Skip to main content
SUPERVISOR
مرضیه دریانورد (استاد مشاور) حسن حداد زاده (استاد راهنما)
 
STUDENT
Maryam Shokrollahi
مریم شکراللهی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1394

TITLE

Synthesis, characterization and photocatalytic application of graphite-like C3N4 nanomaterials containing Fe, Ru, Co and Ni
In this thesis, graphite-like C 3 N 4 nanomaterials (g-C 3 N 4 ) were synthesized from two inexpensive and available precursors, viz. , urea and thiourea, through the calcination method in an electrical furnace. The prepared materials were characterized using FT-IR, FE-SEM, BET, AFM, XRD, solid-state UV, and zeta potential methods. The results showed that g-C 3 N 4 nanomaterials were successfully synthesized. In the next step, g-C 3 N 4 nanomaterials were metal-doped by four transition metal salts of iron (III), ruthenium (III), cobalt (II), and nickel (II). The obtained products ( i.e., X@g-C 3 N 4 ( X = Fe, Ru, Co, and Ni)) were also characterized using FT-IR, FE-SEM, solid-state UV, ICP, EDX, BET, and zeta potential methods. The results showed that the immobilization process of metal salts on the g-C 3 N 4 surface were successfully done. In addition, the photocatalytic activity of g-C 3 N 4 obtained from two precursors urea and thiourea, as metal-free photocatalysts, and X@g-C 3 N 4 (X = Fe, Ru, Co, and Ni) samples, as metallated photocatalysts, on the photodegradation of Sky Blue and Youhao reactive K2BP pigments was investigated under visible light in aqueous solutions. The progress of the reactions was monitored by UV-Vis spectrophotometer. The results demonstrated the proper efficiency of the prepared nanomaterials in the photocatalytic degradation of organic pigments. The results also showed that the g-C 3 N 4 ample obtained from precursor urea and its metallated forms, X@g-C 3 N 4 (X = Fe, Ru, Co, and Ni) have better efficiency and higher reaction rate in the photocatalytic degradation of organic pigments in comparison to those obtained from another precursor, thiourea. Consequently, these nanomaterials were used to optimize the effective factors of the photocatalytic degradation of Rhodamine B dye under the visible light. The optimized factors are including photocatalyst quantity, concentration of the colored solution, and pH. Finally, the amounts of the photocatalyst and concentration of the colored solution were optimized at 0.015 g and 5 ppm, respectively. The optimal pH of the colored solution for the photocatalysts g-C 3 N 4 and X@g-C 3 N 4 (X = Ru, Co, and Ni) was obtained at an acidic range (pH = 3) and forFe@g-C 3 N 4 was obtained at a neutral range (pH = 7). The kinetic study of the photocatalytic degradation reactions of Rhodamine B showed that all the degradation reactions are first-order. In addition, the renewability of the photocatalysts were investigated in four successive cycles in the optimal conditions of each photocatalyst. The results showed that at the end of forth cycle, the amount of dye decomposed by the recycled photocatalysts was approximately the same as the fresh photocatalysts. This indicates the stability of the prepared photocatalysts in the reaction mixture. Finally, the photocatalytic activity of C 3 N 4 and X@g-C 3 N 4 by prepared from urea precursor was investigated for the photocatalytic degradation of Rhodamine B under sunlight. The results showed that these photocatalysts have an efficient photocatalytic activity under the sunlight exposure.
