سنتز و شناسایی نانو ساختار مغناطیسی Fe3O4@Ag-Cu و کاربرد آن در تخریب مواد رنگی آلاینده های دورریز فاضلاب آبی صنایع شامل اریترومایسن و کنگو رد – جهت کنگو رد UV

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

گروه شیمی، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران.

چکیده

در این پژوهش، نانوساختارهای مغناطیسی Fe3O4@Ag-Cu با استفاده از روش ارزان و دوست دار محیط زیست به منظور افزایش فعالیت فوتوکاتالیستی برای نخستین بار تهیه شد. نانوساختارهای مغناطیسی در حضور عصاره سرخ ولیک به عنوان عامل کاهنده و عامل پوشاننده و با استفاده از روش رسوب دهی تهیه شده­اند. در این پژوهش، ابتدا نانوذرات آهن سنتز شده، سپس نانو ذرات نقره و مس بر آن قرار داده شد. نانوذرات مغناطیسی سنتز شده با استفاده از روش رسوب دهی سنتز شده است. نمونه­ های مغناطیسی سنتز شده با استفاده از آنالیزهای پراش پرتو ایکس (XRD)، طیف سنجی فروسرخ (FT-IR)، مغناطیس ارتعاشی (VSM)، میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM)، طیف سنجی پراش انرژی پرتو ایکس (EDX) و میکروسکوب الکترونی روبشی (SEM) شناسایی شد. ریخت­ شناسی کروی، اندازه کوچک، خاصیت مغناطیسی بالا و کلوخه شدگی پایین از ویژگی های نانو ساختارهای مغناطیسی سنتز شده بوده است. نانوساختارهای مغناطیسی تهیه شده در تخریب آلاینده های آلی رنگ در فاضلاب آبی به کار برده شده‌اند. نتایج نشان داده است که درصد تخریب مواد رنگی فاضلاب آبی شامل اریتروسین و کنگو رد (Congo red) به ترتیب 96/3% و 89/6% درصد پس از 50 دقیقه تابش نور UV است. علت افزایش تخریب در رنگ های کاتیونی را می­توان به بار سطحی مثبت و گروه­ های اکسیژن نسبت داد. به طور کلی نتایج اثبات کرد که نانوساختارهای مغناطیسی Fe3O4@Ag-Cu می تواند یک نامزد مناسب برای کاربردهای فوتوکاتالیستی معرفی شود. همچنین، داده ­ها اثبات می کند که نانو ساختارهای مغناطیسی سنتز شده دارای خاصیت تخریب بسیار بالا پس از چند بار استفاده مجدد هستند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Biosynthesis and characterization of Fe3O4@Ag-Cu magnetic nanostructures and its application in the degradation of erythrosine and congo red pollutants under UV irradiation

نویسنده [English]

  • Sarvin Mohammadi-Aghdam
Department of Chemistry, Payame Noor University (PNU), P. O.BOX 19395-4697, Tehran, Iran
چکیده [English]

Abstract: In this research, Fe3O4@Ag-Cu magnetic nanostructures were synthesized with inexpensive, and eco-friendly method to enhance the photocatalytic properties, for the first time. Magnetic nanostructures were prepared by precipitation method in presence of Crataegus microphylla extract as capping agent and reducing agent. As-synthesized magnetic products were characterized by X-ray diffraction (XRD), fourier transform infrared (FT-IR), vibrating sample magnetometer (VSM), energy dispersive X-ray (EDS), Transmission Electron Microscopy (TEM) and scanning electron microscopy (SEM) analysis. Spherical morphology, high magnetic property, less agglomeration and small size are the various features of synthesized nanostructures. As-prepared nanostructures were used in degradation of organic pollutants. The results show that the degradation percentage of erythrosine and congo red were 96.3% and 89.6% after 50 min under UV irradiation, respectively. Oxygen group and positive charge in the molecular structure of rhodamine b can be effective factors to increases of photocatalytic performance. Due to the results, Fe3O4@Ag-Cu magnetic nanostructures can be introduced good candidate for photocatalytic applications. As well as, the catalyst shows high recovery and stability even after several separation cycles.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Magnetic nanostructures
  • Erythrosine
  • Congo red
  • Photocatalyst
  1.  

    [1] M. A. Ebrahimzadeh, S. Mortazavi-Derazkola, M. A. Zazouli, “Eco-friendly green synthesis of novel magnetic Fe3O4/SiO2/ZnO-Pr6O11 nanocomposites for photocatalytic degradation of organic pollutant”, Journal of Rare Earths, 38, 13-20, (2020).
    [2] S. Zinatloo. S. Mortazavi-Derazkola, M. Salavati-Niasari, “Nd2O3-SiO2 nanocomposites: A simple sonochemical preparation, characterization and photocatalytic activity”, Ultrasonics Sonochemistry, 42, 171-182, 2018.

