اكسيداسيون سونوكاتاليستي رنگ راكتيو بلو 29 توسط نانو ذرات N-doped TiO2 از محيط آبي

Sonocatalytic Oxidation of Reactive Blue 29 by N-doped TiO2 from Aqueous Solution

سابقه و هدف: فرايند سونوكاتاليستي به عنوان يكي از روش‌هاي اكسيداسيون پيشرفته براي تجزيه آلاينده‌ها در محيط‌هاي آبي مورد توجه قرار گرفته است. بنابراين، هدف از اين مطالعه افزايش راندمان فرايند سونوكاتاليستي به روش دابد كردن دي اكسيد تيتانيوم با يك عنصر غير فلزي مانند نيتروژن است. مواد و روش‌ها: در اين مطالعه تجربي، TiO2 دابد شده با مقادير مختلف نيتروژن به روش سل- ژل در آزمايشگاه سنتز شد و آناليز هاي X-ray diffraction (XRD)، field emission scanning electron microscopy (FE-SEM)، Energy dispersive X-ray analysis (EDX) و UV–visible diffuse reflectance spectra (UV-visDRS) جهت تعيين خصوصيات نانوذرات سنتز شده استفاده گرديد. فعاليت سونوكاتاليستي نانوذرات سنتز شده با بررسي تجزيه رنگ راكتيو بلو 29 تحت شرايط تابش امواج اولتراسونيك در حضور TiO2 دابد شده با مقادير مختلف نيتروژن و هم‌چنين تغيييرات pH و غلظت هاي مختلف رنگ مورد بررسي قرار گرفت. يافته‌ها: نتايج نشان داد كه نانوذرات ساخته شده داراي اندازه‌اي در مقياس نانومتري است كه تمايل به آگلومره شدن دارد. بالاترين فعاليت سونوكاتاليستي براي نانوكاتاليست 0.6 N-doped TiO2 به مقدار 58 درصد بعد از 90 دقيقه حاصل شد. اثر pH اوليه محلول نشان داد كه فعاليت سونوكاتاليستي با افزايش pH كاهش پيدا مي‌كند. استنتاج: چنين فرايندي مي تواند به عنوان يك روش موثر جهت تجزيه رنگ‌هاي نساجي مورد استفاده قرار گيرد. فعاليت بالاي سونوكاتاليستي را مي‌توان به كاهش شكاف انرژي نسبت داد. اين مطالعه از مدل لانگموير-هينشلوود (98/0 = R2) با ثابت سرعت واكنش mg L−1 min−1 01/0 در تجزيه سونوكاتاليتيكي رنگ پيروي گرديد.

Background and purpose: Sonocatalytic process as an advanced oxidation process is considered for degradation of pollutants in aqueous solution. The aim of this study was to increase the removal of dye by doping of TiO2 with non-metal element such as nitrogen. Materials and methods: Un-doped and N-doped TiO2 nano-particles with different nitrogen contents were synthesized by a simple sol–gel method in laboratory. X-ray diffraction (XRD), Field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), Energy dispersive X-ray analysis (EDX), and UV–visible diffuse reflectance spectra (UV-vis DRS) were used for characterization of the synthesized nanoparticles. The sonocatalytic activity of synthesized nanoparticles was evaluated by investigating degradation of reactive blue 29 under ultrasonic radiation and the effects of nitrogen doping content, different initial pH of solution, and dye concentration. Results: The study showed that both un-doped and doped nano-particles were in nano-sized that tend to agglomerate. By using different nano-particles, the highest sonocatalytic activity was achieved by 0.6 N-doped TiO2 with 58 % after 90 min of ultrasonic irradiation. Effect of initial pH of aqueous solution showed that the sonocatalytic activity decreased by increase in initial pH. Conclusion: Sonocatalysis using N-doped TiO2 was found to be an effective method for degradation of textile dyes. The high sonocatalytic activity could be attributed to the band gap narrowing and anatase phase in TiO2 nanoparticles. Sonocatalytic degradation followed the Langmuir–Hinshelwood kinetic model (R2 = 0.98) with a rate constant of 0.01 mg L−1 min−1.