سنتز و بررسی نانوکامپوزیت Co3O4-ZnO-Ag به‌عنوان فوتوکاتالیست برای تجزیه رنگزای دایرکت یلو

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد، مرکز تحقیقات مواد پیشرفته، دانشکده مهندسی مواد، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران

2 دانشیار، مرکز تحقیقات مواد پیشرفته، دانشکده مهندسی مواد، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران

3 استادیار، مرکز تحقیقات مواد پیشرفته، دانشکده مهندسی مواد، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران

چکیده

رنگزای دایرکت یلو یکی از رنگزا ‌های موجود در پساب صنایع رنگرزی است که برای محیط زیست خطرات زیادی دارد. هدف از تحقیق حاضر، جذب و تخریب رنگزای دایرکت یلو با استفاده از نانوکامپوزیت سه‌جزئی Co3O4-ZnO-Ag با استفاده از روش فوتوکاتالیستی است. نمونه‌ها با استفاده از روش رسوبی دو مرحله‌ای سنتز شدند و مشخصه یابی پودرهای سنتز شده با استفاده از تکنیک‌های مختلفی مانند پراش پرتو ایکس، میکروسکوپ الکترونی روبشی، طیف‌سنجی مادون قرمز، آنالیز حرارتی افتراقی و وزن سنجی و طیف‌سنجی فرابنفش-مرئی انجام شد. پراش پرتو ایکس نشان داد با افزایش درصد نقره اندازه کریستالهای اکسید روی افزایش پیدا میکنند. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان داده نانوذرات کامپوزیتی سنتز شده با ۳ درصد نقره دارای محدوده‌ی اندازه ذرات ۲۰ تا ۳۰۰ نانومتر بود. بررسی طیف جذبی فرابنفش- مرئی پودرهای سنتز شده نشان داد با افزودن اکسید کبالت و نقره فلزی به اکسید روی جذب آن در طیف مرئی افزایش می‌یابد. محاسبهی شکاف انرژی بیانگر آن است که افزایش مقدار نقره باعث کاهش شکاف انرژی نانوکامپوزیت می‌شود. بررسی نوع پودر در فرایند تخریب رنگزای دایرکت یلو نشان داد با افزایش نقره به کامپوزیت اکسید کبالت –اکسید روی باعث افزایش تخریب رنگ از ۷۱ درصد به ۸۹ درصد می‌شود؛ اما با افزایش بیش از حد نقره، نانوذرات نقره به‌عنوان محل تجمع بارهای الکترونها عمل کرده و با جذب حفرات به خود باعث بازترکیب آنها خواهد شد و سینتیک تخریب را کاهش میدهد.

کلیدواژه‌ها


[1] Daneshvar, N., D. Salari, and A.R. Khataee, Photocatalytic degradation of azo dye acid red 14 in water on ZnO as an alternative catalyst to TiO2. Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 2004. 162(2–3): p. 317-322.
[2] Barka, N., M. Abdennouri, and M.E. Makhfouk, Removal of Methylene Blue and Eriochrome Black T from aqueous solutions by biosorption on Scolymus hispanicus L.: Kinetics, equilibrium and thermodynamics. Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers, 2011. 42(2): p. 320-326.
[3] Paprocki, A., et al., Ozonation of azo dye acid black 1 under the suppression effect by chloride ion. Journal of the Brazilian Chemical Society, 2010. 21(3): p. 452-460.
[4] Nakata, K. and A. Fujishima, TiO2 photocatalysis: Design and applications. Journal of photochemistry and photobiology C: Photochemistry Reviews, 2012. 13(3): p. 169-189.
[5] Jang, J.S., et al., A composite photocatalyst of CdS nanoparticles deposited on TiO2 nanosheets. Journal of nanoscience and nanotechnology, 2006. 6(11): p. 3642-3646.
[6] Podporska-Carroll, J., et al., Antibacterial properties of F-doped ZnO visible light photocatalyst. Journal of hazardous materials, 2017. 324: p. 39-47.
[7] Chaudhary, A., A. Mohammad, and S.M. Mobin, Facile synthesis of phase pure ZnAl2O4 nanoparticles for effective photocatalytic degradation of organic dyes. Materials Science and Engineering: B, 2018. 227: p. 136-144.
[8] Yanyan, J., et al., CuAl 2 O 4 powder synthesis by sol-gel method and its photodegradation property under visible light irradiation. Journal of sol-gel science and technology, 2007. 42(1): p. 41-45.
[9] Faisal, M., et al., SnO2 doped ZnO nanostructures for highly efficient photocatalyst. Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 2015. 397: p. 19-25.
[10] Jana, T., A. Pal, and K. Chatterjee, Magnetic and photocatalytic study of Co3O4–ZnO nanocomposite. Journal of Alloys and Compounds, 2015. 653: p. 338-344.
[11] Chen, Q.-Y., et al., Catalytic oxidation of dichloromethane over Pt/CeO2–Al2O3 catalysts. Applied Catalysis B: Environmental, 2012. 127: p. 159-166.
[12] Pascariu, P., et al., Photocatalytic degradation of Rhodamine B dye using ZnO–SnO2 electrospun ceramic nanofibers. Ceramics International, 2016. 42(6): p. 6775-6781.
[13] Goodarzi, M., et al., CaFe 2 O 4–ZnO magnetic nanostructures: photo-degradation of toxic azo-dyes under UV irradiation. Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 2017. 28(17): p. 12823-12838.
[14] Feng, J., et al., Synthesis of magnetic ZnO/ZnFe2O4 by a microwave combustion method, and its high rate of adsorption of methylene blue. Journal of colloid and interface science, 2015. 438: p. 318-322.
[15] Lin, C.-C. and Y.-J. Chiang, Feasibility of using a rotating packed bed in preparing coupled ZnO/SnO2 photocatalysts. Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 2012. 18(4): p. 1233-1236.
[16] Heidary, A., et al., Synthesis and Microstructural Characterization of Al2O3-SiO2-ZnO Composite. Synthesis and Reactivity in Inorganic, Metal-Organic, and Nano-Metal Chemistry, 2015. 45(12): p. 1764-1768.
[17] Falak, P., S.A. Hassanzadeh-Tabrizi, and A. Saffar-Teluri, Synthesis, characterization, and magnetic properties of ZnO-ZnFe2O4 nanoparticles with high photocatalytic activity. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2017. 441: p. 98-104.
[18] Chou, C.-M., et al., Growth of Cu-doped ZnO nanowires or ZnO-CuO nanowires on the same brass foil with high performance photocatalytic activity and stability. Materials Chemistry and Physics, 2017. 201: p. 18-25.
[19] Ren, Q., et al., 1D-Co3O4, 2D-Co3O4, 3D-Co3O4 for catalytic oxidation of toluene. Catalysis Today, 2019. 332: p. 160-167.
[20] LI, H.-j., et al., Effect of preparation parameters on the catalytic performance of hydrothermally synthesized Co3O4 in the decomposition of N2O. Journal of Fuel Chemistry and Technology, 2018. 46(6): p. 717-724.
[21] Suhong, L., et al., Catalytic oxidation of formaldehyde over CeO2-Co3O4 catalysts. Journal of Rare Earths, 2017. 35(9): p. 867-874.
[22] Fageria, P., S. Gangopadhyay, and S. Pande, Synthesis of ZnO/Au and ZnO/Ag nanoparticles and their photocatalytic application using UV and visible light. Rsc Advances, 2014. 4(48): p. 24962-24972.
[23] Rahmani, F., M. Haghighi, and P. Estifaee, Synthesis and characterization of Pt/Al2O3–CeO2 nanocatalyst used for toluene abatement from waste gas streams at low temperature: Conventional vs. plasma–ultrasound hybrid synthesis methods. Microporous and Mesoporous Materials, 2014. 185: p. 213-223.
[24] Liu, N. and Z. Li, Bimetal-organic frameworks derived carbon doped ZnO/Co3O4 heterojunction as visible-light stabilized photocatalysts. Materials Science in Semiconductor Processing, 2018. 79: p. 24-31.
[25] Bharathi, R.N. and S. Sankar, Structural, Optical, and Magnetic Properties of Nd-Doped CeO 2 Nanoparticles Codoped with Transition Metal Elements (Cu, Zn, Cr). Journal of Superconductivity and Novel Magnetism, 2018: p. 1-13.
[26] Karunakaran, C., V. Rajeswari, and P. Gomathisankar, Enhanced photocatalytic and antibacterial activities of sol–gel synthesized ZnO and Ag-ZnO. Materials Science in Semiconductor Processing, 2011. 14(2): p. 133-138.
[27] Top, A. and H. Çetinkaya, Zinc oxide and zinc hydroxide formation via aqueous precipitation: Effect of the preparation route and lysozyme addition. Materials Chemistry and Physics, 2015. 167: p. 77-87.
[28] Saeed, M., et al., Ag-Co3O4: Synthesis, characterization and evaluation of its photo-catalytic activity towards degradation of rhodamine B dye in aqueous medium. Chinese journal of chemical engineering, 2018. 26(6): p. 1264-1269.
[29] Akhtar, K., et al., Synthesis and characterization of ZnO nanostructures with varying morphology. Bulletin of Materials Science, 2017. 40(3): p. 459-466.
[30] Mihaiu, S., et al., Thermal study on the synthesis of the doped ZnO to be used in TCO films. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 2016. 124(1): p. 71-80.
[31] Mesaros, A., et al., Synthesis, structural and morphological characteristics, magnetic and optical properties of Co doped ZnO nanoparticles. Ceramics International, 2014. 40(2): p. 2835-2846.
[32] Tangboriboon, N., R. Kunanuruksapong, and A. Sirivat, Preparation and properties of calcium oxide from eggshells via calcination. Materials Science-Poland, 2012. 30(4): p. 313-322.
[33] Chen, Y., et al., Self-assembled Co3O4 porous nanostructures and their photocatalytic activity. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 2009. 336(1-3): p. 64-68.
[34] Gao, X., B. Zhou, and R. Yuan, Doping a metal (Ag, Al, Mn, Ni and Zn) on TiO 2 nanotubes and its effect on Rhodamine B photocatalytic oxidation. Environmental Engineering Research, 2015. 20(4): p. 329-335.
[35] Pournajaf, R., S. Hassanzadeh-Tabrizi, and M. Ghashang, Effect of surfactants on the synthesis of Al2O3–CeO2 nanocomposite using a reverse microemulsion method. Ceramics International, 2014. 40(3): p. 4933-4937.