اصلاح نانوذرات کربن فعال مغناطیسی با فسفوتنگستات به‌ منظور کاربرد فتوکاتالیستی تحت تابش نورخورشید و مرئی

نوع مقاله : مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان

1 گروه شیمی، دانشگاه پیام نور، صندوق پستی4697-19395، تهران، ایران و مرکز پژوهشی شیمی محیط‌زیست، دانشگاه پیام نور، اردکان، یزد، ایران

2 گروه شیمی، دانشگاه پیام نور، صندوق پستی4697-19395، تهران، ایران

چکیده

تهیه و کاربرد شیمیایی پلی‌اکسومتالات‌ها (نمک هتروپلی اسیدها) در سال‌های اخیر به دلیل ویژگی‌های منحصر به ‌فردی از قبیل پایداری حرارتی، اسیدیته‌ی بالا، قدرت اکسندگی بالا و تنوع ساختاری مورد توجه زیادی به‌ خصوص به‌ عنوان فتوکاتالیست برای تخریب رنگ ها قرار گرفته است. رنگ‌ها از مهم‌ترین آلاینده‌های آب می‌باشند، از آن جایی که ترکیبات رنگی برای محیط زیست مضر هستند، یافتن روش‌هایی برای حذف رنگ‌ها از محیط‌زیست ضروری است. در این مقاله ابتدا نانوذرات کربن فعَال مغناطیسی با هیبرید فسفوتنگستات اصلاح و به عنوان فتوکاتالیست در رنگ‌زدایی استفاده شد. برای شناسایی نانوذرات از روش‌های میکروسکوپ الکترونی پویشی، پراش اشعه‌ی ایکس، طیف بینی زیر قرمز تبدیل فوریه، تجزیه گرمایی و اندازه‌گیری خاصیت مغناطیسی استفاده شد. خاصیت جذب و تخریب رنگ با رنگ‌زدایی محلول متیلن بلو، متیل اورانژ و مخلوط آن ها تحت نور خورشید و نور مرئی مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج حاصل نشان داد که نانوذرات اصلاح‌شده می توانند به طور انتخابی متیلن بلو را از مخلوط حذف کنند و برخلاف نانوذرات اصلاح‌نشده توانایی رنگ‌زدایی از محلول متیلن‌بلو را تحت نور دارند. همچنین، در حالی که نور قادر به تخریب متیل اورانژ تنها نمی باشد، آن را در مخلوط تخریب می کند. نانوذرات اصلاح‌شده قابل جداسازی آسان با آهنربا و بازیابی مجدد و استفاده دوباره هستند. حذف رنگ از طریق ترکیب جذب سطحی و سپس تخریب نوری به روش اکسایش مستقیم توسط فتوکاتالیست صورت می گیرد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Modification of Magnetic Activated Carbon Nanoparticles with Phosphotungstate for Photocatalytic Application under Sunlight, and Visible, Irradiation

نویسندگان [English]

  • mehdi taghdiri 1
  • Shahrban Dadari Doolabi 2
1 Department of Chemistry, Payame Noor University, 19395-4697 Tehran, Iran Research Center of Environmental Chemistry, Payame Noor University, Ardakan, Yazd, Iran
2 Department of Chemistry, Payame Noor University, 19395-4697 Tehran, Iran
چکیده [English]

Recently, considerable attention has been focused on heteropoly acids including their anions (polyoxometalates or POMs) due to many advantages such as simple preparation, high reactivity, non-corrosive, non-pollutant and excellent stability. POMs have been used as photocatalysts for the destruction of dyes. Discharge of wastewater of synthetic dyes to environment affects both living organisms of aquatic ecosystems and human health due to toxicity and carcinogenicity. Consequently, treatment of dye-contaminated wastewaters with decontamination processes is necessary before their discharge. In this study, magnetic activated carbon nanoparticles (MAC) were coated with an organic hybrid of phosphotungstic acid that makes MAC suitable for adsorption and photocatalytic degradation of dyes. The prepared composite was characterized by Fourier transform infrared spectroscopy, powder X-ray diffraction, thermal analyses, scanning electron microscopy and vibrating sample magnetometer. Dye adsorption and photocatalytic properties of composite was examined by studying the decolorization of model dyes methylene blue (MB), methyl orange (MO) and their mixture solutions. The results show that the composite can selectively adsorb MB molecules from binary mixtures of MB/MO. While the visible light is not able to degrade alone MO solution in the presence of composite, it degrades the MO mixed with MB solution. The composite is, unlike MAC, a good photocatalyst in the degradation of dyes under sunlight and visible irradiation and can be separated by magnet, recovered and reused. Removal is via combination of adsorption and then photocatalytic degradation through direct oxidation by composite.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Magnetic activated carbon nanoparticles
  • Polyoxometalate
  • Photocatalytic degradation
  • Sunlight
  • Visible light

This is an open access article under the CC-BY-SA 4.0 license.( https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/)

