تخریب فوتوکاتالیستی و فوتوالکتروکاتالیستی رنگ کنگورد با استفاده از نانو ذرات TiO2/SiO2 آلاییده شده با Cu و S تحت نور LED بنفش و بهینه سازی شرایط عملیاتی

نوع مقاله: مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان

گروه شیمی، واحد علوم و تحقیقات تهران، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

10.22075/chem.2019.16720.1575

چکیده

نانو ذرات TiO2/SiO2 آلاییده شده با Cu و S به عنوان یک فوتوکاتالیست جدید و فعال در نور مرئی به روش سل- ژل سنتز شد. از تکنیک هایXRD، DRS-UV/Vis،FE-SEM ، TEM وEDX جهت شناسایی و بررسی ویژگی های ساختاری نانو ذرات مذکور استفاده شد. نتایج XRD نشان داد که نانو ذرات TiO2 خالص و اصلاح شده فقط شامل فاز آناتاز است. اثر فوتوکاتالیستی نانو ذرات سنتز شده در تخریب کنگورد (به عنوان یک نمونه از رنگهای آلوده کننده منابع آبی) مورد مطالعه قرار گرفت. روش سطح پاسخ با طراحی مرکب مرکزی (CCD) برای بهینه سازی پارامترهای عملیاتی که شامل زمان تابش،pH، مقدار فوتوکاتالیست و غلظت آلاینده است به کار گرفته شد. نتایج آنالیزها آشکار کرد که مقدار بهینه برای متغیرهای مورد مطالعه به ترتیب برای زمان، pH، مقدار فوتوکاتالیست و غلظت آلاینده برابر با۱۱۵/۹۸ دقیقه، ۴/۵۲، g ۰/۰۸ و ppm ۱۳/۵۱ است. تحت این شرایط بهینه، درصد تخریب فوتوکاتالیستی کنگورد %۹۹/۸بدست آمد. نتایج بدست آمده نشان داد که، فعالیت فوتوکاتالیستی TiO2/SiO2 با اضافه کردن تیواوره به عنوان منبع گوگرد و نیترات مس به عنوان منبع مس در ناحیه نور مرئی افزایش پیدا میکند. با توجه به نتایج طیف سنج نوریUV-Vis مشخص شد که نانو ذرات مذکور کارایی قابل توجهی برای تخریب کنگورد در نور LED بنفش را دارا هستند. هم چنین کوپل جریان الکتریکی با فرآیند فوتوکاتالیستی نشان داد که جریان الکتریکی در کاهش زمان تخریب کنگورد با غلظت های بالا، در محلول های آبی به طور قابل ملاحظه ای مؤثر است

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Photocatalytic and photoelectrocatalytic degradation of congo red dye using Cu and S co-doped TiO2/SiO2 nanoparticles under the purple LED light irradiation: optimization of operational conditions

نویسندگان [English]

  • Zahra Amini
  • Mohammad Hadi Givianrad
  • Parviz Aberoomand Azar
  • Syed Waqif Husain
  • Mohammad Saber Tehrani
Department of Chemistry, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
چکیده [English]

The aim of this study was to synthesize Cu and S co-doped TiO2/SiO2 nanoparticles as novel photo-catalysts under the visible light via sol-gel method. The structural properties of the nanoparticles characterized by XRD, DRS-UV/Vis, FE-SEM, TEM and EDX analyses. The results obtained from XRD showed that both the pure and the modified TiO2 nanoparticles comprised only the Anatase phase. The photocatalytic effect of synthesized nanoparticles in the degradation of congo red (as a model of dye polluted wastewaters), was studied. The operational parameters include the irradiation time, pH, the photocatalyst dosage and the pollutant concentration optimized by the response surface methodology (RSM) using the central composite design (CCD). The findings suggested that the optimized conditions for the irradiation time, pH, photocatalyst dosage and the pollutant concentration were 115.98 min, 4.52, 0.08 g and 13.51 ppm, respectively. The photocatalyst degradation under the optimized conditions reached to the 99.8%. Furthermore, the results confirmed that adding thiourea as the sulphur source and copper nitride as the copper source increased the photocatalytic activity in the visible light range. In addition, the UV-Vis spectrophotometry results showed that the synthesized nanoparticles were efficient under the purple irradiation. Finally, coupling the electricity with the photocatalytic process proved that the electrical current was considerably efficient in decreasing the degradation time of removing the congo red dye from aqueous solutions at the high concentrations.