    [3] S. Mortazavi-derazkola, M. Salavati-Niasari, H. Khojasteh, O. Amiri, S. M. Ghoreishi, “Green synthesis of magnetic Fe3O4/SiO2/HAp nanocomposite for atenolol delivery and in vivo toxicity study”, Journal of Cleaner Production. 168, 39-50, 2017

    [4] G. A Silva, “Introduction to nanotechnology and its applications to medicine”. Surgical neurology 61, 216-20, 2004.

    [5] J. Orfao, A. Silva, J. Pereira, S. Barata, I. Fonseca, P. Faria, et al. “Adsorption of a reactive dye on chemically modified activated carbons—Influence of pH”. J Coll Interface Sci. 296, 480-489, 2006.

    [6] N. Kannan, M. M. Sundaram. “Kinetics and mechanism of removal of methylene blue by adsorption on various carbons—a comparative study”. Dye Pigments. 51, 25-40, 2001.

    [7] G. Ciardelli, L. Corsi, M. Marcucci. “Membrane separation for wastewater reuse in the textile industry”. Resources Conserv Recycl. 31, 189-97, 2001.

     

    [8] S. Malato, P. Fernandez-Ibanez, M. I. Maldonado , J. Blanco, W. Gernjak,. “Decontamination and disinfection of water by solar photocatalysis: Recent overview and trends”. Catal Today. 147, 1-59, 2009.

    [9] A. H. Lu, E. L. Sabas, F. Schuth, “Magnetic Nanoparticles: Synthesis, Protection, Functionalization, and Application”, Angew. Chem. Int. Ed. 46, 1222-1244, 2007.

    [10] R. Hao, R. Xing,             Z. Xu, Y. Hou, S. Gao, S. Sun, “Synthesis, Functionalization, and Biomedical Applications of Multifunctional Magnetic Nanoparticles”, Adv. Mater. 22, 2729-2742, 2010.

    [11] S.Mortazavi-Derazkola, M. Salavati-Niasari, O. Amiri, A. Abbasi, “Fabrication and characterization of Fe3O4@SiO2@TiO2@Ho nanostructures as a novel and highly efficient photocatalyst for degradation of organic pollution”. Journal of Energy Chemistry. 26, 17-23, 2017.

    [12] S.Mortazavi-Derazkola, M. Salavati-Niasari, M. P. Mazhari, H. Khojasteh, M. Hamedanian, S. Bagheri, “Magnetically separable Fe3O4@SiO2@TiO2 nanostructures supported by neodymium(III): fabrication and enhanced photocatalytic activity for degradation of organic pollution”, Journal of Materials Science: Materials in Electronics. 28, 14271-14281, 2017.

    [13] S. Mansingh, D. K. Padhi, K. Parida, “Bio-surfactant assisted solvothermal synthesis of magnetic retrievable Fe3O4@rGO nanocomposite for photocatalytic reduction of 2-nitrophenol and degradation of TCH under visible light illumination”, Applied Surface Science. 466, 679-690, 2019.

    [14] G. U. Rehman, M. Tahir, P. S. Goh, A. F. Ismail, I. Ullahkhan, “Controlled synthesis of reduced graphen oxide supported magnetically separable Fe3O4@rGO@AgI ternary nanocomposite for enhanced photocatalytic degradation of phenol”. Powder Technology. 356,  547-558, 2019.

    [15] M. Naghizadeh, M.A. Taher, A. M. Tamaddon, “Facile synthesis and characterization of magnetic nanocomposite ZnO/CoFe2O4 hetero-structure for rapid photocatalytic degradation of imidacloprid”. Heliyon. 5, e02870, 2019.

    1. آ. وکیلی تجره، ح. گنجی دوست، ب. آیتی، حذف کاتالیزوری نوری ماده رنگزای آزویی اسید قرمز 14 از آب به وسیله نانو کامپوزیت مغناطیسی TiO2/Fe3O4/CNT. نشریه علمی-پژوهشی علوم و فناوری رنگ. (1398) 13، 75-87.
    2. خ. دیده بان، ا. میرشکاری، غ. رجبی، ج. عظیم وند، حذف ماده رنگزای کاتیونی بازیک بنفش 16 (BV16) از محلول آبی با استفاده از دندریمر پلی آمیدوآمین نسل 2 (PAMAM-G2). نشریه علمی-پژوهشی علوم و فناوری رنگ. (1396) 3، 185-173.
    3. ف. نبی زاده چیانه، ج. بصری پارسا، حذف ماده رنگزای آزو با استفاده از آندهای MWCNTs-Ti و MWCNYs-TiO2/Ti. نشریه علمی-پژوهشی علوم و فناوری رنگ. (1396) 11، 90-79.

    [19] Y. Orooji, S. Mortazavi-Derazkola, S. M. Ghoreishi, M. Amiri, M. Salavati-Niasari. “Mesopourous Fe3O4@SiO2-hydroxyapatite nanocomposite: Green sonochemical synthesis using strawberry fruit extract as a capping agent, characterization and their application in sulfasalazine delivery and cytotoxicity”. Journal of Hazardous Materials. 400, 123, 2020