بررسی عملکرد فتوکاتالیستی کربن‌نیترید گرافیتی سنتزشده در اتمسفر گاز co2 (مطالعۀ موردی: حذف رنگزای رودامین ‌بی از محلول آبی)

در این تحقیق، یک روش ساده و ارزان برای ارتقای کیفیت کربن‌نیترید گرافیتی معرفی‌شده‌است. بدین‌ترتیب، کربن‌نیترید گرافیتی بااستفاده‌از پیش‌ساز ملامین تحت اتمسفر گاز co2 به‌عنوان یک اتمسفر گازی جدید سنتزشد. به‌منظور مقایسه، نمونه‌هایی تحت اتمسفرهای رایج، ازجمله n2 و air سنتزشدند. ویژگی‌های فتوکاتالیست‌های سنتزشده باکمک آنالیزهای xrd، sem،ftir ،drs vis-uv و  plارزیابی‌شد. رنگ کاتیونی رودامین بی به‌عنوان رنگ هدف، برای تجزیه‌وتحلیل عملکرد فتوکاتالیستی نمونه‌های سنتزشده انتخاب‌شد. الگوی xrd سنتز موفقیت‌آمیز نمونه‌ها را با دو پیک شاخص (100) و (002) به‌ترتیب در زوایای 13/1و 27/4 درجه نشان‌داد.آنالیزهای fesem و bet تخلخل بالاتری را برای نمونۀ g-co2 (56/87m2/g) درمقایسه‌با نمونه‌های g-n2 (20/54m2/g) و g-air (9/23m2/g) نشان‌داد. طی آنالیزdrs  لبۀ جذب و باند گپ برای نمونه‌های g-co2، g-n2 و g-air به‌ترتیب  503nm- 3/08ev، 510nm - 3/04ev و 525nm-ev 2/95ev حساب‌شد. آنالیز pl نشان‌داد که نمونۀ g-co2 از عملکرد بهتری در جداسازی حامل‌های بار و جلوگیری‌از بازترکیبی الکترون-حفره‌ها نسبت‌به سایر نمونه‌ها برخوردار است. نتایج آزمایش حذف رنگ، نشان‌داد که عملکرد فتوکاتالیستی نمونۀ g-co2 دو برابر بیشتر از نمونۀ g-n2 و 8 برابر بیشتر از نمونۀ g-air بود. آزمایش‌های مشخصه‌های تاثیرگذار بر حذف رنگ رودامین بی انجام‌شد. آزمایش پایداری و بازیافت‌شوندگی نشان‌داد که نمونۀ g-co2 بعداز 5 چرخۀ حذف رنگ و احیاء، توانایی حذف رنگ رودامین بی با غلظت 25ppm  را به‌میزان 98% دارا است. مطالعات سنتیک تخریب رنگ نشان‌داد که فرایند حذف فتوکاتالیستی رنگ rhb با فتوکاتالیست g-co2 از مدل سنتیکی شبه مرتبۀ اول پیروی‌می‌کند. یافته‌های این پژوهش نشان‌دهندۀ ظرفیت چشم‌گیر کربن‌نیترید گرافیتی سنتزشده‌با اتمسفر co2 درزمینۀ تجزیۀ آلاینده‌های آلی و تصفیۀ آب است.

investigating the photocatalytic performance of graphitic carbon nitride synthesized in a co2 gas atmosphere(case study: rhodamine b dye degradation from aqueous solution)

this study introduced an innovative and cost-effective method to improve the quality of graphitic carbon nitride. the synthesis of graphitic carbon nitride was achieved using melamine as a precursor in a controlled co2 gas atmosphere, which represents a novel gas environment. for comparison, other samples were synthesized under common atmospheres including n2 and air. the synthesized photocatalysts were characterized using xrd, sem, ftir, drs-vis-uv, and pl analyses. the photocatalysis performance of the synthesized samples was evaluated using the cationic dye rhodamine b. the xrd pattern confirmed the successful synthesis of the samples, which was indicated by the presence of two prominent peaks corresponding to the crystal planes (100) and (002) at angles of 13.1° and 27.4°, respectively. according to drs analysis, the samples had the following absorption edge and band gap values: g-co2 - absorption edge at 503 nm, band gap of 3.08 ev; g-n2 – absorption edge at 510 nm, band gap of 3.04 ev; g-air – absorption edge at 525 nm, band gap of 2.95 ev. the pl analysis showed that the g-co2 sample exhibited superior performance in charge carrier separation and inhibition of electron-hole recombination compared to the other samples. the experimental results showed that the g-co2 sample had significantly higher photocatalytic performance compared to the g-n2 and g-air samples. in particular, the g-co2 sample showed a two-fold increase in dye degradation efficiency compared to g-n2 and an eight-fold increase compared to g-air. experiments were carried out to investigate the influencing parameters for the degradation of the rhodamine b dye. the g-co2 sample showed a removal efficiency of 98% for rhodamine b dye at a concentration of 25 ppm after 5 cycles of dye degradation and recovery. also, the results also showed that the photocatalytic removal of rhb by the g-co2 photocatalyst follows the pseudo-first-order synthesis model. the results of this research demonstrate the remarkable potential of graphitic carbon nitride synthesized with co2 atmosphere in the field of organic pollutant decomposition and water purification.