بهینه‌سازی تثبیت نانوذرات تیتانیا بر سطح زئولیت طبیعی سمنان به روش سونوشیمی: تخریب کاتالیزوری نوری رنگ

Abstract

در این پژوهش، نانوکاتالیزگر­های نوری تیتانیا بر پایه زئولیت طبیعی کلینوپتیلولیت سمنان (TiO2/CP) با تثبیت نانوذرات TiO2 بر سطح زئولیت با روش سونوشیمی سنتز و عملکرد کاتالیزوری این نمونه برای تخریب رنگ متیلن آبی بررسی شد. مهم‌ترین عوامل موثر در طراحی نانوکاتالیزگر­های نوری، مقدار زئولیت، مقدار تیتانیوم بوتوکسید به عنوان پیش ماده تیتانیا و زمان تابش امواج فراصوت با استفاده از یک روش سطح پاسخ بهینه شدند. بیشترین بازده تخریب متیلن آبی با استفاده از نمونه سنتزی در شرایط 33/0 گرم کلینوپتیلولیت، 5/0 میلی­ گرم تیتانیوم بوتوکسید و 22 دقیقه زمان تابش فراصوت بدست آمد. نمونه ­های سنتز شده توسط فنون پراش پرتو ایکس(XRD) ، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، طیف­سنجی پاشنده­ انرژی پرتو ایکس (EDX)، طیف ­سنجی فروسرخ تبدیل فوریه (FT-IR) و طیف­ سنجی فرابنفش - مرئی بازتاب انتشاری (UV-Vis DRS) مشخصه­ یابی شدند. متوسط اندازه بلورک نمونه بهینه سنتزی TiO2/CPopt حدود 64 نانومتر محاسبه شد. نتایج EDX و FTIR سنتز موفقیت‌آمیز نانوکاتالیزگر نوری TiO2/CP را تأیید کرد. نتایج مشخصه ­یابی SEM و XRD نشان داد که نانوذرات TiO2 با اندازه در حدود 80-65 نانومتر و در دو فاز بلوری روتیل و آناتاز به طور یکنواخت بر روی کلینوپتیلولیت توزیع شده است. باند گپ کاتالیزگر نوری TiO2/CPopt، eV9/3 تعیین شد. با استفاده از نمونه بهینه سنتزی TiO2/CPopt (g/L 3/0)، راندمان تخریب متیلن آبی (ppm 30) توسط کاتالیزگر نوری با تابش دو لامپ مولد نور فرابنفش (6 وات) در مدت زمان 60 دقیقه برابر با 50 درصد حاصل شد. سینتیک تخریب متیلن آبی با TiO2/CPopt از نظریه شبه درجه اول (ثابت ظاهری min-1 0069/0 ) پیروی می­ کند. نتایج آزمون پایداری با استفاده از بهترین نمونه سنتزی حاکی از پایداری مناسب آن در سه چرخه متوالی بود.