بررسی رفتار فتوکاتالیستی نانوکامپوزیت های مکسین بر پایه تیتانیوم/چارچوب های فلز-آلی مبتنی برآهن برای تخریب آلاینده های آلی

نوع: Type: رساله

مقطع: Segment: دکتری

عنوان: Title: بررسی رفتار فتوکاتالیستی نانوکامپوزیت های مکسین بر پایه تیتانیوم/چارچوب های فلز-آلی مبتنی برآهن برای تخریب آلاینده های آلی

ارائه دهنده: Provider: زهرا سنگری مطلق

اساتید راهنما: Supervisors: آقای دکتر آرش فتاح الحسینی

اساتید مشاور: Advisory Professors: خانم دکتر مینو کرباسی

اساتید ممتحن یا داور: Examining professors or referees: آقای دکتر امید ایمان طلب، آقای دکتر احمد کیوانی، آقای دکتر بهزاد کوزه گر کالجی

زمان و تاریخ ارائه: Time and date of presentation: ساعت 8:30 - 1404/8/6

مکان ارائه: Place of presentation: سالن کنفرانس دانشکده مهندسی

چکیده: Abstract: با توجه به مشکلات زیست‌محیطی، فرایند فتوکاتالیستی به‌عنوان یک راه‌حل مناسب و پایدار برای حذف آلاینده‌ها از آب به‌کار گرفته شده است. هدف از این پژوهش، سنتز و ارزیابی فعالیت فتوکاتالیستی کامپوزیت مبتنی بر نقاط کوانتومی مکسین (Ti3C2Tx) و چارچوب فلز-آلی (NH₂-MIL-88B(Fe)) است. در فاز اول، مکسین از پیش‌ساز فاز مکس، سنتز و با استفاده از پراش پرتو ایکس و میکروسکوپ الکترونی روبشی مشخصه‌یابی شدند و شرایط سنتز بهینه‌سازی گردید. آنالیزها حذف کامل آلومینیوم را تأیید کرد. در فاز دوم، رفتار فتوکاتالیستی نمونه بهینه مکسین تحت تابش نور مرئی مورد بررسی قرار گرفت و عملکرد فتوکاتالیستی آن را می‌توان به تشکیل یک ساختار ناهمگن ذاتی و طبیعی بین صفحات رسانای Ti3C2Txو نانوذرات نیمه‌رسانای TiO2 بر روی سطح آن نسبت داد. این نمونه با بازده تخریب 60/49 درصد در ۴ ساعت برای رنگ متیلن آبی، عملکردی برتر نسبت به فتوکاتالیست مرجع P25 نشان داد. بررسی سازوکار تخریب فتوکاتالیستی نشان داد که پیوند بین Ti3C2Tx و TiO2 ، تولید جفت‌های الکترون-حفره را تسهیل و از بازترکیب آن‌ها جلوگیری می‌کند. در فاز سوم، با لایه‌برداری و تبدیل مکسین به نقاط کوانتومی (MQD) و سپس کامپوزیت کردن آن با NH₂-MIL-88B(Fe)، یک فتوکاتالیست نانوکامپوزیتی (MQD/MOF) به‌صورت پودر سنتز شد. نانوکامپوزیت‌های مختلفی با مقادیر متفاوت نقاط کوانتومی مکسین (25، 50، 75 میلی‌گرم) سنتز شدند. در ادامه، رفتار فتوکاتالیستی نمونه‌های سنتز شده مورد بررسی قرار گرفت و نمونه بهینه بر اساس بهترین عملکرد فتوکاتالیستی انتخاب شد. این نمونه سپس به‌طور گسترده با استفاده از پراش پرتو ایکس، میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی، میکروسکوپ الکترونی عبوری، طیف‌سنجی فوتوالکترون پرتو ایکس، طیف‌سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه، آنالیز BET، طیف‌سنجی بازتاب نفوذی، طیف‌سنجی فتولومینسانس و آزمون موت-شاتکی مشخصه‌یابی شد. نمونه بهینه نانوکامپوزیت (50MQD/MOF) با بازده تخریب 97/62 درصد برای متیلن آبی، فعالیتی بسیار بالاتر از چارچوب فلز-آلی خالص (که فعالیت ناچیزی داشت) از خود نشان داد. با استفاده از آنالیز موت-شاتکی شکاف انرژی نمونه بهینه را 63/1 الکترون‌ولت محاسبه شد و موقعیت نوار رسانش و ظرفیت آن به ترتیب 0493/0- و 58/1+ الکترون‌ولت به دست آمد. با آزمایش‌های به‌دام‌اندازی گونه‌های فعال اصلی در فرایند تخریب، الکترون‌ها و رادیکال‌های سوپراکسید به گونه‌های فعال شناسایی شدند. سازوکار پیشنهادی حاکی از آن است که این نانوکامپوزیت با ایجاد یک ساختار ناهمگن کارآمد، منجر به طیف گسترده‌ای از جذب نور مرئی، افزایش جداسازی حامل‌های بار و انتقال الکترون برتر می‌شود. این پژوهش پتانسیل بالای نانوکامپوزیت‌های MQD/MOF را به¬عنوان موادی کارآمد برای تصفیه فتوکاتالیستی آلاینده‌های آلی از فاضلاب نشان می‌دهد.