پایان نامه رشته شیمی : ساخت و مشخصه‌یابی فوتوکاتالیست‌های پایه نانوتیتانیا برای گوگردزدایی ترکیب مقاوم گوگردی دی‌بنزوتیوفن

پایان نامه

عنوان پایان نامه :

 ساخت و مشخصه‌یابی فوتوکاتالیست‌های پایه نانوتیتانیا برای گوگردزدایی ترکیب مقاوم گوگردی دی‌بنزوتیوفن

یک صفحه از متن پایان نامه فقط برای نمونه :

۱-۷٫ فوتوکاتالیست :

فوتوکاتالیست[۱] به عنوان ماده‌ایی تعریف می‌شود که توسط جذب یک فوتون فعال می‌شود و کمک می‌کند تا یک واکنش شتاب بگیرد، بدون این که مصرف شود و فقط شرایط مورد نیاز برای انجام واکنش‌ها را فراهم می‌کند. فاکتورهایی که روی فعالیت فوتوکاتالیست تأثیر می‌گذارند عبارتند از : ساختار، اندازۀ ذرات، خواص سطح، آماده‌سازی، فعال‌سازی کیفی و مقاومت در برابر تنش‌های مکانیکی. اکسیدها یا سولفیدهای عناصر واسطه که در اصطلاح نیمه‌رسانای ترکیبی[۲] نام دارند، به عنوان مناسب‌ترین فوتوکاتالیست‌ها شناخته شده‌اند که مقاومت زیادی را در برابر تحلیل نوری انرژی شکاف نواری در اختیار قرار می‌دهند. جدول (۱-۱)، انرژی شکاف نواری و طول موج تشعشع متناظر مورد نیاز برای برانگیختگی نیمه هادی‌های مختلف را به طور خلاصه آورده است.

[۱] Photocatalyst

[۲] Compound Semiconductor

برخی از این مواد توسط نور مرئی برانگیخته می‌شوند و این امر چشم‌اندازهای مهمی را به روی فوتوکاتالیز باز
می‌کند ]۱۸[. در اکسیدها و سولفیدها با یون‌هایMn+،O2- وS2- سر و کار داریم. از بین نیمه رساناها Fe2O3، WO3، CdS، ZnO، TiO2 و ZnS در واکنش‌های فوتوکاتالیزوری بیشتر از سایر نیمه رساناها مورد استفاده قرار می‌گیرند. TiO2 و بعد ZnO فعال‌ترین فوتوکاتالیست‌ها هستند. اکسیدهای دیگر نظیر ZrO2، SnO2، WO2 و MoO3  فعالیت کمتری دارند و در نتیجه کارآیی مورد انتظار را همانند TiO2 ندارند.

 

۱-۸٫ تیتانیوم دی اکسید :

متن کامل در سایت امید فایل 

تیتانیوم دی ‌اکسید از اکسیدهای فلزی با وزن مولکولی۹۰/۷۹ است، که در زندگی روزمره کاربرد فراوانی دارد. از نظر شیمیایی بسیار پایدار است، پایداری حرارتی خوبی دارد، از نظر شیمیایی و بیولوژیکی بی‌اثر است، توسط فلوریدریک و سولفوریک اسید غلیظ حل می‌شود، غیرسمی و آمفوتر است و ویژگی‌های قلیایی و اسیدی ضعیفی دارد، خیلی گران نیست، قادر به اکسیداسیون ترکیبات آلی شامل غیرفعال‌سازی میکروارگانیسم‌ها است، خواص فوتوکاتالیستی قوی‌ای از جمله خواص ضدمه، تصفیۀ آب، تصفیۀ هوا، ضدباکتری و ضدسرطان را دارا می‌باشد. تیتانیم دی ‌اکسید یک نیمه‌هادی حساس به نور است و شکاف انرژی این ماده در حدود ev 2/3 است که می‌تواند تابش الکترومغناطیس را در محدودۀ نزدیک فرابنفش (طول‌موج‌های مساوی یا کمتر از ۳۸۸-۳۸۰ نانومتر) جذب کند. از این خاصیت به عنوان جاذب نور فرابنفش در کرم‌های ضدآفتاب استفاده می‌شود. بررسی‌ها نشان داده‌اند فعالیت فوتوکاتالیزوری تیتانیم دی اکسید و میزان دقیق شکاف به شدت به اندازۀ نانو ذرات وابسته است. تغییر شگرف انرژی شکاف نواری و پیدایش ترازهای جدید به واسطۀ کاهش اندازۀ ذرات و ورود به حوزۀ نانو است. کاهش اندازۀ ذرات موجب افزایش مساحت سطح و به دنبال آن افزایش پتانسیل اکسایش-کاهش شده که سبب فعالیت بالای فوتوکاتالیزوری می‌شود ]۲[. علاوه بر اندازۀ ذرات، ریخت‌شناسی و نوع ساختار ذرات نیز بر روی دانسیتۀ حامل‌های بار، طول عمر آنها و مراکز به دام انداختن آنها تأثیر فراوانی دارد. تیتانیم دی اکسید دارای سه ساختار مختلف آناتاز، روتیل و بروکیت است. نانوذرات تیتانیوم دی اکسید در جذب فلزات سنگین و اکسید کردن ترکیبات آلی فرار از قبیل تری‌کلرومتان، تتراکلرواتیلن، ۱و۳دی‌کلروبنزن و دی‌کلرومتان (حلال‌های استخراج شده از فرآیندهای صنعتی) در آبهای زیرزمینی یا آلوده مورد استفاده قرار می‌گیرند. گونه‌های اکسیژن‌دار از قبیل رادیکال هیدروکسیل، سوپراکسید و پراکسید هیدروژن در فرآیند جذب فلز و ضدعفونی کردن آب سهیم هستند ]۷۱[.

 

۱-۹٫ فوتوکاتالیزور TiO2 در مقیاس نانو :

بررسی‌ها نشان داده‌اند فعالیت فوتوکاتالیزوری تیتانیم دی اکسید به شدت به اندازه ذرات وابسته است. کاهش اندازه ذرات موجب افزایش مساحت سطح و به دنبال آن افزایش پتانسیل اکسایش-کاهش شده که سبب فعالیت بالای فوتوکاتالیزوری می‌شود. برای مثال می‌توان به تغییر انرژی شکاف نواری در اثر تغییر اندازه ذرات اشاره کرد. در شکل (۱-۳)، تغییر شگرف شکاف نوار و پیدایش ترازهای جدید نمایان است که به واسطه کاهش اندازه ذرات و ورود به حوزه نانو ظاهر می‌شوند [۲۴]. گاهی می‌توان پهنای این نوار را تغییر داد. علاوه بر اندازه ذرات، ریخت‌شناسی و نوع ساختار ذرات نیز بر روی دانسیته حامل‌های بار، طول عمر و مراکز به دام انداختن آنها تأثیر فراوانی دارد. از دیدگاه ریخت‌شناسی، ساختار و سطح فعال ذرات نیز قادر است نقش تعیین‌کننده‌ایی را در رابطه با دانسیته حامل‌های بار ایفا نماید. که در این رابطه تیتانیوم دی اکسید بسیار مورد توجه می‌باشد.

مکانیسم تخریب فوتوکاتالیستی تیتانیوم دی اکسید :

فرآیند اکسایش فوتوکاتالیستی بر پایه ایجاد حفره‌های با بار مثبت و الکترون‌های آزاد در اثر برخورد فوتون‌ها به بلورهای تیتانیوم دی ‌اکسید است زمانی که ذرات یک نیمه‌رسانا مانند تیتانیوم دی ‌اکسید تحت تابش اشعه فرابنفش قرار می‌گیرد الکترون‌های آن از نوار ظرفیت به نوار رسانایی انتقال می‌یابند که این امر باعث ایجاد حفره‌های مثبت و الکترون‌های آزاد می‌گردد این حفره‌های خالی مثبت و یا الکترون‌های آزاد محل‌های مناسبی برای شروع واکنش‌های تخریبی بر روی مواد آلاینده و یا ایجاد رادیکال‌های آزاد می‌باشند. تیتانیا به عنوان فوتوکاتالیزور برای ایجاد حامل‌های بار در فرآیندهای اکسایش و کاهش به کار می‌رود.TiIV OH.} }، TiIV OH می توانند به عنوان تله انداز سطحی نوار ظرفیت[۱] و تله انداز سطحی نوار رسانش[۲] عمل کنند. OH رادیکال سطحی که با TiIV OH نشان داده می‌شود از لحاظ شیمیایی معادل با حفره سطحی می‌باشد. بر طبق تحقیقات سرپون[۳] و لولس[۴] حفره و رادیکال OH سطحی گونه‌های متمایز از هم می‌باشد [۶۲]. مشخص شده است که برای گونه‌های جذب شده بر سطح تیتانیوم دی ‌اکسید واکنش انتقال حفره می‌تواند با فرآیند ترکیب مجدد الکترون-حفره رقابت کند. واکنش‌های فوتوشیمیایی فصل مشترک به ترتیب در رابطه های (۱-۱)، (۱-۲) و
(۱-۳) آورده شده است :

 

رابطه (۱-۱) : برانگیختگی نوری

TiO2 + hυ             e- + hυ

 

رابطه (۱-۲) : تله انداختن حامل بار                                                                    e-CB e-TR

 

رابطه (۱-۳) : تله انداختن حامل حفره

h+VB  h+TR

ترکیب مجدد الکترون و حفره را می‌توان با رابطه (۱-۴) نشان داد :

 

رابطه (۱-۴) :                                                                      e-TR+ h+VB (h+TR) e-CB + heat

 

در این راستا باهنمان[۵] و همکارانش حامل‌های بار به تله انداخته شده را با استفاده از تکنیک پرتوکافت درخشی[۶] آشکار کردند[۵۶]. در ابتدا گسستن پیوندها در مولکول‌های آلی ناشی از به تله افتادن الکترون و حفره جفت‌های نزدیک سطح می‌باشد. فوروب[۷] و همکارانش مشاهده کردند که حامل‌های تله انداز در نزدیک سطح ذره ایجاد می‌شود و به سرعت بعد از برانگیختگی تحت عمل ترکیب مجدد قرار نمی گیرند[۵۱]. مهمترین نتیجه در مورد حفره‌ها و الکترون‌های سطحی حاصل از فرآیند فوتواکسایش ترکیبات آلی توسط سرپون و همکارانش بیان شده است[۴۱]. در بسیاری از کاربردها واکنش‌های تخریب فوتوکاتالیستی در حضور آب، هوا، آلاینده و فوتوکاتالیست انجام می‌شود. حضور آب در واکنش‌های فوتوکاتالیستی تیتانیوم دی ‌اکسید ضروری می‌باشد که این واکنش‌ها به ترتیب در رابطه‌های (۱-۵)، (۱-۶) و (۱-۷) نشان داده شده است (شکل ۱-۴)، [۱۵و۵۰].

[۱] Surface –Trapped Valance Band

[۲] Surface –Trapped Conduction Band

[۳] Serpone

[۴] Lawless

[۵] Bahnemann

[۶] Furube

[۷] Flash Radiolysis

دانلود  رایگان فایل دموی این پایان نامه(فقط حاوی ده صفحه از صفحات پایان نامه با فرمت ورد):

ساخت و مشخصه‌یابی فوتوکاتالیست‌های پایه نانوتیتانیا برای گوگردزدایی ترکیب مقاوم گوگردی دی‌بنزوتیوفن

 

برای دیدن جزئیات بیشتر ، خرید و دانلود آنی فایل متن کامل با فرمت ورد می توانید به لینک زیر مراجعه نمایید:

 دانلود از لینک زیر

 ساخت و مشخصه‌یابی فوتوکاتالیست‌های پایه نانوتیتانیا برای گوگردزدایی ترکیب مقاوم گوگردی دی‌بنزوتیوفن

Related posts: