بررسی عملکرد فتوکاتالیستی کربن‌نیترید گرافیتی سنتزشده در اتمسفر گاز CO2 (مطالعۀ موردی: حذف رنگزای رودامین ‌بی از محلول آبی)

نویسندگان

1 دانشیار فناوری‌های محیط‌ زیست، دانشگاه شهید بهشتی

2 استاد شیمی کاربردی، دانشکدۀ شیمی دانشگاه خوارزمی

3 دانشجوی دکتری علوم و مهندسی محیط‌ زیست، دانشگاه شهید بهشتی

4 استاد مهندسی محیط زیست، دانشگاه تربیت مدرس

doi
10.22034/ijche.2024.455511.1413
چکیده

در این تحقیق، یک روش ساده و ارزان برای ارتقای کیفیت کربن‌نیترید گرافیتی معرفی‌شده‌است. بدین‌ترتیب، کربن‌نیترید گرافیتی بااستفاده‌از پیش‌ساز ملامین تحت اتمسفر گاز CO2 به‌عنوان یک اتمسفر گازی جدید سنتزشد. به‌منظور مقایسه، نمونه‌هایی تحت اتمسفرهای رایج، ازجمله N2 و Air سنتزشدند. ویژگی‌های فتوکاتالیست‌های سنتزشده باکمک آنالیزهای XRD، SEM،FTIR ،DRS Vis-UV و  PLارزیابی‌شد. رنگ کاتیونی رودامین بی به‌عنوان رنگ هدف، برای تجزیه‌وتحلیل عملکرد فتوکاتالیستی نمونه‌های سنتزشده انتخاب‌شد. الگوی XRD سنتز موفقیت‌آمیز نمونه‌ها را با دو پیک شاخص (100) و (002) به‌ترتیب در زوایای 13/1و 27/4 درجه نشان‌داد.آنالیزهای FESEM و BET تخلخل بالاتری را برای نمونۀ G-CO2 (56/87m2/g) درمقایسه‌با نمونه‌های G-N2 (20/54m2/g) و G-Air (9/23m2/g) نشان‌داد. طی آنالیزDRS  لبۀ جذب و باند گپ برای نمونه‌های G-CO2، G-N2 و G-Air به‌ترتیب  503nm- 3/08eV، 510nm - 3/04eV و 525nm-eV 2/95eV حساب‌شد. آنالیز PL نشان‌داد که نمونۀ G-CO2 از عملکرد بهتری در جداسازی حامل‌های بار و جلوگیری‌از بازترکیبی الکترون-حفره‌ها نسبت‌به سایر نمونه‌ها برخوردار است. نتایج آزمایش حذف رنگ، نشان‌داد که عملکرد فتوکاتالیستی نمونۀ G-CO2 دو برابر بیشتر از نمونۀ G-N2 و 8 برابر بیشتر از نمونۀ G-Air بود. آزمایش‌های مشخصه‌های تأثیرگذار بر حذف رنگ رودامین بی انجام‌شد. آزمایش پایداری و بازیافت‌شوندگی نشان‌داد که نمونۀ G-CO2 بعداز 5 چرخۀ حذف رنگ و احیاء، توانایی حذف رنگ رودامین بی با غلظت 25ppm  را به‌میزان 98% دارا است. مطالعات سنتیک تخریب رنگ نشان‌داد که فرایند حذف فتوکاتالیستی رنگ RhB با فتوکاتالیست G-CO2 از مدل سنتیکی شبه مرتبۀ اول پیروی‌می‌کند. یافته‌های این پژوهش نشان‌دهندۀ ظرفیت چشم‌گیر کربن‌نیترید گرافیتی سنتزشده‌با اتمسفر CO2 درزمینۀ تجزیۀ آلاینده‌های آلی و تصفیۀ آب است.