تخریب فتوکاتالیستی رنگ متیلن بلو توسط نانوکامپوزیت زیستی نانوفیبرسلولز/نانواکسید روی/اکسید گرافن

Abstract

بیان مساله و اهداف: صنایع مختلف به طور گسترده و برای اهداف متنوع از مواد رنگ‌زا استفاده می‌کنند که پس آب آن‌ها حاوی آلاینده‌های سمی می‌باشد و به دلیل ثبات و سمیت بالای رنگ، حذف آن از محیط زیست‌ امری ضروری است. در این راستا، استفاده از نانوکامپوزیت‌ها به‌عنوان مواد کارآمد در فرایندهای تصفیه آب مورد توجه قرار گرفته است. نانو سلولز به‌عنوان فراوان‌ترین پلیمر طبیعی در جهان، کاربردهای بسیاری در سنتز نانوکامپوزیت‌های زیست تخریب پذیر داشته و نتایج بسیار خوبی در این زمینه از خود نشان داده است. ترکیب نانوسلولز با نانواکسیدروی که خاصیت فتوکاتالیستی دارد و اکسید گرافن که به‌عنوان حامل و تقویت‌کننده عملکرد فتوکاتالیستی عمل می‌کند، می‌تواند کارایی تخریب متیلن بلو را به طور چشمگیری افزایش دهد. در این مطالعه نانوکامپوزیت نانوسلولز/نانواکسید روی/اکسید گرافن به‌عنوان فتوکاتالیست برای تخریب رنگ متیلن بلو تحت تابش نور مرئی مورد استفاده قرار گرفت.مواد و روشها: در این مطالعه نانوسلولز از ساقه گیاه توتون تهیه گردید، نانواکسید روی به روش سبز و با استفاده از عصاره گیاه شش شاخ ((Eryngium planum سنتز شد و هم‌چنین اکسید گرافن به روش هامرز سنتز گردید. جهت بررسی ساختار نانوکامپوزیت نانوسلولز/نانواکسید روی/اکسید گرافن از پراش پرتو ایکس (XRD) استفاده گردید. برای تعیین مورفولوژی نانوکامپوزیت سنتز شده از تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FESEM) استفاده شد. آنالیز طیف‌سنجی فروسرخ تبدیل فوریه (FTIR) جهت شناسایی ساختار شیمیایی و نوع گروه‌های عاملی موجود در ساختار نانوذرات سنتز شده مورد استفاده قرار گرفت. تأثیر پارامترهای مختلفی نظیر زمان تجزیه، غلظت اولیه متیلن بلو، مقدار کاتالیست و pH محلول بر روی تخریب فتوکاتالیستی رنگ متیل بلو مورد بررسی قرار گرفت. مطالعات مربوط به قابلیت استفاده مجدد کاتالیست نیز انجام گرفته است.نتایج: تصاویر FESEM حاصل از نانوکامپوزیت نانوسلولز/نانواکسید روی/اکسید گرافن نشان داد که نانوذرات اکسید روی/اکسید گرافن به خوبی در بین ذرات نانوسلولز پراکنده شدند. الگوی XRD به دست آمده نشان داد، نانوکامپوزیت سنتزی، با تابعیت از الگوی استاندارد با موفقیت سنتز گردید. نتایج حاصل از آنالیز FTIR، حضور گروه‌های عاملی شاخص و اصلی را در ساختار نانوکامپوزیت، تائید نمود. میزان بهینه پارامترها تحت تابش نور مرئی با استفاده از لامپ بخار جیوه 250 وات به صورت مقدار کاتالیست برابر 015/0 گرم، غلظت اولیه برابرppm 5 و pH برابر 9 در100 میلی‌لیتر محلول رنگ به دست آمد که تحت این شرایط نانوکامپوزیت طی مدت زمان 60 دقیقه، مقدار %33/98 تخریب رنگ را از خود به نمایش گذاشت. با انجام سه مرتبه آزمایش‌های بازیابی، عملکرد فتوکاتالیستی این ترکیب با کاهش اندکی از %33/98 به %44/94 رسید.نتیجه ­گیری: با توجه به نتایج به دست آمده نتیجه‌گیری می‌شود که نانوذرات سنتز شده کارایی بالایی در تخریب رنگدانـه دارند و می‌توانند به‌عنوان یک فتوکاتالیست مؤثر جهت تخریب رنگ‌دانه‌ها از پساب‌های رنگی مورد استفاده قرار گیرند.