش… 53

3-6-6 بررسیاثرمقدارکاتالیزور 54

3-6-7 بررسیاثرغلظترنگبرتخریبفوتوکاتالیزوری. 54

3-6-8 بررسیاثرسرعتچرخشدورمگنت.. 54

3-6-9 بررسیاثریونهایمعدنی. 55

3-6-10 بررسیهایسینتیکی. 55

3-6-11 بررسیآزمایشهایتخریبفوتوکاتالیزوریبهروشتاگوچی. 55

4-1 طیفXRD،FE-SEM،XPS،EDXجهتاطمینانازحصولسنتزنانوفوتوکاتالیستZnO/C,N,S. 59

4-1-1 XRD.. 59

4-1-2  FE-SEM.. 61

4-1-3 XPS. 61

4-1-4 EDX.. 62

4-2 رسممنحنیاستانداردجهتتعیینغلظتآلاینده 63

4-3 نتایجبررسیآزمایشاتتخریبفوتوکاتالیزوریرنگ.. 64

4-3-1 نتایجبررسیتواناییفوتوکاتالیزوریفوتوکاتالیستهایمختلفدرتخریبآلاینده 65

4-3-2 نتایجبررسیاثرتابشنورUVدرتخریبرنگ.. 66

4-3-3 نتایجبررسیاثرعواملاکسندهبرتخریبفوتوکاتالیزوری. 67

4-3-4 نتایجبررسیاثرPH.. 72

4-3-5 نتایجبررسیاثراتزمانتابش… 74

4-3-6 نتایجبررسیاثرحضورومقدارکاتالیزور 76

4-3-7 نتایجبررسیاثرغلظترنگ.. 78

4-3-8 نتایجبررسیاثرسرعتچرخشدورمگنت.. 80

4-3-9 نتایجبررسیاثریونهایمعدنی. 80

4-3-10 نتایجمطالعاتسینتیکی. 82

4-3-11 نتایجبررسیتخریبفوتوکاتالیزوریرنگرودامینBبااستفادهازروشتاگوچی. 85

5-1  نتایجکلیازآنچهدراینپروژهبررسیشد،بهشرحزیرخلاصهمیگردد: 91

5-2 کارهایتحقیقاتیجنبی. 92

فهرست تصاویر :

شکل ( 1-6)  ساختارمعدنیمربوطبه (a) روتیل، (b) آناتاز، © بروکیت.. 8

شکل (1-7)  ساختارکریستالیمربوطبه (a) روتیل، (b) آناتاز، © بروکیت.. 8

شکل (1-8)  مکانیسمتبادلالکترونیبینالکترونوحفره 9

شکل (1-9)  ساختارششگوشهایZnO.. 10

شکل (1-10) مکانیسمفوتوکاتالیزوریباحضورنیمهرسانایZnO.. 15

شکل(2-1) نمودارانرژیجابلونسکی (فرایندهایبرانگیختگیوآسایش) ]26[ 33

شکل(2-2) تغییرساختارالکترونینیمهرساناباافزایشتعدادساختارهایمونومری (N) ]30[ 34

شکل (2-3) مکانیسمفوتوکاتالیزوریبههمراهحوادثبازگشتبهحالتاولیهدریکنیمههادی]27 و30[ 36

