Preparation and investigation on photocatalytic activity of novel nanocomposites based on TiO2 quantum dots under visible light

Shoja, Asma (2020) Preparation and investigation on photocatalytic activity of novel nanocomposites based on TiO2 quantum dots under visible light. Masters thesis, University of Mohaghegh Ardabili.

[img] Text
پایان نامه ویرایش شده اسما شجاع_(0).pdf

Download (1MB)
Official URL: http://uma.ac.ir/

Abstract

Research Aim: Today, with the global warming problem, the sweet water resources on earth are declining. On the other hand, with the advent of societies and the expansion of various industries, the level of water pollution has increased significantly in recent years. Therefore, contaminated water treatment is one of the challenges that has received much attention. The use of photocatalytic processes is one of the most accepted strategies to remove pollutants from water. In this thesis, we improved the photocatalytic activity of TiO2 by increasing the surface area and combining it with other visible-light-induced semiconductors. Research method: Initially, suitable semiconductors in terms of the potential of the conduction band and valence band were selected to couple with TiO2 by the study of various and related articles. After purchasing the necessary precursors, the TiO2-based nanocomposites were prepared. Then, the as-obtained photocatalysts were characterized in terms of the crystal structure, purity, morphology, chemical, optical, textural, and electrochemical properties using XRD, EDX, SEM, TEM, HRTEM, FTIR, XPS, DRS, PL, BET, M-S, EIS, and photocurrent analyses. Findings: In the next step, the photocatalytic activity of nanocomposites was studied by remove various cationic and anionic pollutants. Also, the effect of fundamental parameters such as weight ratio of different components of nanocomposite, preparation time and effect of active species on photocatalytic activity was investigated. Conclusion: This thesis focuses on the provision of three types of novel nanocomposites based on TiO2 QDs with responsive range in the visible light by facile methods. Photocatalytic activity of the nanocomposites was investigated by degradation of different pollutants such as rhodamine B, methylene blue, Malachite green, and fuchsine under visible-light illumination. The degradation rate constants over the optimal nanocomposites were higher than those of the TiO2 and TiO2 QDs nanocomposites. Finally, the potential using of the prepared samples and their recovery were studied. It was shown that there is no significant loss in photocatalytic activity after four runs, which implied that the ternary nanocomposites are highly stable in the photocatalytic activities. In the future, the ability of the as-prepared nanocomposites can be studied in other fields such as CO2 reduction, inactivation of microorganisms such as bacteria and fungi, and hydrogen production.

Item Type: Thesis (Masters)
Persian Title: تهیه و بررسی فعالیت فتوکاتالیزوری نانوکامپوزیت¬های جدید بر پایه¬ی نقاط کوانتومی TiO2 تحت تابش نور مرئی
Persian Abstract: چکیده: هدف: امروزه با توجه به مساله گرمایش جهانی، منابع آبی شیرین موجود روی کره ی زمین رو به کاهش است. از طرفی با پیشرفت جوامع و گسترش صنایع مختلف، میزان آلودگی آب نسبت به سالهای اخیر افزایش چشمگیری داشته است. بنابراین تصفیه ی آب های آلوده یکی از چالش هایی است که مورد توجه زیادی قرار گرفته است. استفاده از فرآیندهای فتوکاتالیزوری یکی از بهترین روش ها برای حذف آلاینده ها و تصفیه ی آب می باشد. در این پایان نامه هدف بهبود فعالیت فتوکاتالیزوری TiO2 از طریق افزایش مساحت سطح و ترکیب کردن با سایر نیمه هادی های فعال تحت تابش نور مرئی می باشد. روش‌شناسی پژوهش: ابتدابا مطالعه ی مقالات متعدد و مرتبط، نیمه هادی های مناسب از لحاظ سطح انرژی نوار رسانش و نوار ظرفیت جهت ترکیب شدن با TiO2 انتخاب شد. بعد از خریداری مواد اولیه لازم، نانوکامپوزیت های مورد نظر بر پایه TiO2 تهیه گردید. سپس نمونه های مختلف تهیه شده از لحاظ ساختار بلوری، خلوص، مورفولوژی، ویژگی های شیمیایی، نوری، سطحی به کمک آنالیزهای XRD، EDX، SEM، TEM، HRTEM، FTIR، XPS، DRS، PL، BET مورد بررسی قرار گرفت. یافته‌ها: در مرحله ی بعدی فعالیت فتوکاتالیزوری نانوکامپوزیت های تهیه شده در تخریب آلاینده-های آلی کاتیونی و آنیونی و معدنی مختلف مورد بررسی قرار گرفت. همچنین اثر پارامترهای بنیادی نظیر نسبت وزنی اجزای مختلف سازنده نانوکامپوزیت، مدت زمان تهیه و اثر گونه های فعال بر روی فعالیت فتوکاتالیزور فوق بررسی گردید و مشاهده شد که نانوکامپوزیت های تهیه شده برپایه ¬ی نقاط کوانتومی TiO2 فعالیت فتوکاتالیزوری بیشتری در تخریب آلاینده¬ها دارند. نتیجه‌گیری: با بررسی و مطالعه¬ی سینتیک تخریب فتوکاتالیزوری آلاینده¬های آلی آنیونی و کاتیونی متفاوت شامل متیل اورانژ، مالاشیت سبز، رودامین ب، کنگورد، متیلن بلو و غیره استفاده شدند. همچنین فعالیت فتوکاتالیزوری نانوکامپوزیت¬های تهیه شده تحت تابش نور مرئی مورد مطالعه و بررسی قرار گرفت. در هر سه کار، ثابت سرعت تخریب فتوکاتالیزوری آلاینده¬های مختلف بوسیله¬ی نانوکامپوزیت¬های تهیه شده¬ی بهینه از نیمه¬هادی¬های تکی TiO2 و TiO2 QDs بیشتر بودند. در نهایت، توانایی نانوکامپوزیت¬های تهیه شده در استفاده¬ی مجدد مورد مطالعه و بررسی قرار گرفت. نانوکامپوزیت¬هایی که تحت بازیافت قرار گرفتند، در فعالیت فتوکاتالیزوری کاهش زیادی را نشان ندادند که طبق نتایج نانوکامپوزیت¬ها پایداری بالایی دارند. در ادامه¬ی این کارها می¬توان توانایی نانوکامپوزیت¬های تهیه شده در زمینه¬های دیگر نظیر کاهش CO2، غیر فعال کردن میکروارگانیسم¬ها نظیر باکتری¬ها و قارچ¬ها و تولید هیدروژن مورد بررسی قرار داد. واژه‌های کلیدی: فتوکاتالیزور، تخریب آلاینده های آب، نقاط کوانتومی TiO2، اتصال ناهمگون
Supervisor:
SupervisorE-mail
Habibi Yangjeh, AzizUNSPECIFIED
Advisor:
AdvisorE-mail
Mousavi, MitraUNSPECIFIED
Subjects: Faculty of Basic Sciences > Department of Chemistry
Divisions > Faculty of Basic Sciences > Department of Chemistry
Divisions: Subjects > Faculty of Basic Sciences > Department of Chemistry
Faculty of Basic Sciences > Department of Chemistry
Date Deposited: 26 Oct 2020 07:23
Last Modified: 26 Oct 2020 07:23
URI: http://repository.uma.ac.ir/id/eprint/11875

Actions (login required)

View Item View Item