توصيفگر ها :
فرآيند فتوكاتاليستي , يون نيترات , نانوكاتاليست , Ti3C2 , مكسن , TiO2/Al2O3/Ti3C2 , روش رويه پاسخ
چكيده فارسي :
در اين پژوهش، نانوكامپوزيت‌هاي TiO2/Al2O3 و TiO2/Al2O3/Ti3C2 به‌منظور حذف فتوكاتاليستي يون نيترات طراحي و سنتز شدند. نانوكامپوزيت‌هاي دو و سه‌جزئي به روش سل-ژل و مكسن، Ti3C2، موجود در نانوكامپوزيت سه‌جزئي به شيوه حكاكي مستقيم HF، سنتز شدند. در ابتدا نسبت اجزاء تشكيل‌دهنده نانوكاتاليست‌ها براساس ميزان كاهش آلايندگي يك محلول آبي حاوي يون نيترات بهينه شدند. تركيب درصدهاي بهينه Al2O3 در نانوكاتاليست دوجزئي و همچنين Ti3C2 در نانوكاتاليست سه‌جزئي به روش غربالگري به دست آمدند كه براساس نتايج مجموعه‌اي از آزمايش‌هاي انجام‌يافته اوليه فرآيند حذف فتوكاتاليستي يون نيترات در يك شرايط عملياتي مشخص (غلظت يون نيترات = mg/L 100، مدت‌زمان تابش = 120 دقيقه، pH اوليه محلول = 4 و غلظت كاتاليست = g/L 1) بودند. نسبت وزني بهينه Al2O3:TiO2 به‌مقدار 1:5 و درصد وزني بهينه مكسن در كامپوزيت سه‌جزئي، 5 تعيين گرديدند. بازده حذف يون نيترات با استفاده از كامپوزيت‌هاي دو و سه‌جزئي بهينه به‌ترتيب، 12% و 15% حاصل شدند. براي مشخصه‌يابي كاتاليست‌هاي TiO2 خالص، TiO2/Al2O3 و TiO2/Al2O3/Ti3C2، آناليزهاي XRD، FTIR، UV-VIS DRS، EDX و FE-SEM انجام شد. به‌منظور ارزيابي تأثير مشخصه‌هاي عملياتي مختلف شامل غلظت كاتاليست، مدت‌زمان تابش و pH اوليه محلول آلاينده، طراحي آزمايش به روش رويه پاسخ براي كاتاليست بهينه TiO2/Al2O3/Ti3C2 انجام شد. با كاربرد پرتوهاي تابش نور مرئي-فرابنفش (لامپ LED با توان W 40 و طول موجnm 400-398)، بيشترين فعاليت فتوكاتاليستي براي حذف يون نيترات در شرايط عملياتي بهينه (غلظت كاتاليست = g/L 5/0، مدت‌زمان تابش = 120 دقيقه و pH اوليه محلول = 6) معادل 40 % به دست آمد.
چكيده انگليسي :
In this research, nanocomposites of TiO2/Al2O3 and TiO2/Al2O3/Ti3C2 for photocatalytic removal of nitrate ions were designed and synthesized. The two and three component nanocomposites were synthesized by sol-gel method and MXene, Ti3C2, in the three-component nanocomposite was made through direct HF etching. Initially, the ratios of the constituent components of the nanocatalysts were optimized based on the removal efficiency of Al2O3 in the two-component nanocatalyst as well as MXene in the three-component nanocatalyst were obtained by screening method. These were based on results of a set of performed initial photocatalytic tests for removal of nitrate ions under a specific operating condition (nitrate ions concentration = 100 mg/L, irradiation time = 120 minutes, initial solution pH = 4 and catalyst concentration = 1 g/L). The obtained optimal weight ratio of Al2O3:TiO2 was 5:1, while the optimal weight percentage of MXene in the three-component composite was equal to 5. Efficiency of nitrate ion removal using the optimal two and three component composites were 12% and 15%, respectively. XRD, FTIR, UV-VIS DRS, EDX and FE-SEM analyzes were performed to characterize pure TiO2, TiO2/Al2O3 and TiO2/Al2O3/Ti3C2 catalysts. Design of the experiment based on the response surface method was carried out on the optimal TiO2/Al2O3/Ti3C2 catalyst in order to evaluate the effect of operational conditions of catalyst concentration, irradiation time and initial pH of the pollutant solution. Upon implementation of visible-ultraviolet light radiation (40 W LED lamp with wavelength of 389-400 nm), the maximum gained photocatalytic efficiency for the removal of nitrate ions was 40% under optimal operating conditions (catalyst concentration of 0.5 g/L, irradiation time of 120 minutes and the initial solution pH of 6).
