بهینه‌سازی تثبیت نانوذرات تیتانیا بر سطح زئولیت طبیعی سمنان به روش سونوشیمی: تخریب کاتالیزوری نوری رنگ

در این پژوهش، نانوکاتالیزگر های نوری تیتانیا بر پایه زئولیت طبیعی کلینوپتیلولیت سمنان (tio2/cp) با تثبیت نانوذرات tio2 بر سطح زئولیت با روش سونوشیمی سنتز و عملکرد کاتالیزوری این نمونه برای تخریب رنگ متیلن آبی بررسی شد. مهم‌ترین عوامل موثر در طراحی نانوکاتالیزگر های نوری، مقدار زئولیت، مقدار تیتانیوم بوتوکسید به عنوان پیش ماده تیتانیا و زمان تابش امواج فراصوت با استفاده از یک روش سطح پاسخ بهینه شدند. بیشترین بازده تخریب متیلن آبی با استفاده از نمونه سنتزی در شرایط 0.33 گرم کلینوپتیلولیت، 0.5 میلی گرم تیتانیوم بوتوکسید و 22 دقیقه زمان تابش فراصوت بدست آمد. نمونه های سنتز شده توسط فنون پراش پرتو ایکس(xrd) ، میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem)، طیف سنجی پاشنده انرژی پرتو ایکس (edx)، طیف سنجی فروسرخ تبدیل فوریه (ft-ir) و طیف سنجی فرابنفش - مرئی بازتاب انتشاری (uv-vis drs) مشخصه یابی شدند. متوسط اندازه بلورک نمونه بهینه سنتزی tio2/cpopt حدود 64 نانومتر محاسبه شد.  نتایج edx و ftir سنتز موفقیت‌آمیز نانوکاتالیزگر نوری tio2/cp را تایید کرد. نتایج مشخصه یابی sem و xrd نشان داد که نانوذرات tio2 با اندازه در حدود 80-65 نانومتر و در دو فاز بلوری روتیل و آناتاز به طور یکنواخت بر روی کلینوپتیلولیت توزیع شده است. باند گپ کاتالیزگر نوری tio2/cpopt، ev3.9 تعیین شد. با استفاده از نمونه بهینه سنتزی tio2/cpopt (g/l 0.3)، راندمان تخریب متیلن آبی (ppm 30) توسط کاتالیزگر نوری با تابش دو لامپ مولد نور فرابنفش (6 وات) در مدت زمان 60 دقیقه برابر با 50 درصد حاصل شد. سینتیک تخریب متیلن آبی با tio2/cpopt از نظریه شبه درجه اول (ثابت ظاهری min-1 0.0069 ) پیروی می کند. نتایج آزمون پایداری با استفاده از بهترین نمونه سنتزی حاکی از پایداری مناسب آن در سه چرخه متوالی بود.

optimization of stabilization of titania nanoparticles on the surface of natural zeolite of semnan by sonochemical method: photocatalytic degradation of dye

in this study, titania nanophotocatalysts based on natural zeolite of semnan (tio2/clinoptilolite) were stabilized by fixing tio2 nanoparticles on the zeolite surface by sonochemical method and the catalytic performance of this sample for degradation of methylene blue was investigated. the most important factors in the synthesis of nanophotocatalysts were the amount of zeolite, the amount of titanium butoxide as the titanium precursor and the irradiation time of ultrasonic waves were optimized using a response surface method. the highest degradation efficiency of aqueous methylene blue was obtained using a synthetic sample under the conditions of 0.33 g of clinoptilolite, 0.5 mg of titanium butoxide and 22 minutes of ultrasonic irradiation time. samples synthesized by x-ray diffraction (xrd), scanning electron microscopy (sem), x-ray scattering spectroscopy (edx), fourier transform infrared (ft-ir) and ultraviolet spectroscopy visible diffuse reflectance (uv-vis drs) were identified. the average crystal size of the optimal synthetic sample of tio2/cpopt was calculated to be about 64 nm. edx and ftir results confirmed the successful synthesis of tio2/cp nanophotocatalyst. the results of sem and xrd characterization showed that tio2 nanoparticles with a size of about 65-80 nm and in two crystalline phases of rutile and anatase were evenly distributed on clinoptilolite. the band gap of tio2/cpopt photocatalyst was determined to be 3.9 ev. using the optimal synthetic sample of tio2/cpopt (0.3 g/l), the photocatalytic degradation efficiency of methylene blue (30 ppm) was obtained by irradiating two uv lamps (6 watts) in 60 minutes equal to 50%. the degradation kinetics of methylene blue with tio2/cpopt follow quasi-first-order theory (apparent constant of 0.0069 min-1). the results of stability test using the best synthetic sample indicated its good stability in three consecutive cycles.