مراجع

[1] Dolbecq, A., Mialane, P., Keita, B., & Nadjo, L. (2012). Polyoxometalate-based materials for efficient solar and visible light harvesting: application to the photocatalytic degradation of azo dyes. Journal of Materials Chemistry, 22(47), 24509-24521.
[2] Taghdiri, M., & Dadari Doolabi, S. (2022). Visible/solar-light driving photocatalytic activity of TiO2 nanotubes upon coating with phosphotungstate hybrid. International Journal of Environmental Analytical Chemistry, 102(6), 1261-1277.
[3] Amanighadim, A., Dorraji, M., & Lotfihayayee, K. (2017). Investigation on TiO2 nanophotocatalysts performance in simultaneous removal of hiumic acid and biological contaminants (E. Coli) from contaminated water under UV light irradiation. Applied Chemistry, 12(44), 55-68. (in persion)
[4] Weiping, W., & Shuijin, Y. (2010). Photocatalytic degradation of organic dye methyl orange with phosphotungstic acid. Journal of Water Resource and Protection, 2010.
[5] Kim, H., Jung, J. C., & Song, I. K. (2007). Chemical immobilization of heteropolyacid catalyst on inorganic mesoporous material for use as an oxidation catalyst. Catalysis surveys from Asia, 11, 114-122.
[6] Ye, J. J., & Wu, C. D. (2016). Immobilization of polyoxometalates in crystalline solids for highly efficient heterogeneous catalysis. Dalton Transactions, 45(25), 10101-10112.
[7] Taghdiri, M., Ghanei, F., Ardakania, M., Banitaba, H., & Aarabi Ardakani, H. (2021). Hybridization of phosphomolybdic acid with hexamine and hexamine-nickel for improving of activity in photodegradation of dyes under sunlight irradiation. Iranian Journal of Analytical Chemistry, 8(2), 80-89.
[8] Bani Taba, S. H., Daeizade, M. A., & Taghdiri, M. (2020). solvent-free and diastereoselective synthesis of trans‐2, 3‐Dihydrofuran derivatives in the presence of nano silica Phosphotungstic acid. Applied Chemistry, 15(54), 167-184. (in persion)
[9] Taghdiri, M., Zamani, N., & Mousavian, S. A. (2015). Study of hexamine removal by activated carbon modified with magnetic iron oxide nanoparticles for application in treatment of hexamine industrial wastewater. Desalination and Water Treatment, 56(12), 3323-3333.
[10] Mohammadnezhad, S., Ayati, A., Ahmadpour, A., & Karimi-Maleh, H. (2020). Photo-catalysis degradation of methyl orange as pollutant dye using dioxide magnetic Fe3O4/Al2O3/TiO2 nanostructure. Applied Chemistry, 15(54), 337-350. (in persion)
[11] Ma, D., Yi, H., Lai, C., Liu, X., Huo, X., An, Z., ... & Yang, L. (2021). Critical review of advanced oxidation processes in organic wastewater treatment. Chemosphere, 275, 130104.
[12] Wang, H., Li, X., Zhao, X., Li, C., Song, X., Zhang, P., & Huo, P. (2022). A review on heterogeneous photocatalysis for environmental remediation: From semiconductors to modification strategies. Chinese Journal of Catalysis, 43(2), 178-214.
[13] Lan, J., Wang, Y., Huang, B., Xiao, Z., & Wu, P. (2021). Application of polyoxometalates in photocatalytic degradation of organic pollutants. Nanoscale Advances, 3(16), 4646-4658.
[14] Mirhoseini, H., & Taghdiri, M. (2016). Extractive oxidation desulfurization of sulfur-containing model fuel using hexamine–phosphotungstate hybrid as effective heterogeneous catalyst. Fuel, 167, 60-67.
[15] Jensen, J. O. (2002). Vibrational frequencies and structural determinations of hexamethylenetetraamine. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 58(7), 1347-1364.
[16] Yao, H., Li, N., Xu, S., Xu, J. Z., Zhu, J. J., & Chen, H. Y. (2005). Electrochemical study of a new methylene blue/silicon oxide nanocomposition mediator and its application for stable biosensor of hydrogen peroxide. Biosensors and Bioelectronics, 21(2), 372-377.
[17] Gusev, E. A., Dalidovich, S. V., & Krasovskaya, L. I. (1985). Investigation of urotropine thermal decomposition reaction in self-generated atmosphere by means of thermal analysis method. Thermochimica acta, 93, 21-24.
[18] Trzesowska, A., & Kruszynski, R. (2008). Channel-containing structure built of 3D sodium nitrate coordination polymer. Journal of Coordination Chemistry, 61(13), 2167-2177.
[19] Singh, G., Baranwal, B. P., Kapoor, I. P. S., Kumar, D., & Fröhlich, R. (2007). Preparation, X-ray crystallography, and thermal decomposition of some transition metal perchlorate complexes of hexamethylenetetramine. The Journal of Physical Chemistry A, 111(50), 12972-12976.
[20] Chen, C., Zhao, W., Lei, P., Zhao, J., & Serpone, N. (2004). Photosensitized degradation of dyes in polyoxometalate solutions versus TiO2 dispersions under visible‐light irradiation: mechanistic implications. Chemistry–A European Journal, 10(8), 1956-1965.
شیمى کاربردى روز
دوره 18، شماره 66
فروردین 1402
صفحه 45-62

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار