کاربرد نانو فتوکاتالیستها در تصفیه آب و فاضلاب

[naderloo]

[JUSTIFY]سلام، دوستان با توجه به اینکه اخیرا فتوکاتالیستها در تصفیه آب و فاضلاب مورد توجه قرار گرفته اند و نیاز به تبادل افکار در این خصوص وجود دارد مبحث فتوکاتالیست ها به بحث گذاشته میشود دوستانی که در خصوص این فن آوری اطلاعاتی دارند میتوانند وارد بحث شده و اطلاعات خود را به اشتراک بگذارند:

فتوکاتالیست ها موادی هستند که باعث نابودی آلاینده ها در آب و فاضلاب و تبدیل آنها به مواد بی خطر نظیر آب و دی اکسید کربن می شوند. فتوكاتاليست ماده‌اي است كه در اثر تابش نور بتواند منجر به بروز يك واكنش شيميايي شود، در حالي كه خود ماده، دست خوش هيچ تغييري نشود. فتوكاتاليست‌ها مستقيماً در واكنش‌هاي اكسايش و كاهش دخالت ندارند و فقط شرايط موردنياز براي انجام واكنش‌ها را فراهم مي‌كنند تعدادی از مواد که به عنوان فتوکاتالیست به کار میروند عبارتند از: دی اکسید تیتانیم (TiO2 )،اکسید روی (ZnO)،اکسید آهن (Fe2O3 )،اکسید تنگستن (WO3 ).دی اکسید تیتانیم به علت قیمت پایین،عدم نیاز به انرژی بالا، بازدهی بالا و عدم ایجاد آلودگی از بقیه مشهور تر است.دی اکسید تیتانیم کاربردهای فراوانی در زمینه های مختلف سنتزشیمیایی ،حفظ محیط زیست و پزشکی دارد.این اکسید به صورت نانو پودر و لایه نازک می تواند در انواع راکتور های شیمیایی به انجام واکنش کمک کند.اندازه این فتوکاتالیست در اندازه nm 20 ساخته می شود.پس از جذب اشعه ماورابنفش به وسیله این ذرات (طول موجهای کوچک تر از nm 400 )،اکترونهای آنها برانگیخته شده و از مدار خود خارج می شوند.که نتیجه آن بر جای گذاشتن حفراتی است که قابلیت اکسید کنندگی بسیار بالایی دارند.در عین حال الکترونها نیز که خاصیت احیا کنندگی قوی دارند پس از تماس با آب رادیکال های آزاد اکسیژنی . هیدرواکسیدی ایجاد می کنند.این رادیکالها خاصیت اکسید کنندگی بالایی داشته و قادر خواهند بود مواد آلاینده و باکتری ها را به مواد بی خطر مانند آب و دی اکسید کربن تجزیه کنند.شکل عملکرد دی اکسید تیتانیم را نشان می دهد.برای بهبود کارایی این نانو ذرات از دی اکسید تیتانیم تلفیح شده با آهن،اربییوم و لانتانیوم و مولیبدن استفاده می شود.برای تلفیح،ترازهای دیگر از انرژ ی درون باند ممنوعه این نیمه رسانا به وجود آمده و عمل اکسایش تحت تابش ها و طول موجهاب بلندتر و به طور ویژه درناحیه مرئی انجام می شود.

این رو، جایگزین بالقوه منابع برای تیتانیوم فتوکاتالیست بالقوه ای بنام اکسید روی است. مشابه TiO2، اکسید روی می تواند به عنوان یک نامزد فتوکاتالیست ایده آل است که مقرون به صرفه برای محیط زیست است. قابل مقایسه ذاتی انرژی از اکسید روی (ev 37/3) [به آن از TiO2 (ev2/3) همچنین باعث می شود که اکسید روی نامزد مناسب در جذب اشعه ماوراء بنفش نور به عنوان منبع تحریک به کار رود. به تازگی، گزارشات مختلف نشان داده اند که مواد فتوکاتالیستی خوب اکسید روی هستند. برای نمونه، ساکسیول و همکاران دریافتند که نانوذرات اکسید روی نرخ جذب بالاتر ی از نانوذرات TiO2دارند. آنها نسبت به این توانایی( از اکسید روی) در جذب بخش بزرگی از طیف خورشیدی و کوانتوم نور ازکه از TiO2 بهتر هستند

اکسید روی در اشکال مختلف تولید شده که این اشکال در ابعاد 1بعدی، 2بعدی یا 3بعدی می باشد. علاوه بر این ، بسیاری از گزارش در مورد استفاده از اکسید روی به خصوص نانوساختارها در دستگاه اپتوالکترونیک وارد شده است.

