شماره راهنما :
1636 دكتري
پديد آورنده :
كرباسي، مينو
عنوان :
سنتز، مشخصه يابي و شبيه سازي نانوساختار مغناطيسي بر پايه Bi2WO6-FeOx/3DGraphene و ارزيابي رفتار فتوكاتاليستي آن
گرايش تحصيلي :
مهندسي مواد
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
هفده، 161 ص: مصور، جدول، نمودار
استاد راهنما :
كريم زاده فتح اله، رئيسي كيوان
استاد مشاور :
جواد هاشمي فر، سزار پولگارين
توصيفگر ها :
فتوكاتاليست , Bi2WO6 , نظريه تابعي چگالي , گرافن سه بعدي , نانوكامپوزيت مغناطيسي , هيدروترمال
استاد داور :
محمدحسين عنايتي، اميرحسين نوارچيان، عبدالمجيد اسلامي
تاريخ ورود اطلاعات :
1399/07/28
رشته تحصيلي :
مهندسي مواد
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1399/08/03
چكيده فارسي :
چكيده كنترل آلودگيهاي محيطي به خصوص تصفيه پساب يكي از مهمترين مالحظات در قرن بيست و يكم ميباشد در ميان فناوريهاي موجود براي كنترل آلودگي فرايند فتوكاتاليستي يكي از نويدبخشترين و پربازدهترين رويكردهاي تخريب آاليندهها است از آنجاييكه فقط در حدود چهار درصد از نور خورشيد در محدوده فرابنفش قرار دارد بيشتر مطالعات بر روي توسعه فتوكاتاليستهايي با گستره جذب وسيعتري از اين منبع انرژي پايدار استوار است در اين بين 6 Bi2WO داراي خواص فتوكاتاليستي منحصر به فردي تحت نور مرئي است هدف از اين پژوهش توسعه نانوفتوكاتاليستهاي مغناطيسي بر پايه فوم گرافن سهبعدي ميكروكرههاي گل مانند Bi2WO6 FeOx جهت غيرفعالسازي باكتري اشرشياكالي 21 E coli K و تخريب آنتي بيوتيك نورفلوكساسين NFX است در اين راستا ابتدا ميكروكرههاي 6 BWO Bi2WO به روش هيدروترمال سنتز شد مشخصهيابي پراش پرتو ايكس XRD ميكروسكوپ الكتروني روبشي SEM آناليز BET طيفسنجي فتوالكترون پرتو ايكس XPS طيفسنج مادون قرمز تبديل فوريه FT IR طيف سنج بازتاب نفوذي DRS و طيفسنجي نوري لومينسانس PL انجام شد ساختار سلسله مراتبي گل مانند BWO در دماي 112 درجه سانتيگراد و مدت زمان 42 ساعت به طور كامل توسعه يافت و سازوكار رشد آن ارائه شد بررسي سينتيك غيرفعالسازي باكتري و محاسبه ثابت سرعت مرتبه اول Kapp بيانگر افزايش Kapp از 411 1 5911 1 به 511 1 8841 1 بر دقيقه در نمونه ذرهاي نسبت به ميكروكرههاي گل مانند BWO است نقش غلظت كاتاليست باكتري شدت نور فرودي و پايداري فتوكاتاليستي در سينتيك غيرفعالسازي باكتري مورد بررسي قرار گرفت با توجه به مقدار شكاف انرژي محاسبه شده 8 2 الكترون ولت مربوط به نمونه بهينه موقعيت لبه نوار رسانش و ظرفيت آن به ترتيب 74 1 و 52 3 الكترون ولت حاصل شد در حضور به داماندازهاي متناسب با گونههاي فعال اكسيژني در فرايند غيرفعالسازي باكتري گونه راديكالي 2 تاييد شد در ادامه مطالعات ساختاري ترموديناميكي و الكتروني مدلهاي نانوذره و گل مانند در چارچوب نظريه تابعي چگالي مورد بررسي قرار گرفت و سازوكار تخريب باكتري پيشنهاد شد تغييرات pH بين كاتاليست و باكتري در طول تخريب باكتري ثبت شد در فاز دوم براي بهبود خاصيت فتوكاتاليستي نمونه سنتز شده و امكان جداسازي مغناطيسي نمونه كامپوزيتهايي با نسبتهاي مختلف از BWO به 4 MBWO Fe3O به روش هيدروترمال سنتز شدند عالوه بر آناليزهاي ذكرشده آناليز ميكروسكوپ الكتروني عبوري وضوح باال HRTEM و مغناطشسنج ارتعاشي VSM نيز انجام شد نتايج XPS نشان داد كه عالوه بر 4 Fe3O اكسيدهاي آهن با استوكيومتريهاي مختلف FeOx ازجمله 3 Fe2O و FeO در نمونه وجود دارد كه مقدار 4 Fe3O غالب است نتايج فتولومينسانس و سينتيك غيرفعالسازي باكتري و تخريب NFX بيانگر آن است كه تماس مستقيم نانوذرات FeOx با نانوورقههاي BWO به عنوان چاه الكتروني عمل كرده و منجر به كاهش بازتركيب الكترون حفره و بهبود خاصيت فتوكاتاليستي شد در فاز سوم پروژه روشهاي هيدروترمال و سولووترمال جهت بررسي نقش حالل در فرايند احياي اكسيد گرافن در راستاي سنتز گرافن سه بعدي به عنوان بستر فتوكاتاليستي مورد ارزيابي قرار گرفت نمونه سنتز شده به روش هيدروترمال داراي سطح ويژه 1 721 مترمربع بر گرم و نسبت پيوندهاي حاوي 4 32 درصد مولي پيوند كربن اكسيژن به عنوان بستر انتخاب شد در نهايت بر اساس نتايج آناليزهاي ساختاري و فتوكاتاليستي فوم گرافن سهبعدي نانوكامپوزيت مغناطيسي بر پايه فوم گرافن سهبعدي ميكروكرههاي گل مانند MBWO 3DG MBWO به روش هيدروترمال سنتز شد مشخصهيابي آناليز حرارتي براي تعيين درصد دقيق فاز فتوكاتاليستي انجام گرديد سينتيك غيرفعالسازي فتوكاتاليستي باكتري 21 E coli K و تخريب NFX ارزيابي شد و سازوكار تخريب فتوكاتاليستي ارائه گرديد مقادير فركانس تبديل كاتاليزوري غيرفعالسازي فتوكاتاليستي باكتري 1 CFU g 1 min در نمونههاي بهينه MBWO BWO و 3DG MBWO به ترتيب برابر 711 4 1 711 17 3 و 911 22 2 بدست آمد كه حاكي از فركانس تبديل كاتاليزوري فتوكاتاليستي بسيار بيشتر نمونه فوم گرافن مغناطيسي 3DG MBWO بهينه است كلمات كليدي فتوكاتاليست 6 Bi2WO نظريه تابعي چگالي گرافن سه بعدي نانوكامپوزيت مغناطيسي هيدروترمال
چكيده انگليسي :
1Synthesize Characterization and Simulation of Magnetic NanostructuresGraphene Bi2WO6 FeOx and Evaluation of Based on Three Dimensional Its Photocatalytic Behavior Minoo Karbasi m karbasi@ma iut ac ir 2020 08 03 Department of materials engineeringIsfahan University of Technology 84156 83111 Isfahan IranFathallah Karimzadeh karimzadeh f@cc iut ac irKeyvan Raeissi k raeissi@iut ac irCesar Pulgarin cesar pulgarin@epfl chSeyed Javad Hashemifar hashemifar@iut ac ir Department of Materials Engineering Isfahan University of Technology 84156 83111 Isfahan Iran School of Basic Sciences SB Institute of Chemical Science and Engineering ISIC Group of AdvancedOxidation Processes GPAO cole Polytechnique F d rale de Lausanne EPFL Station 6 CH 1015Lausanne Switzerland Department of Physics Isfahan University of Technology 84156 83111 Isfahan Iran AbstractThe control of environmental pollution particularly in wastewater treatment is one of the major concerns ofthe 21st century Among the currently available pollution control technologies photocatalysis is one of the mostpromising and efficient approaches to the pollutants reduction Considering the ultraviolet radiation contributesonly about 4 percent of the sunlight spectrum most studies are based on the development of photocatalystswith a much wider range of this sustainable energy source like Bismuth based photocatalysts with uniquephotocatalytic properties under visible light irradiation The aim of this research was to develop the magneticnano photocatalysts based on 3D graphene flower like microspheres of Bi2WO6 for the E coli inactivationand the degradation of norfloxacin NFX antibiotics In this regard Bi 2WO6 BWO microspheres were firstlysynthesized by hydrothermal method Hierarchical flower like BWO structures were completely developed at200 C for 24 h Growth mechanism of the microspheres was stemmed from the investigation of the structuraldevelopment Then the structural thermodynamic and electronic studies of the nanoparticle and flower likemodels in the framework of density functional theory were investigated and the mechanism of bacterialinactivation was proposed In the second stage for the improvement of photocatalytic activity of the as synthesized sample and magnetically recyclable sample composites with different ratio of Fe 3O4 to Bi2WO6 MBWO were synthesized by hydrothermal method While magnetite Fe3O4 was the most abundant Fe oxide in Bi2WO6 FeOx Third stage was focused on the effect of solvent in the reduction of graphene oxide tosynthesize three dimensional graphene as a support to obtain higher photocatalytic activity Kinetics of thebacterial inactivation and degradation of NFX were evaluated and the overall mechanism was proposed Turnover frequency values of the photocatalytic inactivation of bacteria CFU g 1 min 1 for the optimizedBWO MBWO and 3DG MBWO were estimated to be 1 4 107 3 71 107 and 2 22 109 respectively Keywords Photocatalyst Bi2WO6 density functionsl theory three dimensional graphene magneticnanocomposite hydrothermal IntroductionThe uncontrolled growth of the population and in consequence the ensuing request forcommodities of all kinds is aggravating an existing challenge of the modern day societies namely that of providing enough clean water to all Municipal wastewater is comprised ofbacteria viruses and other less common microorganisms eggs helminths includingpathogenic strains in the microorganism populations Therefore state of the art degradationtechniques of aqueous biological and chemical contaminants are being vigorously explored
استاد راهنما :
كريم زاده فتح اله، رئيسي كيوان
استاد مشاور :
جواد هاشمي فر، سزار پولگارين
استاد داور :
محمدحسين عنايتي، اميرحسين نوارچيان، عبدالمجيد اسلامي