در این پایان نامه، نانومواد شبه گرافیتی (C 3 N 4 (g-C 3 N 4 ، با استفاده از دو پیش ماده در دسترس و ارزان قیمت اوره و تیواوره، به روش کلسینه کردن (حرارت دادن در کوره) سنتز شدند. سپس با روش های FT-IR، FE-SEM، BET، AFM، XRD، UV جامد و پتانسیل زتا شناسایی شدند. نتایج نشان دهنده سنتز موفقیت آمیز نانومواد g-C 3 N 4 بودند. در مرحله بعد، نانومواد g-C 3 N 4 با استفاده از نمک یون های فلزی آهن (III)، روتنیوم (III)، کبالت (II) و نیکل (II) فلزدار شدند. محصولات این مرحله یعنی X@g-C 3 N 4 ( X = Fe, Ru, Co, Ni ) با روش های FT-IR، FE-SEM، XRD، UV جامد، ICP، EDX، BET و زتا پتانسیل شناسایی شدند. نتایج نشان دهنده قرارگیری ذرات فلزی بر روی سطح g-C 3 N 4 بودند. در ادامه به منظور بررسی فعالیت فوتوکاتالیتیکی g-C 3 N 4 به دست آمده از پیش ماده های اوره و تیواوره به عنوان فوتوکاتالیست های بدون فلز و X@g-C 3 N 4 ( X = Fe, Ru, Co, Ni ) با بستر به دست آمده از پیش ماده های اوره و تیواوره به عنوان فوتوکاتالیست های فلزدار، آزمون تخریب فوتوکاتالیتیکی رنگدانه های صنعتی ky Blue و Youhao reactive K2BP در محلول های آبی و شرایط محیط تحت تابش نور مرئی، در حضور فوتوکاتالیست های فوق انجام شد. پیشرفت این واکنش ها با اسپکتروفوتومتر UV-Vis دنبال شد. نتایج نشان هنده کارایی مناسب نانومواد سنتز شده در فرآیند تخریب فوتوکاتالیتیکی رنگدانه ها بودند. همچنین مقایسه نتایج نشان دادند که g-C 3 N 4 به دست آمده از پیش ماده اوره و( X@g-C 3 N 4 ( X = Fe, Ru, Co, Ni با بستر به دست آمده از پیش ماده اوره، کارایی بهتر و سرعت بالاتری نسبت به نانومواد به دست آمده از پیش ماده تیواوره در حذف فوتوکاتالیتیکی رنگدانه ها دارند. به همین دلیل، این نانومواد برای بهینه سازی فاکتورهای مؤثر در انجام واکنش تخریب فوتوکاتالیتیکی رنگ ردآمین – ب تحت تابش نور مرئی استفاده شدند. فاکتورهای بهینه شده شامل مقدار فوتوکاتالیست، غلظت و pH محلول رنگی هستند. در نهایت، برای تمام فوتوکاتالیست ها مقدار بهینه 015/0 گرم و غلظت بهینه محلول رنگی m5 تعیین شد. pH بهینه محلول رنگی برای فوتوکاتالیست های g-C 3 N 4 و( X@g-C 3 N 4 ( X = Ru, Co, Niاسیدی (3 =pH ) و برای Fe@g-C 3 N 4 خنثی (7 =pH ) به دست آمد. بررسی سینتیک واکنش های تخریب فوتوکاتالیتیکی رنگ ردآمین – ب نشان داد که همه این واکنش ها سینتیک مرتبه یک دارند. همچنین تجدیدپذیری فوتوکاتالیست ها در چهار چرخه پیاپی در شرایط بهینه مربوط به هر فوتوکاتالیست بررسی شد. نتایج نشان دادند که در پایان چرخه چهارم، میزان حذف رنگ توسط فوتوکاتالیست های بازیافتی، نزدیک به فوتوکاتالیست اولیه بود. این موضوع بیانگر پایداری فوتوکاتالیست مورد نظر در محیط واکنش است. در پایان، برای سنجش فعالیت فوتوکاتالیتیکی نانومواد سنتز شده با پیش ماده اوره تحت تابش نور خورشید، آزمون تخریب فوتوکاتالیتیکی رنگ ردآمین – ب در شرایط بهینه در حضور g-C 3 N 4 به دست آمده از پیش ماده اوره و X@g-C 3 N 4 ( X = Fe, Ru, Co, Ni ) با بستر به دست آمده از پیش ماده اوره تحت تابش نور خورشید انجام شد. نتایج نشان دادند که این فوتوکاتالیست ها علاوه بر نور مرئی، تحت تابش نور خورشید نیز دارای فعالیت فوتوکاتالیتیکی هستند.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی