سنتز نانوفتوکاتالیست N-TiO2 به روش هیدروترمال- مایکروویو جهت استفاده در حذف اسید اورنژ 7 از پساب

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی سهند، شهر جدید سهند، تبریز

2 مرکز تحقیقات راکتور و کاتالیست، دانشگاه صنعتی سهند، شهر جدید سهند، تبریز

چکیده

روش تصفیه فتوکاتالیستی پساب بعنوان یکی از اعضای مهم روش‌های اکسیداسیون پیشرفته با بازدهی انرژی بالا نقش بسیار مهمی در بین فرآیندهای تصفیه پساب بازی می‌کند. در این تحقیق سنتز نانوفتوکاتالیست تیتانیا توسط ماده اولیه تیتانیوم IV بوتوکسید انجام شده و سپس تخدیر آن با نیتروژن به منظور بهبود خاصیت فتوکاتالیستی در ناحیه نور مرئی مورد بررسی قرار گرفت. به همین منظور نانوفتوکاتالیست‌ N-TiO2 با ترکیب روش‌های هیدروترمال و مایکروویو سنتز شد. از آنالیزهای XRD، FESEM، BET، FTIR ،EDX-dot mapping و UV-vis spectroscopy برای تعیین خصوصیات فیزیکی، شیمیایی و اپتیکی کاتالیست‌ها استفاده شد. آنالیز XRD سنتز موفقیت‌آمیز کریستال‌های TiO2 در فاز آناتاز را تأیید کرد. تصاویر FESEM در وهله اول نانو ساختار بودن کاتالیست‌های سنتز شده را اثبات کرده و همچنین نشان داد که با افزودن نیتروژن، مورفولوژی سطح یکنواخت‌تر و ریزتر شد. آنالیز تعیین سطح ویژه BET ضمن تأیید نتایج حاصل از FESEM، نشان داد که افزودن نیتروژن، بهبود سطح کاتالیست را در پی داشته است. با استفاده از نتایج آنالیز EDX حضور نیتروژن در ساختار تأیید شده و این نمونه از یکنواختی بسیار خوبی برخوردار بوده است. همچنین هیچ‌گونه تجمعی از نیتروژن روی سطح نانوفتوکاتالیست مشاهده نشد. آزمایش‌های فرایندی نمایشگر عملکرد بهتر برای فتوکاتالیست N-TiO2 در مقایسه با سایر نمونه‌ها بوده است. نتایج نشان داد که پس از گذشت 140 دقیقه از آزمایش، 90 درصد آلاینده رنگی توسط فتوکاتالیست N-TiO2 حذف شده، درحالی که در همین مدت زمان، فتوکاتالیست TiO2 سنتزشده به همین روش، فقط 52 درصد حذف آلاینده از پساب را نتیجه داد. همچنین به منظور مقایسه بهتر، کاتالیست صنعتی P25 نیز با همان شرایط فرآیندی و مدت زمان برابر مورد آزمایش قرار گرفت. نتایج این آزمایش نشان داد که تیتانیای سنتز شده به روش هیبریدی هیدروترمال-مایکروویو فعالیت بیشتری نسبت به نمونه صنعتی داشته است، بصورتی که این فتوکاتالیست درصد حذفی درحدود 15 درصد بیشتر از تیتانیای سنتز شده نشان داده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Microwave-Assisted Hydrothermal Synthesis of N-TiO2 Nanophotocatalyst Used in Removal of Acid Orange 7 from Wastewater

نویسندگان [English]

  • P . Margan 1 2
  • M. Haghighi 1 2
1 Chemical Engineering Faculty, Sahand University of Technology, Sahand New Town, Tabriz.
2 Chemical Engineering Faculty, Sahand University of Technology, Sahand New Town, Tabriz.
چکیده [English]

Photocatalytic wastewater treatment as an important member of advanced oxidation processes with a high energy efficiency plays important role in wastewater treatment. This method is known as an energy efficient method because of solar light utilization availability. In this work, TiO2 nano-photocatalyst has been synthesized using titanium IV butoxide as a Ti precursor. Then, the nitrogen doping has been carried out to activate its photocatalytic activity in the visible part of the light spectrum. N-TiO2 nano-photocatalysts has been synthesized using a hybrid method of hydrothermal-microwave. The analyses of XRD, FESEM, BET, EDX and UV-vis spectroscopy have been carried out to evaluate the physicochemical and optical properties of the catalysts. The XRD analysis has confirmed the successful synthesis of the TiO2 with anatase crystaline phase. FESEM images have confirmed the nano-sized structure of the catalysts. The BET suface area coincided the FESEM results by representation of surface area enhancement after doping with nitrogen. EDX resulted the presense of nitrogen in the sample and demonstrated fine uniformity and no aggregation presented on the catalyst surface. The photocatalytic degradation of dye from the synthetic wastewater has been carried out resulting the highest photocatalytic activity for N-TiO2 in comparison to undoped samples. The experiment resulted 90 percent of degradation after 140 min while undoped TiO2 represented just 52 percent of degradation. Also, to have a better comparison, the industrial photocatalyst P25 has been used in the same experiment time and operational conditions. The results depicted higher photocatalytic activity for hydrothermal-microwave synthesis of TiO2 compared to industrial TiO2 with 15 percent higher degradation.

کلیدواژه‌ها [English]

  • N-TiO2 Nanophotocatalyst
  • Microwave-Assisted Hydrothermal
  • Acid Orange 7
  • Water treatment