سنتز نانو ذرات پروسکیتی bifeo3 و کاربرد نانو ذرات سنتز شده در حذف فوتوکاتالیستی آلاینده nox

در این کار پژوهشی از نانو ذرات فوتوکاتالیست (bfo) bifeo3 سنتز شده جهت حذف فوتوکاتالیستی آلاینده گازی اکسیدهای نیتروژن no) ،nox: no2) در راکتور فوتوکاتالیستی استوانه ای با حجم 1/5 لیتر در حضور نور ماورابنفش (uv) استفاده شد. از دستگاه gc/tcd آنلاین با برنامه دمایی مشخص و ستون مولکولار سیو (hp molesive - agilent usa) با طول 30 متر نیز برای جداسازی و شناسایی محصولات حاصل از واکنش بهره برده شد. در قسمت اول پروژه، نانو ذرات bfo با استفاده از روش های سیترات، سل-ژل، همرسوبی و هیدروترمال سنتز شدند. با مقایسه آنالیز xrd (x-ray diffraction) نمونه های سنتز شده با روش های مذکور، از روی میزان کریستالیزاسیون و فازهای خالص تشکیل شده، مناسب ترین فوتوکاتالیست ها انتخاب شدند و میزان فعالیت آنها در حذف nox در فوتوراکتور طراحی شده زیر تابش نور uv مورد بررسی قرار گرفت. نتایج مقایسه نشان داد که نمونه های سنتز شده با روش های سیترات و همرسوبی شرایط بهتری دارند. برای محاسبه گپ انرژی فوتوکاتالیست ها از آنالیز drs (diffuse refletance specroscopy) استفاده شد. که مطابق نمودار تاک مقدار گپ انرژی bfo 2/13 الکترون ولت بدست آمد. در ادامه کاتیون های فلزات قلیایی خاکی به شبکه پروسکیتی bfo دوپه شدند و میزان تغییر فعالیت مورد آزمایش قرار گرفت. آزمایش ها ترتیب فعالیت sr-dopped> ca-dopped>mg-dopped>bfo را نشان دادند. دلیل افزایش فعالیت نمونه های دوپه شده، افزایش گپ انرژی و در نتیجه کاهش سرعت بازترکیب حامل های بار می باشد. در قسمت بعدی کار، تاثیر رطوبت نسبی (در چهار مقدار 10% 25% 50% و 75%)، مقدار فوتوکاتالیست ( با تغییر تعداد صفحه های شیشه ای پوشش داده شده از 6عدد تا 1عدد)، شدت نور uv (استفاده از دو لامپ با شدت های 8 و 15 وات) و غلظت اولیه آلاینده (غلظت های 5، 10، 20 و ppm30) بر فرآیند حذف nox مورد ارزیابی قرار گرفتند. با افزایش رطوبت نسبی تا 50% فعالیت فوتوکاتالیستی بخاطر افزایش تولید گونه های اکسنده و کاهنده، افزایش پیدا کرد ولی افزایش بیشتر رطوبت نسبی، بدلیل افزایش رقابت در جذب سطحی موجب کاهش فعالیت فوتوکاتالیستی شد. با کاهش تعداد صفحه های پوشش داده با کاتالیست، بدلیل کاهش مراکز فعال کاتالیست، فعالیت کاتالیستی کاهش پیدا می کند. استفاده از لامپ با شدت بالاتر نیز فعالیت فوتوکاتالیستی را افزایش می دهد. زیرا میزان الکترون-حفره های ایجاد شده بیشتر می شود. تاثیر غلظت اولیه آلاینده نیز بدین صورت بود که افزایش غلظت از 5 به ppm30 موجب کاهش درصد تبدیل شد. زیرا سایت های فعال کاتالیست محدودند و تا اشغال کامل آنها افزایش غلظت باعث افزایش فعالیت فوتوکاتالیستی می شود ولی بعد از پر شدن مراکز فعال، افزایش غلظت اولیه آلاینده میزان تبدیل را کاهش می دهد. نتایج مطالعه سینتیکی نشان داد که واکنش حذف با تقریب خوبی از معادله درجه اول پیروی می کند. با استفاده از مدل لانگمیر- هنشلوود (l-h) مقادیر ثابت جذب تعادلی و ثابت سرعت سینتیکی به ترتیب 0/058 میلی گرم بر لیتر دقیقه و 0/0491 لیتر بر میلی گرم بدست آمدند. در نهایت معادله سرعت جهت پیش بینی میزان آلاینده باقی مانده در هر لحظه، پیشنهاد شد.