Preparation of MO.Fe2O3 , M=Fe2+, Zn2+and Mg2+, nanoferrites and investigation of their optical and structural properties

Taami, Elahe and Azizian-Kalandaragh, Yashar and Tavana, Ali (2018) Preparation of MO.Fe2O3 , M=Fe2+, Zn2+and Mg2+, nanoferrites and investigation of their optical and structural properties. Masters thesis, University of Mohaghegh Ardabili.

[img] Text
پایان نامه.pdf

Download (499kB)
Official URL: http://uma.ac.ir/

Abstract

Research Aim: In this research, Iron, Zinc and Magnesium nanoferrites have been prepared by ultrasounic waves without any annealing. Then, the photocatalytic properties of the prepared nanostructures have been done for removing methylene blue from drinking water. Research method: Using ultrasounic waves the preparation of nanostructured materials are possible. when colloidal particles in the liquid medium kept under ultrasounic waves, the collision between the waves, water, and particles generates very small bubbles and the small bubbles growth, then collapse, and the impulses from bubble collapse causing formation of colloidal nanostructures. Findings: XRD pattern of the prepared nanostructures show that Fe, Zn and Mg Ferries have been formed with crystalline cubic spinel structure. The mean particle size of Iron, Zinc and Magnesium Ferrite have been calculated by Debye-Scherrer equation, and are 13, 7 and 6 nm, respectively. Scanning electron microscopy results shows that the nanostructures sizes are less than 20 nm, and the cluster sizes are between 50 to 200 nm, in all cases. Magnesium ferrites have direct band gap and iron and zinc ferrites have both direct and indirect band gap. The values of band gaps for direct transitions of magnesium ferrites are equal to 2.8eV and for iron and zinc for direct transition are 2.2eV and 2.3eV, respectively and for indirect transition for both of structures are 1.4ev. The analysis of vibrating sample magnetometery(VSM) of the samples shows that the saturation magnetization for Iron Ferrites, Zinc and Magnesium are 66emu/g, 20emu/g and initial values 0.00274emu/g, respectively. The removing of MB from water using Iron Ferrite nanostructures after 90min are 60% degradation, in the case of Zinc Ferrite are 98% degradation in 60 min and 99% degradation in 45 min by Magnesium Ferrites were investigated by measuring the photocatalytic activity of the prepared ferrites. Conclusion: In the prepared nanostructures, by decreasing particle sizes from 13 to 6nm we observed an increasing in band gap energy from 2.2eV to 2.8eV and also by decreasing the particles size in nanostructures, the photocatalytic activities increases over several times. In other words, Iron Ferrite nanostructures with average particle sizes about 13nm, removes 60% of MB in 90min and Magnesium Ferrite nanostructures with average particle size about 6 nm, removes 99% of MB in 45min. which, this increasing in photocatalytic activity was expected by decreasing in nanostructure sizes and increasing in surface to value ration.

Item Type: Thesis (Masters)
Persian Title: تهیه نانوفریت¬های MO.Fe2O3، Zn2+ و Mg2+ و Fe2+ = Mو بررسی خواص اپتیکی و ساختاری آن¬ها
Persian Abstract: هدف: در این پژوهش، نانوفریت های آهن، روی و منیزیم به روش امواج فراصوت بدون فرآیند بازپخت تهیه شده و خواص فوتوکاتالیستی آن¬ها به¬منظور حذف متیلن آبی از آب آشامیدنی مورد بررسی قرار گرفته است. روش‌شناسی پژوهش: به کمک امواج فراصوت می¬توان نانوذرات با اندازه¬های مختلف را تهیه کرد. هنگامی که ذرات کلوئیدی در محیط مایع تحت امواج فراصوت قرار می¬گیرند، برخورد امواج فراصوت با ذرات و محیط مایع، موجب تولید حباب¬هایی بسیار کوچک می¬شود. این حباب¬های بسیار کوچک رشد کرده و بعد منفجر می¬شوند. ضربه ناشی از انفجار حباب¬ها موجب تشکیل نانوساختارها به شکل کلوئیدی می¬شود. یافته‌ها: الگوی پراش پرتو ایکس نمونه¬ها نشان داد که نانوساختارهای فریت آهن، روی و منیزیم با ساختار بلوری مکعبی اسپینل تشکیل شده¬اند.اندازه میانگین نانوبلورک¬های فریت آهن، روی و منیزیم با استفاده از رابطه دبای¬-شرر به ترتیب برابر با 13، 7 و 6 نانومتر بدست آمدند.تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان می¬دهد که اندازه¬ی نانوساختارها کمتر از nm20 و اندازه نانوخوشه¬ها nm50-200 بدست آمده است.ساختار فریت منیزیم فقط دارای گاف انرژی مستقیم است، اما ساختارهای آهن و روی دارای گاف انرژی مستقیم و هم غیر مستقیم می باشند که مقدار آن¬ها با استفاده از نمودار گاف انرژی بدست آمده است. مقدار گاف انرژی برای گذار مستقیم نانوساختار فریت منیزیم برابر eV 8/2، برای نانوساختارهای آهن و روی به ترتیب برای گذار مستقیم eV 2/2،eV 3/2 و برای گذار غیر مستقیم هر دو ساختار برابر eV 4/1 بدست آمده است.مقدار مغناطش اشباع برای نانوساختار فریت آهن، روی و منیزیم به ترتیب برابر emu/g 66، emu/g20 و مقدار ناچیز emu/g 00274/0 می¬باشند. نتایج اندازه¬گیری فعالیت فوتوکاتالیستی فریت¬ها نشان داد که درصد حذف متیلن آبی از آب توسط نانوساختار فریت آهن بعد از مدت 90 دقیقه برابر با 60% ، نانوساختار فریت روی در مدت 60 دقیقه برابر با 98% و نانوساختارهای فریت منیزیم پس از 45 دقیقه، برابر با 99% است. نتیجه‌گیری: در نانوساختارهای تهیه شده با کاهش اندازه ذرات از 13 به 6 نانومتر، گاف انرژی از eV2/2 به eV8/2 افزایش یافته است و همچنین مشاهده می¬شود با کاهش اندازه نانوساختارها تقریباً تا نصف، فعالیت فوتوکاتالیستی بیشتر از چند برابر شده است یعنی نانوساختار فریت آهن با اندازه میانگینnm 13طی مدت 90 دقیقه دارای 60% حذف متیلن آبی و نانوساختارهای فریت منیزیم با اندازه میانگینnm 6 طی مدت 45 دقیقه دارای 99% جذب متیلن آبی می¬باشدکه این افزایش فعالیت فوتوکاتالیستی با کاهش اندازه نانوساختارها و در نتیجه افزایش نسبت سطح به حجم قابل انتظار بود.
Supervisor:
SupervisorE-mail
Azizian-Kalandaragh, YasharUNSPECIFIED
Advisor:
AdvisorE-mail
Tavana, AliUNSPECIFIED
Subjects: Faculty of Basic Sciences > Department of Physics
Divisions > Faculty of Basic Sciences > Department of Physics
Divisions: Subjects > Faculty of Basic Sciences > Department of Physics
Faculty of Basic Sciences > Department of Physics
Date Deposited: 01 Jul 2019 05:11
Last Modified: 01 Jul 2019 05:11
URI: http://repository.uma.ac.ir/id/eprint/7157

Actions (login required)

View Item View Item