تخریب فتوکاتالیستی رنگ متیلن بلو توسط نانوکامپوزیت زیستی نانوفیبرسلولز/نانواکسید روی/اکسید گرافن

بیان مساله و اهداف: صنایع مختلف به طور گسترده و برای اهداف متنوع از مواد رنگ‌زا استفاده می‌کنند که پس آب آن‌ها حاوی آلاینده‌های سمی می‌باشد و به دلیل ثبات و سمیت بالای رنگ، حذف آن از محیط زیست‌ امری ضروری است. در این راستا، استفاده از نانوکامپوزیت‌ها به‌عنوان مواد کارآمد در فرایندهای تصفیه آب مورد توجه قرار گرفته است. نانو سلولز به‌عنوان فراوان‌ترین پلیمر طبیعی در جهان، کاربردهای بسیاری در سنتز نانوکامپوزیت‌های زیست تخریب پذیر داشته و نتایج بسیار خوبی در این زمینه از خود نشان داده است. ترکیب نانوسلولز با نانواکسیدروی که خاصیت فتوکاتالیستی دارد و اکسید گرافن که به‌عنوان حامل و تقویت‌کننده عملکرد فتوکاتالیستی عمل می‌کند، می‌تواند کارایی تخریب متیلن بلو را به طور چشمگیری افزایش دهد. در این مطالعه نانوکامپوزیت نانوسلولز/نانواکسید روی/اکسید گرافن به‌عنوان فتوکاتالیست برای تخریب رنگ متیلن بلو تحت تابش نور مرئی مورد استفاده قرار گرفت.مواد و روشها: در این مطالعه نانوسلولز از ساقه گیاه توتون تهیه گردید، نانواکسید روی به روش سبز و با استفاده از عصاره گیاه شش شاخ ((eryngium planum سنتز شد و هم‌چنین اکسید گرافن به روش هامرز سنتز گردید. جهت بررسی ساختار نانوکامپوزیت نانوسلولز/نانواکسید روی/اکسید گرافن از پراش پرتو ایکس (xrd) استفاده گردید. برای تعیین مورفولوژی نانوکامپوزیت سنتز شده از تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (fesem) استفاده شد. آنالیز طیف‌سنجی فروسرخ تبدیل فوریه (ftir) جهت شناسایی ساختار شیمیایی و نوع گروه‌های عاملی موجود در ساختار نانوذرات سنتز شده مورد استفاده قرار گرفت. تاثیر پارامترهای مختلفی نظیر زمان تجزیه، غلظت اولیه متیلن بلو، مقدار کاتالیست و ph محلول بر روی تخریب فتوکاتالیستی رنگ متیل بلو مورد بررسی قرار گرفت. مطالعات مربوط به قابلیت استفاده مجدد کاتالیست نیز انجام گرفته است.نتایج: تصاویر fesem حاصل از نانوکامپوزیت نانوسلولز/نانواکسید روی/اکسید گرافن نشان داد که نانوذرات اکسید روی/اکسید گرافن به خوبی در بین ذرات نانوسلولز پراکنده شدند. الگوی xrd به دست آمده نشان داد، نانوکامپوزیت سنتزی، با تابعیت از الگوی استاندارد با موفقیت سنتز گردید. نتایج حاصل از آنالیز ftir، حضور گروه‌های عاملی شاخص و اصلی را در ساختار نانوکامپوزیت، تائید نمود. میزان بهینه پارامترها تحت تابش نور مرئی با استفاده از لامپ بخار جیوه 250 وات به صورت مقدار کاتالیست برابر 0.015 گرم، غلظت اولیه برابرppm 5 و ph برابر 9 در100 میلی‌لیتر محلول رنگ به دست آمد که تحت این شرایط نانوکامپوزیت طی مدت زمان 60 دقیقه، مقدار %98.33 تخریب رنگ را از خود به نمایش گذاشت. با انجام سه مرتبه آزمایش‌های بازیابی، عملکرد فتوکاتالیستی این ترکیب با کاهش اندکی از %98.33 به %94.44 رسید.نتیجه گیری: با توجه به نتایج به دست آمده نتیجه‌گیری می‌شود که نانوذرات سنتز شده کارایی بالایی در تخریب رنگدانه دارند و می‌توانند به‌عنوان یک فتوکاتالیست موثر جهت تخریب رنگ‌دانه‌ها از پساب‌های رنگی مورد استفاده قرار گیرند.

photocatalytic degradation of methylene blue dye by cellulose nanofibers/nano zno/go nanobiocomposite

problem definition and objectives: various industries widely use dyes for various purposes, and their wastewater contains toxic pollutants. due to the high stability and toxicity of the dye, its removal from the environment is essential. in this regard, the use of nanocomposites as efficient materials in water treatment processes has received attention. nanocellulose, as the most abundant natural polymer in the world, has numerous applications in the synthesis of biodegradable nanocomposites and has shown very good results in this field. the combination of nanocellulose with zinc oxide nanoparticles (zno), which has photocatalytic properties, and graphene oxide (go), which acts as a carrier and enhances photocatalytic performance, can significantly increase the efficiency of methylene blue degradation. in this study, nanocomposite of nano cellulose/nano zinc oxide/graphene oxide was used as a photocatalyst for the degradation of methylene blue dye under visible light.methodology: in this study, nanocellulose was prepared from the stem of the tobacco plant, nano zinc oxide was synthesized by the green method and from the extract of the eryngium planum and also graphene oxide was synthesized by the homers method. x-ray diffraction (xrd) was used to investigate the nanocomposite structure of nano cellulose/nano zinc oxide/graphene oxide. field emission scanning electron microscope (fesem) images were used to determine the morphology of the synthesized nanocomposite. fourier transform infrared (ftir) spectroscopic analysis was used to identify the chemical structure and the type of functional groups present in the structure of the synthesized nanoparticles. the effect of different parameters such as decomposition time, initial concentration of methylene blue, catalyst dosage and solution ph on the photocatalytic degradation of methylene blue was studied. studies on the reusability of the catalyst were also carried out.results: the fesem images obtained from nanocomposite nano cellulose/nano zinc oxide/graphene oxide showed that zinc oxide /graphene oxide nanoparticles were well dispersed among nanocellulose particles. the obtained xrd pattern showed that the synthetic nanocomposite was successfully synthesized according to the standard pattern. the results of the ftir analysis confirmed the presence of index and main factor groups in the structure of the nanocomposite. the optimal number of parameters under visible light irradiation using a 250 watt mercury vapor lamp was obtained in the form of catalyst dosage of 0.015 g, initial dye concentration of 5 ppm and ph of 9 a 100 ml solution of the dye. under these conditions, the nanocomposite showed 98.33% of dye degradation during 60 minutes. after performing three regeneration cycles, the photocatalytic performance of this compound decreases from 98.33% to 94.44%.conclusion: it is concluded that the synthesized nanoparticles have a high potential for dye degradation and can be used as an effective photocatalyst for degradation of dyes form colored effluents.