Skip to main content
SUPERVISOR
Ahmad Moheb,Arjomand Mehrabani zeinabad
احمد محب (استاد مشاور) ارجمند مهربانی زین آباد (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohammad Rahmati
محمد رحمتی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1394

TITLE

Synthesis of Fe-TiO2/Al2O3 Nano-catalysts in powder form and thin film layer for photocatalytic reduction of nitrate ion from aqueous solution under visible light and ultraviolet irradiation
In this study, different nano-catalysts of Fe-TiO 2 , Al 2 O 3 /TiO 2 , Fe-TiO 2 /Al 2 O 3 were synthesized by sol-gel technology. In order to study the performance of synthesized catalysts, the photocatalytic degradation of Direct-Red 16 dye under visible light investigated. Similar operational conditions and easier measurement of the dye contaminant compared to the nitrate ion caused the use of Direct Red 16 to confirm the performance of the catalysts. Based on preliminary the Direct Red 16 dye degradation tests were performed within range of 3-7 weight percent for Fe-TiO 2 and 0.1 to 0.3 weight ratio for Al 2 O 3 /TiO 2 . Optimum amount of Fe-TiO 2 /Al 2 O 3 nano-catalyst contents by RSM method were obtained, 7wt.%Fe 3+ /Ti 4+ with weight ratio of 0.11 for Al 2 O 3 /TiO 2 at pH 6.8. In the second step, to optimize the content of Fe-TiO 2 /Al 2 O 3 in nano-catalyst powder and to obtain the optimum conditions for nitrate ion reduction experiment, Design Expert software was implemented, in which the RSM method with central composite design were used. The parameter of doping amount of iron ion to titanium ion (wt.% Fe 3+ /Ti 4+ ), the amount of alumina relative to TiO 2 (TiO 2 /Al 2 O 3 ), and the formic acid ratio (as the electron donor or hole scavenger) to the nitrate ion, were simultaneously examined at three levels. The concentration of catalyst and initial concentration of nitrate ion were 1g/L and 100ppM NO 3 -N, respectively. The highest photocatalytic activity for powdered nano-catalyst with content of 6.23wt.% Fe-TiO 2 /Al 2 O 3 and a weight ratio of 0.13 for Al 2 O 3 /TiO 2 , with the ratio of formic acid to nitrate ion 5.14 M/M under visible light was obtained equal of 17.82 % in 360 minutes. All experiments were performed at ambient temperature of (25 ± 0.5)°C. The optimum nano-catalysts obtained in powder form were studied by ultraviolet irradiation to reduce nitrate ion and was obtained equal of 87 % under a period of 120 minutes. In the third step, the optimum contents of synthesized nano-catalyst in powder form, was deposited over a glass substrate in the form of a thin three layers film. The maximum photocatalytic reduction efficiency of nitrate ion by this nano-catalyst was obtained equal of 13.4 % irradiation of visible light under a period of 360 minutes. Keywords: Photocatalytic, Fe-TiO 2 /Al 2 O 3 , Direct Red 16, Nitrate ‌Ion, RSM, Powder nano-catalyst, Thin Film Layer, Visible Light, UV Irradiation.
در این پژوهش بمنظور حذف یون نیترات از محلول‌های آبکی، ابتدا نانوکاتالیست‌های مختلف Fe-TiO 2 ، Al 2 O 3 /TiO 2 ، Fe-TiO 2 /Al 2 O 3 با فناوری سل-ژل سنتز شد. برای تأیید عملکرد بهینه کاتالیست‌ها، تخریب فتوکاتالیستی رنگ Direct Red 16 با تابش نور مرئی مورد بررسی قرار گرفت. بدلیل وجود شرایط عملیاتی و سنجش آسان‌تر آلاینده رنگ نسبت به یون نیترات، در ابتدا از رنگ Direct Red 16 برای ارزیابی عملکرد کاتالیست‌ها استفاده شد. محدوده بهینه Fe-TiO 2 و Al 2 O 3 /TiO 2 به روش غربالگری برای تخریب رنگ Direct Red 16 به ترتیب 3 تا 7 درصد وزنی و 1/0 تا 3 /0 نسبت وزنی بدست آمد و تحلیل نتایج به روش RSM نشان داد که مقدار بهینه محتویات نانوکاتالیست Fe-TiO 2 /Al 2 O 3 ، برای نسبت Fe 3+ /Ti 4+ برابر 7% وزنی و برای نسبت وزنی Al 2 O 3 /TiO 2 برابر 11/0 در 8/6pH= است. در مرحله دوم، برای بهینه‌سازی عملکرد نانوکاتالیست Fe-TiO 2 /Al 2 O 3 به صورت پودری و بدست آوردن شرایط بهینه آزمایش کاهش یون نیترات، از نرم افزارDesign Expert و روش رویه پاسخ با طراحی ترکیبی مرکزی استفاده شد. پارامترهای مقدار دوپ یون آهن نسبت به یون تیتانیوم(wt.% Fe 3+ /Ti 4+ ) ، مقدار آلومینا نسبت به تیتانیا (TiO 2 /Al 2 O 3 ) و نسبت فرمیک اسید (به عنوان دهنده الکترون برای پر کردن حفره ها) به یون نیترات، به طور همزمان در سه سطح مورد بررسی قرار گرفت. غلظت کاتالیست و غلظت اولیه یون نیترات به ترتیب g/L 1 و ppM NO 3 - -N 100 در نظر گرفته شد. بیشترین فعالیت فتوکاتالیستی برای نانوکاتالیست پودری با مقدار بهینه wt.% Fe-TiO 2 /Al 2 O 3 23/6 و نسبت وزنی 13/0 برای Al 2 O 3 / TiO 2 ، نسبت فرمیک اسید به یون نیتراتM/M 14/5 با تابش نور مرئی در مدت 360 دقیقه برابر 82/17% بدست آمد. تمام آزمایش‌ها در دمای محیط ( °C5/0± 25) انجام شد. فعالیت نانوکاتالیست بهینه بدست آمده به صورت پودری، با تابش فرابنفش برای کاهش یون نیترات نیز مورد بررسی قرار گرفت و در مدت زمان 120 دقیقه برابر 87% بدست آمد. در مرحله سوم، نانوکاتالیست بهینه بدست آمده به صورت پودری، به صورت یک فیلم‌ سه لایه‌ایی نازک بر روی شیشه‌ایی نشانده شد. بیشترین کارایی کاهش فتوکاتالیستی یون نیترات با نانوکاتالیست سه لایه‌ایی حاوی wt.% Fe-TiO 2 /Al 2 O 3 23/6 و نسبت وزنی 13/0 برای Al 2 O 3 /TiO 2 در مدت 360 دقیقه با تابش نور مرئی 4/13% بدست آمد. کلمات کلیدی: فرآیند فتوکاتالیست-Direct Red 16 -Fe-TiO 2 /Al 2 O 3 - یون نیترات- روش‌رویه‌پاسخ- نانوکاتالیست پودری- فیلم‌لایه‌نازک- نور مرئی- تابش فرابنفش.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی