كارايي فتوكاتاليست TiO2 آناتاز مغناطيسي لود شده توسط گرافن كوانتوم دات در حذف داروي ايمي‌پرامين از محيط آبي

سابقه و هدف: صنايع داروسازي در رده چهارم توليد فاضلاب قرار دارد و حاوي مقادير قابل توجهي از داروها و پيش ماده‌هاي مورد نياز در داروسازي هستند كه سمي بوده و با روش‌هاي سنتي به‌راحتي حذف نمي‌شوند و استفاده از روش‌هاي پيشرفته جهت پاكسازي مورد نياز است. هدف از اين پژوهش، سنتز Fe3O4، سنتز فتوكاتاليست TiO2 آناتاز، نشاندن TiO2 روي Fe3O4، سنتز GQD از مالتوز براي اولين بار، نشاندنGQD روي Fe3O4/TiO2 و توليد نانوكامپوزيت Fe3O4/TiO2/GQD و بررسي ميزان كارايي فتوكاتاليست سنتزي در تخريب فتوكاتاليستي ايمي‌پرامين از محيط آبي است.مواد و روش‌ها: فتوكاتاليست سنتزي Fe3O4/TiO2/GQDs شامل سه جزء است كه در چهار مرحله سنتز گرديده است. در ابتدا، اكسيد آهن به فرم مگنتيت و به روش هم‌رسوبي تهيه شد. سپس Fe3O4/TiO2 با استفاده از روش سل - ژل و از تيتانيوم ايزوپروپوكسايد (IV) به‌عنوان منبع تيتانيوم و در فرم بلوري آناتاز سنتز گرديد. در مرحله سوم، از مالتوز به‌عنوان منبع كربن براي توليد GQD به روش هيدروترمال استفاده شد. در پايان، فتوكاتاليست به‌روش هيدروترمال از نشاندن GQD در ساختار Fe3O4/TiO2 حاصل شد. ويژگي‌هاي ساختاري و كيفيت فتوكاتاليست با استفاده از روش‌هاي FT-IR، ايزوترم جذب/واجذب نيتروژن، FESEM و HRTEM بررسي شد. در پايان، كارايي تخريب فتوكاتاليستي تحت تأثير متغيرهاي مختلف بررسي شد.نتايج و بحث: نتايج طيف‌سنجي FT-IR نانو پودرها و فتوكاتاليست سنتزي بيان كننده وجود پيك‌هاي جذبي C=C، C-H، C-O، Fe–O و Ti-O-Ti است. همچنين پيك‌هاي جديد در 1400cm^-1 و 1170cm^-1 چه ‌بسا مربوط به تشكيل پيوند Fe–O بين آهن Fe3O4 و گروه كربوكسيل GQDS است كه گوياي تشكيل موفقيت‌آميز Fe3O4/TiO2/GQD است. مساحت سطح ويژه فتوكاتاليست بر پايه ايزوترم جذب/واجذب 38m²/g است. همچنين براساس طبقه‌بندي آيوپاك، اين ايزوترم‌ها از نوع IV و مربوط به ساختارهاي متخلخل مزوپور و حلقه هيستريس H2 است. تصويرهاي FESEM بيان كننده ريخت‌شناسي كمابيش كروي فتوكاتاليست سنتزي و توزيع يكنواخت نانوذرات TiO2 در سطح مگنتيت است كه بدون تغيير در مورفولوژي و فقط با تغيير اندازه ذرات پس از نشستن TiO2 روي سطح نانوذرات اكسيد آهن مغناطيسي همراه بوده است. تصويرهاي HRTEM گوياي شكل كروي ذرات با قطر عمدتا كمتر از 50nm و فاصله مشبك مربوط به آناتاز (TiO2) و GQDs است. همچنين عملكرد فتوكاتاليستي نانوكامپوزيت سنتزي و دست‌يابي به بيشينه درصد حذف ايمي‌پرامين متأثر از متغيرهاي مختلف دوز فتوكاتاليست، pH، دماي محيط، مدت زمان تابش مورد سنجش قرار داده شد. شرايط بهينه حذف شامل دوز فتوكاتاليست 0.5 گرم بر ليتر، pH برابر با 3، دما برابر با 40 °C در مدت زمان تابش 120 دقيقه با راندمان بالغ‌بر 90% در پساب آزمايشگاهي و كمابيش 70% براي پساب واقعي به ‌دست آمد. آزمايش ‌هاي بازيابي فتوكاتاليست بيان كننده پايداري فتوكاتاليست سنتزي است كه مي‌تواند بدون از دست دادن فعاليت اوليه قابل ‌استفاده دوباره براي فرايند تصفيه باشد.نتيجه‌گيري: نتايج نشان مي‌دهد كه مكانيسم تخريب ايمي‌پرامين از نوع تخريب اكسيداسيوني از طريق حفره‌ هاي نوري توليد شده است و از سينتيك درجه اول تحت تابش نور UVA پيروي مي‌نمايد. همچنين يافته‌ها گوياي قابليت كاربرد صنعتي فتوكاتاليست سنتزي Fe3O4/TiO2/GQDs در تصفيه پساب حاوي آلاينده‌هاي آلي پايدار تحت شرايط بهينه است.