اگر چه ، بیشتراین نانوساختارها اکسید روی به صورت 1بعدی اکسید روی هستند. در نتیجه، به شدت تلاش می شود مطالعه نانوساختارهای ا بعدی را نادیده گرفته توسعه نانوساختارها 2 بعدی اکسید روی را بدهند.. تا به حال،به طورمحدود گزارشاتی درمورد استفاده از نانوساختارها به خصوص نانو ساختارهای 2 بعدی اکسید روی به عنوان مواد فتوکاتالیست وجود داشته است.[/JUSTIFY]

[naderloo]

پژوهشگران دانشگاه صنعتي اميرکبير نشان دادند كه نانواکسيد روي نسبت به نانواکسيد تيتانيوم توانايي بيشتري در حذف فتوکاتاليزي ترفتاليك اسيد دارد.

دکتر اشرف شفائي در گفتگو با بخش خبري سايت ستاد ويژه توسعه فناوري نانو در مورد اهداف خود از انجام اين پژوهش گفت: «در پژوهشي كارايي دو نانوکاتاليست، نانواکسيد تيتانيوم و نانواکسيد روي را در روش اكسيداسيون فتوكاتاليزي براي حذف ترفتاليک اسيد بررسي كرديم همين راستا به دليل اهميت بالاي نقش راکتورهاي نوري در روش اکسيداسيون فتوکاتاليزي، به طراحي، ساخت و استفاده از راکتور نوري با کارايي بالا پرداختيم».

فارغ‌التحصيل دکتري مهندسي شيمي دانشگاه صنعتي اميرکبير در ادامه اظهار داشت: «در اين پژوهش نشان داديم که اکسيد روي توليد ايران کارايي بالايي در فرآيند اكسيداسيون فتوكاتاليزي دارد. از سويي ديگر، با مقايسه نتايج حاصل از آن با مطالعه مشابهي که در زمينه حذف فتوکاتاليزي ترفتاليک اسيد انجام شده بود، نشان داديم که استفاده از راکتور نوري با مشخصات مناسب، سبب تسريع فرآيند و در نتيجه افزايش راندمان انرژي مصرفي مي‌گردد».

نتايج اين پژوهش نشان مي‌دهد که استفاده از روش اکسيداسيون فتوکاتاليزي با هر دو نوع نانوکاتاليست، کارايي بالايي در تجزيه و حذف ترفتاليک اسيد دارد، اما ترفتاليک اسيد با استفاده از نانواکسيد روي با کارايي بالاتري حذف مي‌شود.

گفتني است با وجود اينکه پژوهش فوق در ارتباط با تصفيه پساب صنعت پتروشيمي انجام گرفته‌است ولي روش به کار گرفته شده در اين پژوهش، مي‌تواند به‌عنوان روشي کلي در حذف و جداسازي مواد آلاينده آلي از جريان آب و پساب به‌كار رود.

جزئيات اين پژوهش که با راهنمايي دکتر منوچهر نيک‌آذر و دکتر مختار آرامي انجام شده، در مجله Desalination (جلد 252، صفحات 16- 8، سال2010) منتشر شده‌است.

منبع:ستاد توسعه فن آوری نانو

[naderloo]

نانو ذرات دی اکسید تیتانیم:

یکی از اکسید های معدنی که در سال های اخیر بیش از پیش در دنیای نانو به ویژه در پوشش دهی منسوجات و تولید کرم های ضد آفتاب و.... قرار گرفته ، دی اکسید تیتانیم ( TiO2) است. دی اکسید کربن در صنعت رنگ سازی کاربرد فراوان دارد و از آن در ساخت رنگ سفید استفاده می کنند ولی نانو ذرات آن به دلیل داشتن خواص فوق العاده و منحصربه فرد موارداستفاده فراوانی در صنایع , آرايشي و پوشش هاي محافظ در مقابل اشعه ماورا و... دارند. که اکثرا به دلیل اثر فوتوکاتالیستی آن است.
.
نانوفتوكاتاليست:

فتوكاتاليست ماده‌اي است كه در اثر تابش نور بتواند منجر به بروز يك واكنش شيميايي شود، در حالي كه خود ماده، دست خوش هيچ تغييري نشود. فتوكاتاليست‌ها مستقيماً در واكنش‌هاي اكسايش و كاهش دخالت ندارند و فقط شرايط موردنياز براي انجام واكنش‌ها را فراهم مي‌كنند.

