کارایی فتوکاتالیست TiO۲ آناتاز مغناطیسی لود شده توسط گرافن کوانتوم دات در حذف داروی ایمی پرامین از محیط آبی

سابقه و هدف: صنایع داروسازی در رده چهارم تولید فاضلاب قرار دارد و حاوی مقادیر قابل توجهی از داروها و پیش ماده های مورد نیاز در داروسازی هستند که سمی بوده و با روش های سنتی به راحتی حذف نمی شوند و استفاده از روش های پیشرفته جهت پاکسازی مورد نیاز است. هدف از این پژوهش، سنتز Fe۳O۴، سنتز فتوکاتالیست TiO۲ آناتاز، نشاندن TiO۲ روی Fe۳O۴، سنتز GQD از مالتوز برای اولین بار، نشاندنGQD  روی Fe۳O۴/TiO۲ و تولید نانوکامپوزیت Fe۳O۴/TiO۲/GQD و بررسی میزان کارایی فتوکاتالیست سنتزی در تخریب فتوکاتالیستی ایمی پرامین از محیط آبی است.مواد و روش ها: فتوکاتالیست سنتزی Fe۳O۴/TiO۲/GQDs شامل سه جزء است که در چهار مرحله سنتز گردیده است. در ابتدا، اکسید آهن به فرم مگنتیت و به روش هم رسوبی تهیه شد. سپس Fe۳O۴/TiO۲ با استفاده از روش سل - ژل و از تیتانیوم ایزوپروپوکساید (IV) به عنوان منبع تیتانیوم و در فرم بلوری آناتاز سنتز گردید. در مرحله سوم، از مالتوز به عنوان منبع کربن برای تولید GQD به روش هیدروترمال استفاده شد. در پایان، فتوکاتالیست به روش هیدروترمال از نشاندن GQD در ساختار Fe۳O۴/TiO۲ حاصل شد. ویژگی های ساختاری و کیفیت فتوکاتالیست با استفاده از روش های FT-IR، ایزوترم جذب/واجذب نیتروژن، FESEM و HRTEM بررسی شد. در پایان، کارایی تخریب فتوکاتالیستی تحت تاثیر متغیرهای مختلف بررسی شد.نتایج و بحث: نتایج طیف سنجی FT-IR نانو پودرها و فتوکاتالیست سنتزی بیان کننده وجود پیک های جذبی C=C، C-H، C-O، Fe–O و Ti-O-Ti است. همچنین پیک های جدید در cm-۱ ۱۴۰۰ و cm-۱ ۱۱۷۰ چه ­بسا مربوط به تشکیل پیوند Fe–O بین آهن Fe۳O۴ و گروه کربوکسیل GQDS است که گویای تشکیل موفقیت آمیز Fe۳O۴/TiO۲/GQD است. مساحت سطح ویژه فتوکاتالیست بر پایه ایزوترم جذب/واجذب m²/g ۳۸ است. همچنین براساس طبقه بندی آیوپاک، این ایزوترم ها از نوع IV و مربوط به ساختارهای متخلخل مزوپور و حلقه هیستریس H۲ است. تصویرهای FESEM بیان کننده ریخت شناسی کمابیش کروی فتوکاتالیست سنتزی و توزیع یکنواخت نانوذرات TiO۲ در سطح مگنتیت است که بدون تغییر در مورفولوژی و فقط با تغییر اندازه ذرات پس از نشستن TiO۲ روی سطح نانوذرات اکسید آهن مغناطیسی همراه بوده است. تصویرهای HRTEM گویای شکل کروی ذرات با قطر عمدتا کمتر از nm ۵۰ و فاصله مشبک مربوط به آناتاز (TiO۲) و GQDs است. همچنین عملکرد فتوکاتالیستی نانوکامپوزیت سنتزی و دست­یابی به بیشینه درصد حذف ایمی پرامین متاثر از متغیرهای مختلف دوز فتوکاتالیست، pH، دمای محیط، مدت زمان تابش مورد سنجش قرار داده شد. شرایط بهینه حذف شامل دوز فتوکاتالیست ۵/۰ گرم بر لیتر، pH برابر با ۳، دما برابر با C° ۴۰ در مدت زمان تابش ۱۲۰ دقیقه با راندمان بالغ بر ۹۰% در پساب آزمایشگاهی و کمابیش ۷۰% برای پساب واقعی به ­دست آمد. آزمایش ­های بازیابی فتوکاتالیست بیان کننده پایداری فتوکاتالیست سنتزی است که می تواند بدون از دست دادن فعالیت اولیه قابل استفاده دوباره برای فرایند تصفیه باشد.نتیجه گیری: نتایج نشان می دهد که مکانیسم تخریب ایمی پرامین از نوع تخریب اکسیداسیونی از طریق حفره­ های نوری تولید شده است و از سینتیک درجه اول تحت تابش نور UVA پیروی می نماید. همچنین یافته ها گویای قابلیت کاربرد صنعتی فتوکاتالیست سنتزی Fe۳O۴/TiO۲/GQDs در تصفیه پساب حاوی آلاینده های آلی پایدار تحت شرایط بهینه است.

Keywords:

نانوکامپوزیت TiO۲/GQDs مغناطیسی , معدنی شدن فتوکاتالیستی , مکانیسم تخریب نوری