پديد آورنده :
علي كوچكي، زهرا
عنوان :
بررسي رفتار فوتوكاتاليستي منسوج پوشش داده شده بانانوساختار آيروژل سيليس حاوي ذرات TiO2
مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
شيمي نساجي و رنگ
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
هجده، 124ص.: مصور (رنگي)، جدول، نمودار
توصيفگر ها :
فوتوكاتاليست , آيروژل سيليس حاوي TiO2 , پوشش دهي منسوج , حذف رنگزا , پساب
تاريخ ورود اطلاعات :
1402/02/18
رشته تحصيلي :
مهندسي نساجي
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1402/02/19
چكيده فارسي :
با گسترش صنايع نساجي، ميزان استفاده از رنگزاهاي آلي بسيار گسترش يافته و حذف رنگزاي آلي از پساب از اهميت بالايي برخوردار است. در ميان روش¬هاي مختلف حذف رنگزا از پساب، تخريب فوتوكاتاليستي رنگزا به دليل بازدهي بالا و سازگاري با محيط زيست به¬ويژه استفاده از نانوذرات TiO2 بسيار رايج است. اما معايبي همچون تجمع نانوذرات، سطح تماس با آلاينده پايين و دشواري جمع¬آوري آن¬ها از پساب، كاربرد آن¬ها را محدود ساخته كه راهكار بارگذاري نانوذرات بر روي بستر براي رفع اين چالش، بسيار مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. از طرفي سازه¬هاي ليفي فوتوكاتاليست گزارش شده نيز اغلب از عملكرد فوتوكاتاليستي ضعيف برخوردارند. لذا، در اين پژوهش، استفاده از نانوساختار مزومتخلخل آيروژل سيليس با تخلخل و سطح مخصوص بالا به عنوان بستر نانوذرات TiO2 با هدف بهبود بازدهي و عملكرد فوتوكاتاليستي اين ذرات از طريق جلوگيري از تجمع نانوذرات TiO2، جلوگيري از بازتركيب الكترون حفره¬هاي برانگيخته و افزايش تمايل استاندارد رنگزا به سطح فوتوكاتاليست بررسي شد. همچنين طراحي و تهيه منسوج فوتوكاتاليست با كارايي بالا از طريق پوشش¬دهي آيروژل حاوي نانوذرات TiO2بر روي منسوج به منظور جداسازي آسان فوتوكاتاليست از پساب و بهبود خواص مكانيكي ذرات فوتوكاتاليست آيروژلي هدف قرار گرفت. در اين راستا، بهينه سازي ساختار حفرات بستر آيروژلي و روش بارگذاري نانوذرات TiO2 در شبكه آيروژل در جهت دستيابي به عملكرد فوتوكاتاليستي بالا بررسي شد. با كنترل شرايط سنتز آيروژل و مقدار TiO2 موجود در ساختار آيروژل سيليس مزوحفره، نمونه¬هاي متخلخل آيروژل سيليس حاوي TiO2با ساختار حفرات و خواص فيزيكي و شيميايي متفاوت، با روش سل-ژل دومرحله¬اي و خشك كردن در فشار محيط سنتز شدند. پوشش¬دهي سازه ليفي با ساختار آيروژل سيليس حاوي TiO2 (بلانكت آيروژلي) به روش درجا سنتز و بر روي بستر ليفي پوشش¬دهي شد. ضخامت و تراكم لايه و ميزان ذرات فوتوكاتاليست پوشش داده بر روي بستر ليفي بررسي شد. ارزيابي خواص فيزيكي، شيميايي و ساختار حفرات ذرات آيروژل سيليس حاوي TiO2 و بلانكت¬هاي آيروژلي با استفاده از تصاوير FE-SEM، طيف¬سنجي EDX، آزمون جذب و واجذب نيتروژن، FTIR، طيف سنجي انعكاسي DRS و آناليز DLS انجام و از رنگزاي متيلن بلو و بازيك رد 18 براي بررسي عملكرد فوتوكاتاليستي استفاده شد. با كنترل شرايط سنتز، نمونه¬هاي آيروژل سيليس حاوي TiO2 با ساختارهاي كاملاً متفاوت حاصل شده كه داراي تخلخل 84-68 درصد، سطح مخصوص 918-95 مترمربع بر گرم، حجم حفرات 2-2/0 سانتي¬متر مكعب بر گرم و متوسط قطر حفرات 28-2 نانومتر هستند. نتايج حاكي از آنست كه در شرايط بهينه سنتز منجر به تهيه آيروژل با سطح مخصوص 918 مترمربع برگرم و اندازه حفرات 7 نانومتري با روش افزودن پودر نانوذرات TiO2 به محلول سل سيليس حين فرايند سنتز بستر آيروژلي مي¬شود. همچنين از طريق ايجاد برهم¬كنش¬هاي Ti-O-Si و جلوگيري از تجمع نانوذرات TiO2، ميزان رنگبري از پساب و بازده تخريب فوتوكاتاليستي رنگزاي متيلن بلو با غلظت 50 ميلي¬گرم بر ليتر در pH خنثي و مدت زمان 60 دقيقه تحت نور UV تا حدود 95% افزايش يافت. همچنين بهبود 5 برابري در عملكرد فوتوكاتاليستي نانوذرات TiO2 (با بازدهي تخريب 22% ) حاصل شد. همچنين فوتوكاتاليست سنتز