سنتز و بررسی خواص فتوکاتالیستی نانوکامپوزیت اکسید روی -اکسید تیتانیم

امروزه، استفاده از فتوکاتالیست های نیمه هادی برای تجزیه ترکیبات آلاینده آلی در پساب های صنعتی و نیز تولید انرژی پاک اهمیت یافته اند. مشکل استفاده از این مواد، بازدهی محدود تحت تابش نور فوق بنفش و عدم شناخت کامل از رفتار نیمه هادی در واکنش فتوکاتالیستی است. نانوپودرهای تهیه شده در آزمایشگاه می توانند برای شناخت روابط بین شرایط تهیه پودر (شامل نوع پیش ماده، فرایند سنتز، دما، زمان، اسیدیته)، مورفولوژی (فاز و ریزساختار)، خواص نوری (گاف ممنوعه انرژی) و خواص فیزیکوشیمیایی (سطح ویژه، توزیع و حجم تخلخل) بکار روند. مجموع عوامل فوق تعیین کننده فعالیت فتوکاتالیستی نیمه هادی ها هستند. در این تحقیق از کامپوزیت های اکسید تیتانیم و اکسید روی برای شناخت ویژگی های پودر سرامیکی در واکنش فتوکاتالیستی استفاده شد. پژوهش حاضر شامل سه مرحله است. در مرحله اول، نانوپودر ساده و مرکب اکسیدهای روی و تیتانیم تهیه شد. برای تهیه نمونه ها از روش های شیمیایی تر، هیدروترمال، روش های رسوب گیری با کمک مایکرویو و التراسونیک استفاده شد. مواد مرکب با هسته اکسید تیتانیم به شکل آناتاز، روتایل و p25 (با نسبت آناتاز به روتایل چهار به یک) و پوسته اکسید روی تهیه شد. درصد مولی پوسته اکسید روی 95، 90، 80 و 50% بوده است. در مرحله دوم این تحقیق، خواص فیزیکی و ساختاری نمونه ها با توجه به عوامل فرایندی بررسی شد. اندازه بلورک ها و فازهای تشکیل دهنده ماده مرکب با استفاده از پراش اشعه ایکس به دست آمد. مورفولوژی نمونه ها با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی مورد بررسی قرار-گرفت. اندازه و توزیع ذره ها و حفره ها با bet و bjh و نیز ویژگی های سطحی و نوری پودرها با-استفاده از زتاسایزر و طیف سنج بررسی شدند. به عنوان نمونه، برای کامپوزیت با هسته p25 و پوسته 90% اکسید روی تهیه شده توسط فرایند مایکرویو ساختاری ریز، یکنواخت، با تغییر فازی محدود، سطح ویژه حدود m2/gr 56 و پتانسیل سطحی mv5/21 مشاهده شد. مرحله سوم، شامل بررسی رفتار فتوکاتالیستی نمونه ها بود. این کار توسط دو نوع سیستم واکنش فتوکاتالیستی به انجام رسید. برای آزمون میزان رنگ بری، از عامل رنگی ar14 و داده های طیف سنجی فوق بنفش- مرئی استفاده شد. برای آزمون میزان تولید هیدروژن، از افزودنی متانول و پلاتین و داده های کروماتوگرافی گازی استفاده شد. این مرحله شامل سه بخش می باشد. اولا، عوامل واکنشگاهی دو سیستم بهینه سازی شد. هر دو واکنشگاه پیمانه ای بوده و اثر کمیت های مقدار، نوع فتوکاتالیست، مقدار و نوع عامل رنگی، مقدار پلاتین و متانول، اسیدیته، سرعت هم-زدن، لامپ، دما و زمان در فرایندهای فتوکاتالیستی مورد بررسی و بهینه سازی قرار گرفت. ثانیا، نمونه های ساده اکسید روی و اکسید تیتانیم در فرایندهای فتوکاتالیستی بکار گرفته شد و میزان فعالیت فتوکاتالیستی نسبت به نوع و مقدار پودرهای اکسیدی به تنهایی و مخلوط مورد بررسی و مدل سازی قرار گرفت. ثالثا، نمونه های مرکب تهیه شده با شرایط مختلف مورد آزمایش قرا ر گرفته و رفتار فتوکاتالیستی آن ها با توجه به عوامل فرایندی و واکنشگاهی تحلیل شد. نتایج نشان می-دهد که مواد مرکب اکسید روی و اکسید تیتانیم فعالیت فتوکاتالیستی بیشتری دارند. دلیل این رفتار، در تنوع مکان های سطحی واکنش فتوکاتالیستی و جدایش موثرتر الکترون- حفره های تولید شده طی فرایند فتوکاتالیستی است.