ساخت فیلتر خود تمیز شونده از نانوالیاف کربنی الکتروریسی شده حاوی نانوذرات tio2 و بررسی خواص فوتوکاتالیستی آن

یکی از روشهای حذف آلاینده ها جذب مواد سمی، رنگدانه ها و گازهای فرار سرطانزا توسط کربن فعال با سطح ویژه بسیار بالا است. روش دیگری که امروزه به شدت مورد توجه قرار گرفته، تجزیه فوتوکاتالیستی آلاینده ها توسط tio2 است. از بین تمامی بسترها، نانوالیاف ساخته شده به روش الکتروریسی به علت سطح تماس زیاد آنها با محیط و نیز در دسترس بودن سطح نانوذرات برای مولکولهای در حال عبور هوا و یا آب بهترین گزینه می باشد. با ادغام این دو تکنیک، یعنی تثبیت نانوذرات تیتانیا بر روی نانوالیاف کربنی فعال، می توان فیلتر جاذب خود تمیز شونده ای ساخت که علاوه بر جذب مواد آلاینده، آنها را در تماس با نانوذرات تیتانیا قرار داده و با تماس uv تجزیه می کند. می توان پروژه حاضر را به 3 فاز مجزا تقسیم کرد. در فاز اول این پروژه نانوالیاف pan/tio2 با درصد وزنی های مختلف tio2 الکتروریسی شده و تاثیر میزان tio2 ، ولتاژ اعمالی، نرخ تغذیه و فاصله نازل تا جمع کننده بر روی مورفولوژی و قطر نانوالیاف توسط sem مورد بررسی قرار گرفت. پس از انجام آنالیز حرارتی و انتخاب دمای ?c250 به عنوان دمای پایدارسازی، نمونه حاوی %wt 10 نانوذرات tio2، در دماهای مختلف کربنی شده و تاثیر کربنیزاسیون بر روی اندازه ذرات و فاز کریستالی tio2 توسط آنالیز رامان بررسی شد. نتایج نشان داد که کربن در مرز دانه های tio2 مانع از رشد ذرات در دمای بالا شده و استحاله آناتاز به روتایل را نیز به تعویق می اندازد. پس از کربنیزاسیون، نانوالیاف تحت اکسیداسیون در دمای ?c400 قرار گرفتند، که بر اساس نتایج bet و afm موجب افزایش سطح ویژه از m2/g 50 به 1000 و زبری سطح از nm 18 به 76 گردیده ومکانیزم حاکم بر آن نیز پیشنهاد شد. این پدیده سبب افزایش میزان جذب آلاینده و تجزیه فوتوکاتالیستی گردید. در فاز دوم پروژه نانوالیاف pan از الکتروریسی محلول %wt 15 تهیه شده و پس از انجام آنالیز حرارتی و انتخاب دمای مناسب تحت پایدارسازی و کربنیزاسیون در دماهای مختلف قرار گرفته و مکانیزم حاکم بر روند کربنیزاسیون توسط ftir بررسی گردید. عملیات اکسیداسیون نیز بر روی نانوالیاف کربنی شده در دمای ?c1000 انجام شده و تاثیر آن بر روی میزان گرافیت به کربن آمورف و اندازه کریستالیتهای گرافیت توسط آنالیز رامان بررسی گردید. نتایج حاکی از افزایش میزان گرافیت در ساختار و اندازه کریستالها نسبت به نمونه کربنی شده در دمای ?c 1200 بود. سپس نانوالیاف حاصل با سل حاوی نانوذرات tio2پوشش داده شده و توپوگرافی و آبدوستی آنها توسط afm و contact angle مورد بررسی قرار گرفت. نتایج، حاکی از افزایش آبدوستی ریزلایه ها در تماس با uv می باشد. فاز سوم ساخت نانولوله های tio2با ترکیب روش سل- ژل و تکنیک سنتز با شابلون بود. نانوالیاف pan الکتروریسی شده، در دو دمای محیط و ?c 90 با سل حاوی نانوذرات tio2 پوشش داده شده و سپس با پیرولیز در دمای ?c 600 ، شابلون حذف شده و وب سفیدرنگ متشکل از نانولوله های tio2 بدست آمد. نتایج حاصل از sem نشان دهنده توخالی بودن الیاف بوده و نتایج حاصل از afm نشان داد که نانولوله ها متشکل از ذرات tio2 است که از نانوالیاف pan الگوبرداری کرده اند. مقایسه طیف edx نانولوله های tio2 و نانوالیاف pan پوشش داده شده با tio2 نشان داد که میزان جذب tio2 بر روی ریزلایه pan حدود 30 درصد وزنی است. آنالیز رامان و xrd آناتاز بودن ساختار آنها را ثابت نموده و با توجه به نتایج رامان می توان ادعا نمود که کربن علاوه بر جلوگیری از رشد و استحاله آناتاز، سطح نانوذرات tio2 را نیز با کربن آلائیده است. بررسیهای ساختاری، فازی، ترشوندگی سطحی، مورفولوژیکی و تخلخل ها توسط xrd, afm, sem, raman, bet, ftir, edx, contact angle در هر بخش انجام شد. در انتها خواص فوتوکاتالیستی کلیه نانوساختارهای سنتز شده در هر سه فاز پروژه، توسط متیلن بلو در فاز مایع و اتانول در فاز گازی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که جذب اولیه و نرخ تجزیه بر روی نانوالیاف cnf/tio2 حاوی %wt 10 تیتانیا پس از اکسیداسیون نسبت به سایر نمونه ها بیشتر است. در مورد نمونه های پوشش داده شده با سل tio2 نیز نانوالیاف کربنی اکسید شده که پس از پوشش دهی با سل در دمای 400 کلسینه شده اند، بهترین نتیجه را داشته و پس از 1 ساعت حدود 95% متیلن بلو را تجزیه نمود. علت آن افزایش بلورینگی tio2 و نیز قدرت جذب نانوالیاف کربنی اکسید شده می باشد. بنابراین می توان گفت این پایان نامه به طور کلی، شامل مجموعه فعالیتهائی در زمینه تثبیت نانوذرات تیتانیا به روشهای مختلف بر روی ساختارهای رشته ای نانوالیاف با رویکرد ساخت یک فیلتر با خواص فوتوکاتالیستی مناسب جهت تصفیه آلاینده های هوا در سیستمهای تهویه است.