بررسی فعالیت فتوکاتالیستی ZnO - TiO2 تثبیت شده بر روی زئولیت ZSM-5 در حذف رنگ متیل اورانژ

نوع مقاله : مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار گروه شیمی، دانشگاه پیام نور

2 استادیار، گروه مهندسی شیمی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه ایلام، ایلام، ایران

چکیده

نانو فتو کاتالیست ZTOZ از تثبیت ZnO و TiO2 بر روی زئولیت ZSM-5 تهیه شد و فعالیت کاتالیستی آن جهت حذف رنگ آلی متیل اورنژ مورد بررسی قرار گرفت و با نانوکاتالیست‌های، زئولیت-اکسید روی و زئولیت-تیتانیا مقایسه شد. ویژگی‌های کاتالیست‌ تولید شده با استفاده از آنالیزهای BET، پراش اشعه ایکس (XRD) پراش انرژی پرتو ایکس(EDAX)و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) تعیین شد. تصاویر و الگو‌های بدست آمده نشان داد که نانوذرات تیتانیا و اکسید روی به خوبی روی سطح زئولیت ZSM-5 قرار گرفته‌اند و میانگین اندازه نانو کریستال‌های اکسید روی و تیتانیا با استفاده از فرمول شرر محاسبه شد که برابر 13/19 نانومتر بود. میانگین قطر حفرات فتوکاتالیست ZTOZ برابر ۱/۲۲ نانومتر بود که نانو متخلخل بودن فتوکاتالیست سنتز شده را نشان می‌دهد. حذف فتوکاتالیستی رنگ به صورت تابعی از pH در محدوده ی 3 تا ۹ و غلظت اولیه رنگ برابر mg/L 25 - 5 و مقدار کاتالیست ۱/0 تا g/L ۴/0 در دمای محیط بررسی و به کمک یک معادله چند جمله ای درجه دوم مدلسازی شد. نتایج حاصل نشان داد که میزان حذف به pH و غلظت اولیه رنگ بستگی دارد. از روش پاسخ سطح به منظور بهینه سازی و یافتن مقادیر بهینه برای تخریب رنگ آلی متیل اورنژ در راکتور استوانه ای شیشه‌ای از جنس پیریکس به ارتفاع 460 میلی متر و حجم 1 لیتر استفاده گردید. سینتیک واکنش‌های فتوکاتالیستی با این فرض که از معادله لانگمیر -هینشلوود تبعیت می‌نماید و درجه واکنش شبه اول است، بررسی گردید.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Photocatalytic activity investigation of ZnO-TiO2 stabilized on ZSM-5 zeolite for Methyl Orange degradation

نویسندگان [English]

  • Ghobad Mansouri 1
  • Mohsen Mansouri 2
1 Assistant Professor in Inorganic Chemistry/ payame noor university
2 Assistant professor of Chemical Engineering, Department of Chemical Engineering, Faculty of Engineering, Ilam University, Ilam, Iran
چکیده [English]

The nano photocatalytic ZTOZ was prepared from ZnO and TiO2 stabilization on ZSM-5 zeolite surface and its catalytic activity was investigated to remove Methyl Orange organic dye and was compared with zeolite-ZnO and zeolite- TiO2 nanocatalysts. The properties of the catalysts were determined using BET, X-ray diffraction (XRD), energy dispersive (EDAX) analysis, and scanning electron microscopy (SEM). The images and spectra obtained showed that Titania and ZnO nanoparticles were well placed on the ZSM5 zeolite surface, and the average size of zinc oxide and titania nanocrystals was calculated using the Debye–Scherrer formula, which was 19.13 nanometers. The mean diameter of the ZTOZ photocatalyst cavity was 1.22 nm, which shows the nanoporous photocatalyst synthesized. The Photocatalytic removal of the dye was performed as a function of pH in the range of 3 to 9 and the initial concentration of dye in concentrations of 5-25 mg / L and the catalyst content in values of 0.1 to 0.4 g / L and at ambient temperature. Then it was modeled by a quadratic polynomial equation. The results showed that the amount of removed dye (response) depends on the pH and initial concentration of the dye. The RSM (surface response methodology) method was used to optimize and find optimum amounts for organic dye degradation in a pyrex glass cylindrical reactor with a height of 460 mm and a volume of 1 L. Also, the kinetic of photocatalytic reactions were studied with the assumptions that they follow the Langmuir-Hinchlood equation and the first-order reaction.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Photocatalyst ZTOZ
  • ZSM-5 zeolite
  • ZnO nanoparticles
  • TiO2 nanoparticles
  • surface response method
  • Mthely Orang

مراجع

[1] A. Nodehi, H. Atashi and M. Mansouri, J. Disper. Sci. Technol. 40 (2019) 766.
[2] M. Mansouri, M. Tanzifi, H. Lotfi and M. Nademi, SCSCC6. 18 (2017) 153.
[3] M. R. Hoffmann, S. T. Martin, W. Choi and D. W. Bahneman, Chem. rev. 95 (1995) 69.
[4] S. Sakthivel, B. Neppolian, M. V. Shankar, B. Arabindoo, M. Palanichamy and V. Murugesan, Sol. Energy Mater. Sol. Cells. 77 (2003) 65.
[5] J. C. Lee, S. Park, H. J. Park, J. H. Lee, H. S. Kim and Y. J. Chung, J. Electroceram. 22 (2009) 110.
[6] J. G. Yu and X. X. Yu, Environ. Sci. Technol. 42 (2008) 4902.
[7] S. Jayakumar, P. V. Ananthapadmanabhan, K. Perumal, T. K. Thiyagarajan, S. C. Mishra, L. T. Su and A. I. Y.  Tok, J. Guo, Mater. Sci. Eng. B 176 (2011) 894.
[8] O. K. Mahadwad, P. A. Parikh, R. V. Jasra and C. Patil, Bull. Mater. Sci. 34 (2011) 551.
[9] M. Khatamian, S. Hashemian and S. Sabaee, Mater. Sci. Semicond. Process. 13 (2010) 156.
[10] A. Gnanaprakasam, V.M. Sivakumar, P.L. Sivayogavalli and M. Thirumarimurugan,  Ecotoxicol Environ Saf. 30 (2015) 121.
[11] S. Bhattacharjee, S. H. Sarkar, U. Raybarman and J. Panja, IJIRSET. 2 (2016) 284.
[12] W. Panpa, P. Sujaridworakun and S. Jinawath, Appl. Catal. B. 80 (2008) 271.
[13] A. N. Rao, B. Sivasankar and V. Sadasivam, J. Hazard. Mater. 166 (2009) 1357.
[14] A. Jonidi-Jafari, M. Shirzad-Siboni, J. K. Yang, M. Naimi-Joubani and M. Farrokhi, J. Taiwan. Inst. Chem. Eng. 50 (2015) 100.
[15] C. T. Chang, J. J. Wang, T. Ouyang, Q. Zhang and Y. H. Jing, Mater. Sci. Eng. B. 196 (2015) 53.
[16] C. Bouvy, W. Marine, R. Sporken and B. L. Su, Chem. Phys. Lett. 428 (2006) 312.
[17] R. Karimi, B. Bayati, N. C. Aghdam, M. Ejtemaee and A. A. Babaluo, Powder Technol. 229 (2012) 229.
[18] X. Zhang, J. Wang, H. Liu, C. Liu and K. Yeung, Sep. Purif. Techno. 32 (2003) 151.
[19] M. G. Alalm, S. Ookawara, D. Fukushi, A. Sato and A. Tawfi, J. Hazard. Mater. 302 (2016) 225.
[20] D. Fukushi, A. Sato, T. Kusaka, Y. Kataoka and K. Kobayashi, ECS. Trans. 61 (2014) 43.
[21] M. Mansouri, H. Atashi, M. M. Khalilipour, N. Setareshenas and F. Shahraki, J. Korean Chem. Soc. 57 (2013) 769.
[22] F. Shahrezaei, Y. Mansouri, A. A. L. Zinatizadeh and A. Akhbari, Powder Technol. 221 (2012) 203.
[23] D. C. Montgomery, Design and Analysis of Experiments. Wiley, New York, 1991.
[24] B. K. Korbahti and M. A. Rauf, Chem. Eng. J. 136 (2008) 25.
[25] A. R. Khataee, M. Zarei and L. Moradkhannejhad, Desalination. 258 (2010) 112.
[26] M. A. Behnajady, N. Modirshahla and R. Hamzavi, J. Hazard. Mater. 133 (2006) 226.
[27] N. Setarehshenas, S. H. Hosseini, M. N. Esfahany, M. Mansouri and G. Ahmadi, Journal Of Applied Chemistry, 13 (2018) 53. (in Persian)
[28] C. R. Huang and H. Y. Shu, J. Hazard. Mater. 41 (1995) 47
[29] S. Chakrabarti and B.K. Dutta, J. Hazard. Mater. 112 (2004) 269.
[30] M. Firouzi, A. Nouri and A. Nozadgolikand, Journal Of Applied Chemistry, 12 (2017) 23. (in Persian)
[31] J. C. Chou and L. P. Liao, Thin. Solid. Films. 476 (2005) 157.
[32] M. Muruganandham, N. Shobana and M. Swaminathan, J. Mol. Catal. A: Chem. 246 (2006) 154.
[33] A. Maleki, M. Safari, B. Shahmoradi, Y. Zandsalimi, H. Daraei and F. Gharibi, Environ. Sci. Pollut. Res. 22 (2015) 16875.
[34] Z. Ezzeddine, I. Batonneau-Gener, Y. Pouilloux, H. Hamad and Z. Saad, Colloids Interfaces. 2 (2018) 22.
[35] V. N. Nguyen, D. T. Tran, M. T. Nguyen, T. T. T. Le, M. N. Ha, M. V. Nguyen and T. D. Pham, Res Chem Intermed 44 (2018) 3081.
شیمى کاربردى روز
دوره 15، شماره 56
مهر 1399
صفحه 241-256

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار