Preparation and investigation on photocatalytic activity of some novel magnetically separable visible-light-driven photocatalysts based on g-C3N4

Mousavi, Mitra and Habibi-Yangjeh, Aziz and Seifzadeh, Davod and Shamkhali, Amir Naser and Abedi, Marjan (2018) Preparation and investigation on photocatalytic activity of some novel magnetically separable visible-light-driven photocatalysts based on g-C3N4. Doctoral thesis, University of Mohaghegh Ardabili.

[img] Text
Mitra Mousavi.pdf

Download (364kB)
Official URL: http://www.uma.ac.ir

Abstract

Research Aim: Due to the limited availability of water resources and the increasing need for treatment of contaminated water, the importance of introducing and supplying materials that brings to this goal is not overlooked. In this regard, the purposes of this thesis is preparation of the nanocomposites based on g-C3N4 by combining it with various semiconductors to increase the ability for absorption of visible light and enhance the separation of charge carriers, solving the problem of recovery of the nanocomposites by combining them with Fe3O4 magnetic material and investigation photocatalytic activity of the as-prepared nanocomposites for removal of different organic and inorganic pollutants in water. Research method: Firstly, the history of the work was studied by investigating various scientific sources. Then, the potential efficacy of photocatalysts was evaluated by the study of various articles. Afterthat, the potential of the conduction band, valence band and the probably mechanism for increasing their photocatalytic activity were investigated. Findings: The study of the photoactivity of the as-prepared nanocomposites for removal of various organic and inorganic pollutants showed that increasing the absorption of visible light due to the existence of narrow band gap semiconductors, ability to generation of electron-hole pairs, high separation rate of the electron-hole pairs at the interface of the semiconductors, and the increasing of the specific surface area are the main reasons for the enhanced photocatalytic activity of the optimally prepared nanocomposites compared to the counterpatrs. Conclusion: This thesis focuses on the facile preparation of ten types of novel magnetically separable nanocomposites with responsive range in the visible light by refluxing, calcinating, and ultrasonic irradiation methods. The structure, purity, morphology, chemical, optical, thermal, magnetic, and textural properties of the prepared samples were characterized by XRD, EDX, SEM, TEM, HRTEM, XPS, FTIR, UV–vis DRS, PL, TGA, VSM, and BET techniques. Photocatalytic activity of the nanocomposites was investigated by degradation of different cationic and anionic organic pollutants such as rhodamine B, methylene blue, methyl orange, fuchsine, and phenol and removal of inorganic pollutants such as reduction of Cr(VI) under visible-light irradiation. The degradation rate constants of pollutants over the optimal nanocomposites were higher than those of the g-C3N4 and g-C3N4/Fe3O4 photocatalysts. Moreover, the effects of the important parameters such as preparation time and calcination temperature were also studied. In order to evaluate the role of photogenerated reactive species in the degradation of pollutants over the nanocomposites, different scavengers such as benzoquinone, ammonium oxalate, and 2-PrOH were added to the reaction system. Finally, the potential using of the prepared photocatalysts and their recovery were investigated. It was shown that there is no significant loss in photocatalytic activity after successive runs, which implied that the nanocomposites are highly stable in the photocatalytic processes. 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 (Doctoral)
Persian Title: تهیه و بررسی فعالیت فتوکاتالیزوری تعدادی فتوکاتالیزور جدید فعال تحت تابش نور مرئی و قابل بازیافت مغناطیسی بر پایه g-C3N4
Persian Abstract: هدف: با توجه به محدودیت منابع آبی و نیاز روزافزون به استفاده بهینه از آب و تصفیه¬ی آب‌های آلوده، اهمیت معرفی و تهیه موادی که ما را به این هدف نزدیک کند بر کسی پوشیده نیست. در این راستا، اهداف این رساله عبارت هستند از تهیه نانوکامپوزیت¬های بر پایه¬ی g-C3N4 از طریق ترکیب کردن آن با نیمه¬رساناهای مختلف برای افزایش توانایی جذب نور مرئی و افزایش میزان جدایی حامل¬های بار، همچنین حل مشکل بازیابی این نانوکامپوزیت¬ها از طریق ترکیب آن¬ها با ماده مغناطیسی Fe3O4 و در نهایت بررسی فعالیت فتوکاتالیزوری نانوکامپوزیت¬های تهیه شده در تخریب آلاینده¬های معدنی و آلاینده¬های آلی بی رنگ و نیز رنگی کاتیونی و آنیونی مختلف موجود در آب. روش‌شناسی پژوهش: ابتدا با مطالعه منابع علمی گوناگون، پیشینه کارها مورد مطالعه قرار گرفت. سپس از طریق مطالعه مقالات متعدد، میزان کارآیی احتمالی فتوکاتالیزورها مورد ارزیابی قرار گرفت. سپس با مطالعه ساختار الکترونی نیمه¬رسانا-های مورد نظر، میزان پتانسیل باندهای رسانش و ظرفیت آن¬ها و بدین ترتیب مکانیسم احتمالی افزایش فعالیت فتوکاتالیزوری آنها بررسی شد. یافته‌ها: بررسی توانایی فتوکاتالیزوری نانوکامپوزیت¬های تهیه شده در تخریب آلاینده¬های آلی رنگی و بدون رنگ و آلاینده¬ی¬ معدنی نشان داد که افزایش جذب نور مرئی به دلیل وجود نیمه¬رسانا¬های با شکاف انرژی کوچک ، توانایی بیشتر در تولید جفت الکترون-حفره، سرعت جدایی بسیار بالای زوج الکترون-حفره در محل اتصال نیمه¬رسانا¬ها و افزایش مساحت سطح مؤثر، دلایل افزایش فعالیت فتوکاتالیزوری نانوکامپوزیت¬های بهینه¬ی تهیه شده نسبت به نمونه¬های خالص و اجزای تشکیل دهنده می¬باشد. نتیجه‌گیری: در این رساله به تهیه¬ی ده نوع نانوکامپوزیت مغناطیسی جدید فعال تحت تابش نور مرئی با استفاده از روش-های ساده¬ی رفلاکس، کلسینه و تابش امواج فراصوت پرداخته شده است. ساختار، خلوص، مورفولوژی، خواص شیمیایی، نوری، حرارتی، مغناطیسی و سطحی نمونه¬های تهیه شده با تکنیک¬های XRD، EDX، SEM، TEM، HRTEM، XPS، FTIR، UV-vis DRS، PL، TGA، VSM و BET شناسایی شدند. فعالیت فتوکاتالیزوری نانوکامپوزیت¬ها با مطالعه¬ی سینتیک تخریب آلاینده¬های آلی کاتیونی و آنیونی مختلف از جمله رودامین¬ب، متیلن بلو، متیل اورانژ، فوشین و فنول و آلاینده¬های معدنی نظیر کاهش کروم (VI) تحت تابش نور مرئی بررسی شدند. ثابت¬های سرعت تخریب آلاینده¬ها بر روی نانوکامپوزیت-های بهینه بیشتر از نمونه¬های g-C3N4 و g-C3N4/Fe3O4 بودند. نتایج نشان داد که عواملی همچون زمان تهیه و دمای کلسینه با تأثیر بر روی مورفولوژی و میزان جدایی حامل¬های بار بر روی فعالیت فتوکاتالیزوری مؤثرند. برای ارزیابی نقش گونه¬های فعال تولید شده در تخریب آلاینده¬ها بر روی نانوکامپوزیت¬ها، به دام اندازنده¬های مختلفی مانند بنزوکینون، آمونیوم اگزالات و 2-پروپانول به سیستم واکنش اضافه شدند. سرانجام، قابلیت استفاده¬ی فتوکاتالیزورهای تهیه شده و بازیافت آن¬ها بررسی شدند. برای فتوکاتالیزورهای بازیافت شده کاهش چشمگیری در فعالیت فتوکاتالیزوری مشاهده نشد. این نتایج نشانگر پایداری بالای نانوکامپوزیت¬ها در فرآیندهای فتوکاتالیزوری است. 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.
Supervisor:
SupervisorE-mail
Habibi-Yangjeh, AzizUNSPECIFIED
Seifzadeh, DavodUNSPECIFIED
Advisor:
AdvisorE-mail
Shamkhali, Amir NaserUNSPECIFIED
Abedi, MarjanUNSPECIFIED
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: 29 Dec 2018 07:16
Last Modified: 29 Dec 2018 07:16
URI: http://repository.uma.ac.ir/id/eprint/4463

Actions (login required)

View Item View Item