توصيفگر ها :
SnO2-Sb , دوپنت ثانويه نيكل , اتصال ناهمگون , الكتروكاتاليست , پوشش پاشش شعلهاي , متيلنبلو
چكيده فارسي :
اكسيد قلع دوپشده با آنتيموان (SnO2-Sb) بهعنوان يك ماده مؤثر در واكنشهاي اكسيداسيون الكتروكاتاليستي شناخته ميشود؛ با اين حال، دماي تصعيد پايين آن مانعي براي استفاده مستقيم از روشهاي حرارتي مانند پاشش شعلهاي در ساخت پوششهاي صنعتي محسوب ميشود. بهمنظور رفع اين محدوديت، از تركيبات كامپوزيتي مبتني بر CuO و SnO2-Sb با اتصال نيمههادي ناهمگون استفاده شد و پوششهايي بر پايه اين تركيبات بهروش پاشش شعلهاي بر زيرلايه تيتانيوم اعمال گرديد. بهمنظور بررسي اثر تركيب فازي بر عملكرد الكتروكاتاليستي، دو نسبت وزني متفاوت از پودرهاي تركيبي CuO/SnO2-Sb (30:70 و 50:50) بهعنوان پودر تغذيه در فرايند پاشش شعلهاي آمادهسازي شد و بر زيرلايه تيتانيوم اعمال شدند. سپس، عملكرد اين پوششها در تخريب رنگدانه متيلنبلو بهعنوان يك آلاينده مدل مورد ارزيابي قرار گرفت. در گام بعد، بهمنظور ارتقاء عملكرد الكتروكاتاليستي، عنصر نيكل بهعنوان دوپنت ثانويه به فاز SnO2-Sb وارد شد و تأثير آن بر ويژگيهاي الكتروشيميايي و بازده تخريب رنگدانه بررسي گرديد. نتايج نشان داد كه دوپ ثانويه نيكل منجر به افزايش ضخامت، زبري سطح و چسبندگي پوشش شده و در نهايت، در نسبت وزني 50:50 راندمان تخريب متيلنبلو را از %1/78 به %96 افزايش داد. اين بهبود عملكرد را ميتوان به افزايش ضريب زبري الكتروشيميايي ((Rf =16×10-8 و لذا مكانهاي فعال الكتروشيميايي، افزايش هدايت يوني و كاهش شكاف باند همراه با تسهيل انتقال الكترون نسبت داد. علاوه بر اين، بررسيهاي سينتيكي تأييد كردند كه تخريب متيلنبلو از يك مدل شبهمرتبه اول پيروي ميكند و راديكالهاي هيدروكسيل (°OH) بهعنوان گونههاي واكنشپذير غالب عمل ميكنند. بررسي پايداري عملكردي الكترودها طي سيكلهاي متوالي نيز نشان داد كه تنها پوشش حاوي دوپنت ثانويه نيكل توانسته راندمان خود را از %96 در اولين سيكل به %1/93 در آخرين سيكل حفظ كند، در حالي كه ساير پوششها دچار كاهش قابلتوجه بازده شدند، بهويژه پوشش 30:70 كه راندمان آن از %2/76 در اولين سيكل به %1/33 در آخرين سيكل كاهش يافت. در مجموع، اين پژوهش نشان داد كه پوششهاي كامپوزيتي CuO/SnO2-Sb دوپشده با نيكل، كه بهروش پاشش شعلهاي تهيه شدهاند، ميتوانند بهعنوان راهكاري ساده، اقتصادي و مقياسپذير جهت حذف آلايندههاي آلي از پسابهاي صنعتي مورد استفاده قرار گيرند.
چكيده انگليسي :
While antimony-doped tin oxide (ATO) exhibits excellent electrocatalytic activity for the oxidation of organic pollutants, its low sublimation point hinders the use of thermal spraying for fabricating industrial electrodes. As a novel approach, composite coatings based on CuO and SnO2-Sb particles with a heterojunction structure were applied on Ti substrates using the flame-spraying technique. To evaluate the effect of phase composition on electrocatalytic performance, two different weight ratios of CuO/SnO2-Sb (30:70 and 50:50) were prepared and used as feedstocks in the spraying process. Then, the efficiency of the coatings in degrading methylene blue (MB) was evaluated. By incorporating Ni co-dopant into the SnO2-Sb phase, a novel coating with a 50:50 weight ratio was developed, and its effect on electrocatalytic activity and pollutant degradation of MB was examined. The results indicated that Ni doping increased the thickness, roughness, and adhesion of the obtained coating, resulting in an increase in MB degradation from 78.1% to 96%. This enhanced behavior corresponded to higher current density, improved electrochemically active sites (Rf = 16×10⁻⁸), increased ionic conductivity, and a narrowed band gap accompanied by facilitated electron transfer. Furthermore, kinetic investigations confirmed that the MB degradation followed a pseudo first order model, with hydroxyl radicals (OH°) acting as the dominant reactive species. Cyclability assessments revealed that only the Ni-doped coating maintained its performance from 96% in the first cycle to 93.1% in the last cycle, while other coatings experienced a significant performance decline, especially the 30:70 coating, which dropped from 76.2% in the first cycle to 33.1% in the last cycle. Overall, this study demonstrates that Ni-doped CuO/SnO₂-Sb composite coatings created via flame spraying offer a simple, cost-effective, and scalable solution for the removal of organic pollutants from industrial wastewater.