شده قابليت رنگبري تحت تابش نور مرئي با بازدهي 93% نشان داد. پوشش¬دهي منسوج با ذرات آيروژل حاوي نانوذرات TiO2 به روش اسپري سل سيليس حاوي نانوذرات بر سطح منسوج و سپس بهينه سازي مقدار ذرات آيروژل فوتوكاتاليست و تراكم منسوج پلي¬استري منجر به تهيه منسوج فوتوكاتاليست با قابليت رنگبري بسيار بالا و بازدهي 94% شد كه از دستاوردهاي مهم اين پژوهش است. در حالي كه نمونه¬ مشابه پوشش داده شده با آيروژل سيليس فاقد ذرات TiO2 و منسوج پوشش داده شده با نانوذرات TiO2 به ترتيب از بازده تخريب فوتوكاتاليستي 31% و 27% برخوردارند. با افزايش حجم سل سيليس حاوي TiO2 اسپري شده بر روي منسوج به¬دليل افزايش غلظت كاتاليست، بازدهي تخريب فوتوكاتاليستي رنگزا از 53% تا 94% افزايش و سپس با افزايش بيشتر حجم سل به¬دليل مسدود شدن حفرات منسوج و عدم نفوذ و دسترسي مولكول رنگزا به فوتوكاتاليست به طور چشمگيري تا 32% كاهش يافت. همچنين با افزايش تراكم و وزن واحد سطح لايه¬ بي¬بافت مورد استفاده از 120 تا 300 گرم بر مترمربع، بازده تخريب فوتوكاتاليستي از 75% تا 94% افزايش يافت.
چكيده انگليسي :
As expansions in the textile industry continue, the removal of organic dyes from textile wastewater have become very important and in demand. Photocatalytic treatment of organic contaminants in industrial wastewaters especially the use of TiO2 nanoparticles is the most commonly method due to their potential for effective degradation and environmental compatibility. However, disadvantages such as the TiO2 nanoparticles agglomeration in aqueous media, the low specific surface and their difficult recover by filtration from the wastewater, have limited their industrial application. The loading of TiO2 nanoparticles on the support materials increased their surface area has gained research interest. On the other hand, the reported photocatalytic fibrous structures often have low photocatalytic performance. Therefore, this research aimed to utilize the mesoporous silica aerogel nanostructure with high porosity and specific surface area as a substrate for TiO2 nanoparticles to reduce the TiO2 nanoparticles agglomeration and the recombination of electron–hole pairs and increase the dye affinity to the photocatalyst surface leading to photocatalytic activity of TiO2 nanoparticles improved. Also, the design and preparation of the highly effective and easily recover fibrous photocatalyst via the coating of aerogel supported TiO2 nanoparticles on the textile was aimed. In this regard, the optimization of the pore structure of the aerogel substrate and the loading method of TiO2 nanoparticles in the aerogel network were investigated to achieve the high photodegradation efficiency for dye removal from wastewater.The coating of the fibrous layer with the photocatalyst aerogel structure and the preparation of the aerogel blanket were performed by in situ synthesis of aerogel particles on the polyester nonwoven fabric. Coating the fibrous structure with TiO2-containing aerogel structure and preparing an aerogel blanket by in-situ synthesis of TiO2-containing silica aerogel on a polyester non-woven layer substrate and the effect of the factors of how to coat the TiO2-containing aerogel silica structure on the fibrous substrate. The thickness and density of the layer and the amount of coated photocatalyst particles on the fibrous substrate were checked.
استاد راهنما :
صديقه برهاني , حسين ايزدان
استاد داور :
صديقه برهاني , حسين ايزدان
