سنتز نانوفتوكاتاليست N-Tio2 به روش هيدروترمال - مايكروويو جهت استفاده در حذف اسيد اونژ 7 از پساب

Microwave-Assisted Hydrothermal Synthesis of N-TiO2 Nanophotocatalyst Used in Removal of Acid Orange 7 from Wastewater

روش تصفيه فتوكاتاليستي پساب بعنوان يكي از اعضاي مهم روش هاي اكسيداسيون پيشرفته با بازدهي انرژي بالا نقش بسيار مهمي در بين فرآيندهاي تصفيه پساب بازي مي كند. در اين تحقيق سنتز نانوفتوكاتاليست تيتانيا توسط ماده اوليه تيتانيوم IV بوتوكسيد انجام شده و سپس تخدير آن با نيتروژن به منظور بهبود خاصيت فتوكاتاليستي در ناحيه نور مرئي مورد بررسي قرار گرفت. به همين منظور نانوفتوكاتاليست N-TiO2 با تركيب روش هاي هيدروترمال و مايكروويو سنتز شد. از آناليزهاي XRD، FESEM، BET، FTIR ،EDX-dot mapping و UV-vis spectroscopy براي تعيين خصوصيات فيزيكي، شيميايي و اپتيكي كاتاليست ها استفاده شد. آناليز XRD سنتز موفقيت آميز كريستال هاي TiO2 در فاز آناتاز را تاييد كرد. تصاوير FESEM در وهله اول نانو ساختار بودن كاتاليست هاي سنتز شده را اثبات كرده و همچنين نشان داد كه با افزودن نيتروژن، مورفولوژي سطح يكنواخت تر و ريزتر شد. آناليز تعيين سطح ويژه BET ضمن تاييد نتايج حاصل از FESEM، نشان داد كه افزودن نيتروژن، بهبود سطح كاتاليست را در پي داشته است. با استفاده از نتايج آناليز EDX حضور نيتروژن در ساختار تاييد شده و اين نمونه از يكنواختي بسيار خوبي برخوردار بوده است. همچنين هيچ گونه تجمعي از نيتروژن روي سطح نانوفتوكاتاليست مشاهده نشد. آزمايش هاي فرايندي نمايشگر عملكرد بهتر براي فتوكاتاليست N-TiO2 در مقايسه با ساير نمونه ها بوده است. نتايج نشان داد كه پس از گذشت 140 دقيقه از آزمايش، 90 درصد آلاينده رنگي توسط فتوكاتاليست N-TiO2 حذف شده، درحالي كه در همين مدت زمان، فتوكاتاليست TiO2 سنتزشده به همين روش، فقط 52 درصد حذف آلاينده از پساب را نتيجه داد. همچنين به منظور مقايسه بهتر، كاتاليست صنعتي P25 نيز با همان شرايط فرآيندي و مدت زمان برابر مورد آزمايش قرار گرفت. نتايج اين آزمايش نشان داد كه تيتانياي سنتز شده به روش هيبريدي هيدروترمال-مايكروويو فعاليت بيشتري نسبت به نمونه صنعتي داشته است، بصورتي كه اين فتوكاتاليست درصد حذفي درحدود 15 درصد بيشتر از تيتانياي سنتز شده نشان داده است.

Photocatalytic wastewater treatment as an important member of advanced oxidation processes with a high energy efficiency plays important role in wastewater treatment. This method is known as an energy efficient method because of solar light utilization availability. In this work, TiO2 nano-photocatalyst has been synthesized using titanium IV butoxide as a Ti precursor. Then, the nitrogen doping has been carried out to activate its photocatalytic activity in the visible part of the light spectrum. N-TiO2 nano-photocatalysts has been synthesized using a hybrid method of hydrothermal-microwave. The analyses of XRD, FESEM, BET, EDX and UV-vis spectroscopy have been carried out to evaluate the physicochemical and optical properties of the catalysts. The XRD analysis has confirmed the successful synthesis of the TiO2 with anatase crystaline phase. FESEM images have confirmed the nano-sized structure of the catalysts. The BET suface area coincided the FESEM results by representation of surface area enhancement after doping with nitrogen. EDX resulted the presense of nitrogen in the sample and demonstrated fine uniformity and no aggregation presented on the catalyst surface. The photocatalytic degradation of dye from the synthetic wastewater has been carried out resulting the highest photocatalytic activity for N-TiO2 in comparison to undoped samples. The experiment resulted 90 percent of degradation after 140 min while undoped TiO2 represented just 52 percent of degradation. Also, to have a better comparison, the industrial photocatalyst P25 has been used in the same experiment time and operational conditions. The results depicted higher photocatalytic activity for hydrothermal-microwave synthesis of TiO2 compared to industrial TiO2 with 15 percent higher degradation.