تيتانيم دي اكسيد TIO2 (با گستره اندازه بين خوشه‌ها تا كلوئيدها – پودرها و تك بلوهاي بزرگ)، نزديك به يك فتوكاتاليست ايده‌آل است و تقريباً تمامي اين خصوصيات رادارد که به دلیل قابلیت جذب اشعه فرابنفش به وسیله این ماده است. فوتون های فرابنفش پر انرژی ترین ذرات هستند و در بیشتر موارد می توانند به سادگی باعث تخریب اجسام گردند که این پدیده معمولا از طریق شکست پیوندهای شیمائی در آنها صورت می گیرد که به آن تجزیه فوتوشیمیائی می گویند ، برخی از نانو مواد مانند دی اکسید تیتانیم ، قادرند با جذب اشعه فرابنفش و به واسطه خاصیت فوتوکاتالیستی خود پوششی ضد باکتری را ایجاد کنند به علاوه مانع از عبور اشعه از ماده گردد. تنها استثناء آن اين است كه نور مرئي را جذب نمي‌كند. نانو ذرات دي اكسيد تيتانيم، بر سطح زيرلايهاي مناسبي از جمله شيشه و يا تركيبات سيليسي، پوشش داده مي‌شوند و در حوضچه‌هاي تحت تابش نور ماوراء بنفش، قرار مي‌گيرند.


نمونه ایی از کاربرد های نانوذرات دی اکسید تیتانیم:

پژوهشگران موفق به تولید غشای تصفیه‌کننده ای شدند که به دلیل وجود نانو ذرات دی‌اکسید تیتانیم (TiO2) از گرفتگی حفره ها توسط ذرات چربی و پروتئین جلوگیری می‌کند و در نتیجه طول عمر بالاتری دارند.
در این تحقیق از خواص فتوکاتالیستی و فوق آب دوستی نانوذرات دی اکسید تیتانیوم برای اصلاح سطح غشاهای پلی‌اترسولفونی و ایجاد سطحی با خاصیت ضد گرفتگی بالا استفاده شده است.
استفاده در صنایعی چون لبنی و آب و فاضلاب را از جمله کاربردهای این غشاها ذکرشده است و از جمله مشکلات عدیده ای که کارخانجات سازنده غشاها و همچنین صنایع مصرف کننده آنها با آن درگیر هستند، گرفتگی سطح و حفرهئهای غشاها توسط پروتئین ها، چربیها، باکتریها، ویروسها و سایر عوامل ایجاد کننده گرفتگی است که این امر موجب کاهش کارایی و عمر غشاها می شود.
برای ساخت این غشا از دو روش استفاده شد، در حالت اول نانوذرات TiO2 به صورت محلول ساخته شده و به غشاء افزوده می‌شوند اما در حالت دوم نانوذرات 2TiO با استفاده از روش غوطه وری بر روی غشا اولیه پلی اترسولفون پوشش داده می‌شوند سپس غشاها تحت تابش نور UV در مدت زمان معین قرار می‌گیرند.
پوشش سطح غشا با استفاده از نانوذرات TiO2 از میزان گرفتگی سطح آنها توسط عوامل مختلف مثل چربیها و پروتئین ها به مقدار قابل توجهی می‌کاهد. این امر به دلیل خواص همزمان فتوکاتالیستی و فوق‌آب دوستی نانوذرات 2TiO است.
نانوذرات 2TiO که تحت تابش نورUV قرار گرفتند، می‌توانند بیشتر ترکیبات آلی را تجزیه کنند ضمن آنکه آب دوستی سطح غشاها نیز با استفاده از نانوذرات 2TiO زیاد می‌‌شود که میزان گرفتگی بر روی چنین سطوحی کمتر است.

روش های تولید:

دراینجا به دو روش جدید که برگرفته از دو مقاله است اشاره می شود:
1-نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم به روش میکروامولسیون آب در فاز آلی تهیه شدند. سپس اکسید سریم و پلاتین به روش القاح به ساختار نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم وارد شدند. نانو ذرات تهیه شده جهت ساخت سنسور اکسیژن برای وسایل نقلیه درونسوز، مورد استفاده قرار گرگفتند. نوع فازهای کریستالی، اندازه دانه ها و سطح مخصوص آنها توسط روش های BET , XRD مشخص شده اند. مشخص شده است که نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم در محدوده دماهای کلسیناسیون 500-800 درجه سانتی گراد دارای فاز آناتایز خالص می باشند و در دماهای بالاتر از 900 درجه سانتی گراد تبدیل فاز آفاتایز به روتایل آغاز می شود.
نتایج نشان می دهد که نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم تجاری (P25) دارای تغییرات مقاومت کمتری با لاندا و بنابراین دارای حساسیت کمتری نسبت به نمونه های دی اکسید تیانیوم سنتز شده در این کار، می باشند. وارد شدن پلاتین به ساختار دی اکسید تیتانیوم مقاومت سنسور را فقط در لاندا بزرگتر از یک بطور قابل توجهی افزایش داده است. در ناحیه گذر (لاندا برابر یک) در مورد دو سنسور پلاتین – دی اکسید تیتانیوم و سریا – دی – اکسید تیتانیوم شیب تیزی مشاهده شده است.

2- شیوه جدیدی برای تولید نانو پودر اكسید تیتانیوم كه در كرم‌های ضد آفتاب ، جاذب‌های اشعه فرابنفش و كاتالیست‌های حذف‌كننده مواد آلی كاربرد دارد، در دانشگاه امیركبیر ارائه شد.

به گزارش به نقل از خبرنامه مهرماه امیركبیر، مریم سالاری مجری این طرح موفق شد با استفاده از روش مكانوشیمیایی، پودر اكسید تیتانیوم را با اندازه كمتر از ‪۵۰‬نانومتر تولید كند.

وی كه دانش آموخته دانشكده مهندسی معدن و متالورژی دانشگاه امیركبیر است روش مكانوشیمیایی را از راههای جدید و بهینه تولید اكسید تیتانیوم ذكر كرد و گفت این شیوه در مقایسه با روش متداول شیمیایی از نظر زمان و مراحل تولید، اقتصادی تر است
این روش قابلیت تولید نانوذرات كروی با توزیع اندازه یكنواخت را نیز دارد.

وی افزود نانو پودر اكسیدتیتانیوم در كرم‌های ضد آفتاب به عنوان جذب كننده اشعه فرابنفش و در ساخت كاتالیست‌های نوری كه مواد آلی موجود در پساب را تصفیه می‌كند كاربرد دارد.

مجری این طرح روش كار خود را تركیب نمك كلرید سدیم با سولفات تیتال ذكر كرد و گفت این دو ماده ابتدا در آسیاب گلوله‌ای قرار گرفته و سولفات تیتال به اكسید تیتانیوم آمورف تبدیل می‌شود، ولی برای بلوری شدن آن نیاز به قرار دادن تركیب در كوره‌ای با دمای بالاتر از ‪۶۰۰‬درجه سانتی گراد دارد.

وی افزود پس از تشكیل بلورهای اكسید تیتانیوم نمك كلرید سدیم شسته شده و نمك آن با استفاده از سانتریفیوژ جدا می‌شود.

به گفته سالاری تشكیل بلورهای نانو پودر اكسید تیتانیوم با استفاده از دستگاههای پراش پرتو ایكس (‪ ( XRD‬و تعیین اندازه ذرات به كمك میكروسكوپ الكترونی روبشی (‪ ( SEM‬و میكروسكوپ الكترونی عبوری (‪(TEM‬انجام شده است.

[naderloo]

جهت اطلاعات بیشتر به لینک های ذیل مراجعه شود:

دانلود کتاب:Advanced Photochemical Oxidation Processes

فناوري نانو چيست؟

خطرات نانو ذرات

دانلود کتاب: اکسیداسیون فوتوشیمیایی پیشرفته (EPA)

مقایسه فعالیت استان ها درزمینه ترویج فناوری نانو درسال89

[per3ica]

کاربرد های اکسید روی ZnO :

مهمترین کاربرد اکسید روی در صنایع لعاب سازی و تولید کاشی و سرامیک و چینی و بهداشتی است که بمنظور ایجاد براقیت بالا, پوشش دهندگی و گداز آوری کاربرد فراوان دارد.

در صنایع پلاستیک
در صنایع تولید شیشه
در تولید سیمان
در کود سازی ( تولید سولفات روی و کلات روی )
در صنایع لاستیک سازی (تایر خودرو)
در صنایع آرایشی و بهداشتی و دارویی
در صنایع نرم کننده
در صنایع رنگ سازی
در صنایع تولید موم
در صنایع تولید چسب و باتری سازی
در صنایع مواد غذایی
در مکمل سازی دام و طیور ( فعال کننده آنزیم های دام و طیور)
در لنت سازی
در ساخت چرم مصنوعی