چکیده
با توجه به افزایش نیاز به منابع آب و آلوده شدن بسیاری از منابع آبی، تصفیه آب ها و پساب ها از اهمیت زیادی برخوردار است. از سوی دیگر با توجه به هزینه های بالا تأمین انرژی استفاده از روش های که بتواند هزینه های انرژی تصفیه پساب را کاهش دهد مورد توجه بسیاری از محققان بوده است. یکی از روش های پیشنهادی استفاده از مواد فوتوکاتالیستی است که می تواند با استفاده از نور خورشید به عنوان یک انرژی پاک و ارزان قیمت فرآیند تصفیه پساب ها را انجام دهد. یکی از مواد مورد استفاده به عنوان فوتوکاتالیست تیتانیوم دی اکسید بوده که خواص نوری و فوتوکاتالیستی مناسبی برای تصفیه آلاینده های آلی از پساب دارد. علی رقم آن که تیتانیوم دی اکسید مزایای فراوانی دارد، معایبی نیز دارد که راندمان فرآیند تصفیه پساب را کاهش می دهد. یکی از نقاط ضعف تیتانیوم دی اکسید انرژی شکاف نواری آن است که موجب می شود تیتانیوم دی اکسید در طول موج های ماوراءبنفش فعال شود. از اهداف این پژوهش افزودن عنصر سریم به صورت آلایش شده به منظور کاهش انرژی شکاف نواری تیتانیوم دی اکسید و افزودن عنصر مس بهصورت آلایش شده بهمنظور ایجاد خواص آنتی باکتریالی برای نانوکامپوزیت است. همچنین استفاده از روش هایی که بتواند قابلیت جداسازی آسان و بازیابی تیتانیوم دی اکسید را فراهم کند از اهمیت بالایی برخوردار است. در پژوهش حاضر سنتز نانوکامپوزیت آهن اکسید آلایش شده با مس-تیتانیوم دیاکسید آلایش شده با سریم به عنوان یک فوتوکاتالیست مؤثر در تصفیه پساب ها انجام شده است. به نظر می رسد به کمک این روش می توان چالش های پیش روی تیتانیوم دی اکسید به عنوان یک ماده فوتوکاتالیستی در محدوده نور مرئی را برطرف کرد و با گسترش دامنه خاصیت فوتوکاتالیستی این ماده در محدوده نور مرئی کاربرد گسترده ای را مورد استفاده قرار داد. به منظور مشخصهیابی نانوکامپوزیت سنتز شده از آزمون طیف سنج مرئی-ماوراءبنفش استفاده شد که نتایج نشان می دهد آلایش شدن سریم بر روی نانوکامپوزیت سنتز شده موجب کاهش انرژی شکاف نواری و بهبود خواص نوری و فوتوکاتالیستی نانوکامپوزیت شده است. همچنین آزمون های پراش پرتو ایکس، طیفسنجی سریه فوریه فروسرخ، میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی همراه با طیف سنج پرتو ایکس پراکنده انرژی، مغناطیس سنج نمونه ارتعاشی، طیف سنجی بازتابی پراکنده، میکروسکوپ الکترونی عبوری، BET و پتانسیل زتا صحت و عملکرد مناسب نانوکامپوزیت سنتز شده را تائید کرد. بر اساس نتایج آزمون طیف سنج مرئی-ماوراءبنفش، استفاده از سریم آلایش شده توانست انرژی شکاف نواری تیتانیوم دی اکسید را از 2/3 الکترون ولت به 4/2 الکترون ولت کاهش دهد و از این طریق می توان نانوکامپوزیت سنتز شده را در طول موج های مرئی بکار گرفت. نتایج آزمون پراش پرتو ایکس نشان می دهد، صفحات بلوری مربوط به فاز آناتاز و روتیل برای نانوکامپوزیت سنتز شده به وضوح قابل مشاهده است. همچنین افزودن سریم باعث غالب شدن فاز آناتاز بر روتیل در نانوکامپوزیت شده است. بر طبق نتایج آزمون طیف سنجی سریه فوریه فروسرخ، نوارهای مربوط به پیوندهای Cu-O و Fe-O به خوبی نشان دهنده ی سنتز موفق نانوکامپوزیت نهایی است که ترکیبات شیمیایی مورد نظر برای انجام فرآیند تخریب آلاینده در آن به خوبی سنتز شده است. طبق نتایج آزمون مغناطیس سنج نمونه ارتعاشی، نانوکامپوزیت سنتز شده دارای خاصیت پارامغناطیسی بوده که به راحتی با ایجاد یک میدان مغناطیسی می توان آن را جداسازی کرد. همچنین نانوکامپوزیت سنتز شده دارای اندازه ذرات حدودا 40 تا 45 نانومتر است. همچنین بررسی عملکرد نانوکامپوزیت در تخریب متیلنبلو نشان می دهد این نانوکامپوزیت در شرایط بهینه عملیاتی (زمان واکنش برابر با 85/3 ساعت، درصد سریم آلایش شده برابر با 64/2 درصد، میزان نانوکامپوزیت برابر با 08/20 میلیگرم و منبع نور ماوراءبنفش) قادر به تخریب بیش از 92/86 درصد آلاینده ها متیلنبلو از پسابهای صنعتی است. در نهایت بررسی پایداری نانوکامپوزیت نشان می دهد که نانوکامپوزیت سنتز شده قادر است پس از 5 چرخه استفاده مجدد همچنان عملکرد قابل قبولی برای تخریب آلاینده ها داشته باشد.