سنتز نانو ساختارهای اکسید روی دوپه شده با لانتانیدها و کاربرد آنها در فرآیند فتوکاتالیزوری جهت حذف مواد رنگزای آلی تحت تابش نور مرئی

روش¬های مختلفی جهت حساس سازی کاتالیزورهای مورد استفاده در فرآیند اکسایش فوتوکاتالیزوری به نور مرئی وجود دارد. در این کار پژوهشی از روش دوپه با فلزات (لانتانیدها) جهت حساس سازی کاتالیزور zno به نور مرئی استفاده شده است. لذا در بخش اول پروژه حاضر، نانوذرات zno خالص و zno دوپه شده با لانتانید یوروپیوم (eu) به روش سونوشیمیایی سنتز و با آنالیزهای sem، xps، xrd و ft-ir شناسایی شده است. بر اساس تصاویر sem نانوذرات zno سنتز شده دارای شکل غیر یکنواخت بودند که ناشی از تجمع نانوذرات در حین فرآیند سنتز می¬باشد. ولی در مورد نانوذرات دوپه شده با لانتانیدها ذرات دارای شکل یکنواخت بودند. میانگین اندازه نانوذرات zno دوپه شده با eu 40-20 نانومتر به دست آمد. با توجه به طیف xrd بعد از دوپه کردن با یون¬های لانتانید، فقط پیک¬های مربوط به zno مشاهده می¬شود و پیک¬های مربوط به اکسید لانتانیدها و سایر ناخالصی¬ها مشاهده نمی¬شود، که تایید می¬کند یون¬های eu+3 به جای یون¬های zn+2 جایگزین شده¬اند. در ادامه از نانوذرات zno دوپه شده با eu جهت حذف ماده رنگزای قرمز اسیدی 17 در فرآیند اکسایش فوتوکاتالیزوری تحت تابش نور مرئی بهره گرفته شد. راندمان رنگزدایی قرمز اسیدی 17 در فرآیند فوتوکاتالیزوری با استفاده از نانوذرات zno خالص وzno دوپه شده با eu به ترتیب 24 و60 درصد به دست آمد. تاثیر پارامترهای عملیاتی مانند غلظت آلاینده، غلظت کاتالیزور، غلظت اکسید کننده پراکسی دی-سولفات و زمان انجام واکنش با استفاده از طراحی آزمایش به روش رویه پاسخ مورد بررسی قرار گرفت. شرایط بهینه به دست آمده با استفاده از روش رویه پاسخ برای متغیرهای غلظت قرمز اسیدی 17، غلظت کاتالیزور، غلظت اکسید کننده پراکسی دی سولفات و زمان انجام واکنش به ترتیب mg/l 5، g/l 1، mmol/l 2/0 و 150 دقیقه به دست آمد. در شرایط بهینه در حضور پراکسی دی سولفات میزان حذف ماده رنگزا در فرآیند فوتوکاتالیزوری 98 درصد به دست آمد. آنالیز واریانس(anova) ضریب همبستگی بالایی را برای مدل پیشنهاد شده نشان داد (935/0r2= و 965/0adjusted-r2=). در بخش دوم کار پژوهشی حاضر، نانوذرات دوپه شده با پرازودایمیوم (pr) سنتز و با آنالیزهای sem، xps، xrd و ft-ir شناسایی شدند. از نانوذرات zno دوپه شده با pr در فرآیند سونوکاتالیز جهت حذف ماده رنگزای قرمز اسیدی 17 بهره گرفته شد. تاثیر پارامترهای عملیاتی مانند غلظت ماده رنگزا، غلظت کاتالیزور، اثر ph اولیه محلول و توان حمام اولتراسونیک مورد بررسی قرار گرفت. شرایط بهینه بدست آمده در این بخش از آزمایش¬ها برای متغیرهای غلظت اولیه قرمز اسیدی 7، غلظت کاتالیزور، ph اولیه و توان حمام اولتراسونیک به ترتیب mg/l 10، g/l 1، 25/6ph= و w/l 200 به دست آمد. میزان حذف ماده رنگزا در شرایط بهینه با استفاده از فرآیند سونوکاتالیز 100 درصد به دست آمد. همچنین تاثیر بازدارنده¬های رادیکالی مختلف و مواد اکسید کننده شیمیایی بر راندمان فرآیند سونوکاتالیزوری تخریب قرمز اسیدی 17 مورد بررسی قرار گرفت. در بخش سوم و پایانی کار پژوهشی، نانوذرات zno دوپه شده با گادولونیوم (gd) سنتز و با آنالیزهای sem، xps، xrd و ft-ir شناسایی شدند و در فرآیند سونوکاتالیز جهت حذف ماده رنگزای نارنجی اسیدی 7 بهره گرفته شد. به منظور یافتن شرایط بهینه برای رنگزدایی همانند بخش دوم، تاثیر پارامترهای عملیاتی مانند غلظت ماده رنگزا، غلظت کاتالیزور، تاثیر ph اولیه محلول و توان حمام اولتراسونیک مورد بررسی قرار گرفت. شرایط بهینه بدست آمده در این بخش از آزمایش¬ها برای متغیرهای غلظت اولیه نارنجی اسیدی 7، غلظت کاتالیزور و ph اولیه به ترتیب mg/l 5، g/l 1، 4/6ph= و w/l 150 به دست آمد. میزان حذف ماده رنگزای نارنجی اسیدی 7 با استفاده از نانوذرات zno دوپه شده با gd در شرایط بهینه ذکر شده در فرآیند سونوکاتالیز 92 درصد به دست آمد. همچنین کاتالیزورهای سنتز شده دارای تکرارپذیری بالایی هستند به طوری که بعد از 4 بار استفاده تنها 7 درصد کاهش کارایی دارند. با استفاده از آنالیز gc-ms اقدام به شناسایی محصولات حد واسط در مسیر تخریب سونوکاتالیزوری ماده رنگزای نارنجی اسیدی 7 گردید.