شکل (2-4) انرژیجدایشنواردربعضینیمهرساناهادرمحلولالکترولیتآبی]27[ 38

39

شکل (3-1) شمایدستگاهفوتوشیمیاییبرایانجامواکنشهایفوتوکاتالیزوری. 49

بیناب) 4-1(طیفXRDمربوطبهفوتوکاتالیستZnO/C,N,S. 60

بیناب) 4-2(طیفFE-SEMمربوطبهفوتوکاتالیست   ZnO/C,N,S. 61

بیناب) 4-3(طیفXPSمربوطبهفوتوکاتالیستZnO/C,N,S. 62

بیناب) 4-4(طیفEDXمربوطبهفوتوکاتالیستZnO/C,N,S. 63

شکل (4-2) طیفجذبیرنگرودامینBباغلظت mg/L 20درطولموج nm354 و 549. 64

شکل (4-3) منحنیاستانداردجذببرحسبغلظترنگرودامینBدرطولموج nm354 و549. 64

شکل (4-4) بررسیاثرکاتالیستهایمختلفدرتخریبرنگرودامینB. شرایطآزمایش… 66

شکل (4-6) بررسیاثراکسنده هایمختلفرویتخریبرنگرودامینB . 68

برتخریبفوتوکاتالیزوریرنگرودامینB، 70

برتخریبفوتوکاتالیزوریرنگرودامینB.. 71

شکل (4-9) بررسیاثرPHرویدرصدتخریبفوتوکاتالیزوریرنگرودامینB.. 73

شکل (4-10) بررسیاثرزمانتابشرویدرصدتخریبرنگرودامینBبدونحضوراکسنده، 75

(شکل4-11) بررسیاثرزمانتابشرویدرصدتخریبرودامینBدرحضوراکسنده، 76

شکل)4-12  (اثرحضورفوتوکاتالیزورZnO/C,N,S (غلظتآلایندهmg/L20) 77

شکل(4-13) اثرمقدارفوتوکاتالیزورZnOرویدرصدتخریبتخریبرنگرودامینBبعداز 330 دقیقهتابش، 78

شکل (4-14) بررسیاثرغلظتآلایندهرویدرصدتخریبرنگرودامینBنسبتبهزمان، 79

شکل (4-15) تأثیرسرعتچرخشمگنترویدرصدتخریبرنگرودامینBبعداز 330 دقیقهتابش، 80

شکل (4-16) تأثیرحضورآنیونهارویدرصدتخریبرنگرودامینBبعداز 330 دقیقهتابش، 81

شکل (4-17) سرعتتخریبشبهدرجهصفرمازZnO/C,N,SدرتخریبرنگرودامینB، 83

شکل (4-18) سرعتتخریبشبهدرجهاولازZnO/C,N,SدرتخریبرنگرودامینB، 84

شکل (4-19) سرعتتخریبشبهدرجهدومازZnO/C,N,SدرتخریبرنگرودامینB، 84

فهرست جداول :

جدول (3-1) پارامترهاوسطوحانتخابیرابهمانشانمیدهد. 57

جدول (3-2) جدولطراحیشدهتوسطنرمافزارتاگوچی. 58

جدول (4-1) نتایجبدستآمدهازآزمایشهایطراحیشدهتوسطنرمافزارتاگوچی. 85

چکیده:

در سال های اخیر نانو ذرات نیمه رسانا با توجه به خواص الکتریکیو مکانیکی، که از اثرات محدود کوانتومی در مقایسه با مواد همتای آنها حاصل می شود، توجه زیادی را به خود جلب کرده اند. در میان نانو ذرات نیمه رسانا، نانو ذرات اکسید روی ZnO کارایی بالاتری دارند. برای دستیابی به فعالیت فتوکاتالیستی بالاتر، نافلز نیمه رسانای ZnO دوپل شده با C,N,S تهیه شد.

در این پایان نامه تخریب فتوکاتالیستی رنگدانه رودامینB  با بهره گرفتن از نانو فتوکاتالیست ZnO/C,N,S سنتز شده بروش رسوبی در آزمایشگاه مورد بررسی قرار گرفت. زینک سولفات و تیواوره بعنوان ماده اولیه استفاده شد. تخریب فتوشیمیایی رنگ با بهره گرفتن از نانو فتوکاتالیست ZnO/C,N,S بوسیله ی بازبینی تغییرات غلظت ماده با بهره گرفتن از تکنیک اسپکتروفتومتری UV بر حسب زمان تابش مورد بررسی قرار گرفت. شکل، ساختار و خواص نوری این فتوکاتالیست بوسیله XRD، XPS، EDX و عکس FE-SEM مشخص شد.

میزان تخریب رنگ رودامین B، در حضور لامپ UV، با بررسی عوامل مختلف چون اثر غلظت رنگ ،مقدار مشخصی از فتوکاتالیست، PH محلول، حضوراکسنده های مختلفمثل H2O2, K2S2O8, KBrO3, KIO3 ، یون های معدنی، زمان تابشو… انداره گیری و شرایط بهینه برای بیشترین تخریب مشخص شد.