کلیدواژه‌ها [English]

  • "Dye degradation"
  • " Photocatalyst"
  • "Congored"
  • "Codoped TiO2"
  • "Photoelectrocatalyst"
[1] A. Sari, D. Mendil, M. Tuzen and M. Soylak, Chem Eng J. 144 (2008) 1.
[2] O. D. Uluozlu, A. Sari, M. Tuzen and M. Soylak, Bioresour Technol 99 (2008) 2972.
[3] R. A. Anayurt, A. Sari and M. Tuzen, Chem Eng J. 151 (2009) 255.
[4] M. Ahadi, P. Aberoomand Azar; S. Tehrani, M. H. Seyyed Vaghef, J. Of Applied Chemistry, 47 (1397) 24, in Persian.
[5] A. Nozad Golikand, A. Nouri, M Firozi, J. Of Applied Chemistry, 42 (1396) 23, in Persian.
[6] J. Choina, C. Fischer, G.-U. Flechsig, H. Kosslick, V. Tuan, N. Tuyen, N. Tuyen and A. Schulz, J Photochem Photobiol A: Chem 274 (2014) 108.
[7] A. Asfaram, M. Ghaedi, S. Hajati and A. Goudarzi, RSC Adv. 5 (2015) 72300.
[8] M. Antonopoulou, E. Evgenidou, D. Lambropoulou and I. Konstantinou, Water Res 53 (2014) 215.
[9] C. O. Amor, C. Virlan, A. Pui and E. Elaloui, Physica B Condens Matter. 560: (2019) 67.
[10] K. Hashimoto, H. Irie and A. Fujishima, Jpn J Appl Phys 44 (2005) 8269.
[11] M. Pelaez, N. T. Nolan, S. C. Pillai, M. K. Seery, P. Falaras, A. G. Kontos, P. S. Dunlop, J. W. Hamilton, J. A. Byrne and K. O'shea, Appl Catal B. 125: (2012) 331.
[12] R. Liu, F. Yang, Y. Xie and Y. Yu, Appl Surf Sci. 466 (2019) 568.
[13] H. Zangeneh, A. A. Zinatizadeh, S. Zinadini, M. Feyzi, E. Rafiee and D. W. Bahnemann, J Hazard Mater 369 (2019) 384.
[14] M. Nadimi, A. Z. Saravani, M. Aroon and A. E. Pirbazari, Mater. Chem. Phys. 225 (2019) 464.
[15] C. Liu, X. Tang, C. Mo and Z. Qiang, J Solid State Chem 181 (2008) 913.
[16] W. Pingxiao, T. Jianwen and D. Zhi, Mater. Chem. Phys. 103 (2007) 264.
[17] D. B. Hamal and K. J. Klabunde, J. Colloid Interface Sci. 311 (2007) 514.
[18] I. Tbessi, M. Benito, E. Molins, J. LIorca, A. Touati, S. Sayadi and W. Najjar, Solid State Sci.  88 (2019) 20.
[19] L. Pirinejad, A. Maleki, B. Shahmoradi, H. Daraei, J.-K. Yang and S.-M. Lee, J Mol Liq. 279 (2019) 232.
[20] M. Hamadanian, A. Reisi-Vanani and A. Majedi, Appl Surf Sci 256 (2010) 1837.
[21] L. Zhang, Z. Xing, H. Zhang, Z. Li, X. Wu, X. Zhang, Y. Zhang and W. Zhou, Appl Catal, B 180 (2016) 521.
[22] J.-J. Zhang, Z. Wei, T. Huang, Z.-L. Liu and A.-S. Yu, J. Mater. Chem. A 1 (2013) 7360.
[23] C. Zhou, J. Ouyang and B. Yang, Mater Res Bull 48 (2013) 4351.
[24] C. Anderson and A. J. Bard, J. Phys. Chem 99 (1995) 9882.
[25] M. Pelaez, N. T. Nolan, S. C. Pillai, M. K. Seery, P. Falaras, A. G. Kontos, P. S. M. Dunlop, J. W. J. Hamilton, J. A. Byrne, K. O'Shea, M. H. Entezari and D. D. Dionysiou, Appl Catal B. 125 (2012) 331.
[26] S. Mosleh, M. R. Rahimi, M. Ghaedi and K. Dashtian, Ultrason Sonochem 32 (2016) 387.
[27] A. Ajmal, I. Majeed, R. N. Malik, H. Idriss and M. A. Nadeem, RSC Adv. 4 (2014) 37003.
[28] S. Mosleh, M. R. Rahimi, M. Ghaedi, K. Dashtian and S. Hajati, RSC Adv. 6 (2016) 17204.