تأثیر رنگدانه Fe3O4 بر فعالیت فتوکاتالیتیکی پوشش های TiO2 ایجاد شده توسط فرآیند HVOF

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه صنعتی اصفهان، دانشکده مهندسی مواد

2 دانشگاه صنعتی اصفهان، دانشکده شیمی

3 دانشگاه اصفهان، دانشکده بهداشت

چکیده

روش­های متعددی برای تخریب آلاینده­های آلی مورد استفاده قرار گرفته­اند که در این بین، فرآیند فتوکاتالیتیکی به دلیل برخی ویژگی­های منحصر به فرد مورد توجه قرار گرفته است. در این پژوهش، پوشش­های فتوکاتالیست متشکل از دی اکسید تیتانیم (TiO2) و مگنتیت (Fe3O4)به روش پاشش حرارتی HVOF تولید شدند. پودرهای TiO2 (با 75% آناتاز و 25% روتیل) و Fe3O4 تجاری با درصدهای متفاوت با یکدیگر مخلوط و بر روی زیرلایه­ای از جنس فولاد زنگ نزن 316 رسوب داده شدند. برای ارزیابی ساختار، مورفولوژی و توانایی جذب نور پوشش­ها (با نسبت­های مختلف Fe3O4) به ترتیب از پراش پرتو ایکس(XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی(SEM) و اسپکتروفتومتر UV-Vis-NIR استفاده شده است. به علاوه، ارزیابی بازده فتوکاتالیتیکی پوشش­ها با توانایی تجزیه گاز زایلن تحت تابش نور مریی و UV در فتوراکتور گازی دینامیک انجام شد. نتایج ارزیابی­ها نشان داد که افزودن مقدار بهینه پودر Fe3O4 بر فعالیت فتوکاتالیتیکی پوشش TiO2 در محدوده نور UV و مریی تاثیر می­گذارد. با افزودن 5/7 درصد وزنی مگنتیت، راندمان فرآیند به بیش از 35 درصد رسیده است (تحت تابش پرتو UV). هم چنین با افزودن 10 درصد وزنی مگنتیت، راندمان فرآیند با استفاده از نور مریی به نزدیکی 4 درصد رسیده است.

کلیدواژه‌ها


1. S. Baruah, R. F. Rafique and J. Dutta, Visible light photocatalysis by tailoring crystal defects in zinc oxide nanostructures, World Scientific, 3(2008)399-407.

2. G. J. Yang, C. J. Li, F. Han and A. Ohmori, Microstructure and photocatalytic performance of high velocity oxy-fuel sprayed TiO2 coatings, Thin Solid Films, 466(2004)81-85.

3. F.-L. Toma, G. Bertrand, S. Begin, C. Meunier, O. Barres, D. Klein and C. Coddet, Microstructure and environmental functionalities of TiO2 supported photocatalysts obtained by suspension plasma spray, Applied Catalysis B: Environmental, 68(2006)74-84.

4. F.-L. Toma, G. Bertrand, S. O. Chwa, D. Klein, H. Liao, C. Meunier and C. Coddet, Microstructure and photocatalytic properties of nanostructured TiO2 and TiO2-Al coatings elaborated by HVOF spraying for the nitrogen oxides removal, Materials Science and Engineering: A, 417(2006)56-62.

5. N. Daneshvar, D. Salari and A. R. Khataee, Photocatalytic degradation of azo dye acid red 14 in water on ZnO as an alternative catalyst to TiO2, Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 162(2004)317-322.

6. N. Daneshvar, D. Salari and A. R. Khataee, Photocatalytic degradation of azo dye acid red 14 in water: investigation of the effect of operational parameters, Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 157(2003)111-116.

7. A. Akyol, H. C. Yatmaz, M. Bayramoglu, Photocatalytic decolorization of Remazol Red RR in aqueous ZnO suspensions, Applied Catalysis B: Environmental, 54(2004)19-24.

8. جمال اکرم، غلامپور اکبر، تباردرزی سیمین و رضایی عباس، بررسی کاربرد فتوکاتالیست­ها و نانو فتوکاتالیست­ها در حذف آلاینده­های زیست محیطی و مکانیسم اثر آن­ها، اولین همایش تخصصی محیط زیست، دانشگاه تهران، 1385.

9. Z. Jinkai, Modified titanium dioxide (TiO2) photocatalysts for the degradation of organic pollutants in wastewater, department of chemical and biomolecular eneineering, national university of Singapore, 2007.

10. F. Sayılkan, M. Asilturk, P. Tatar, N. Kiraz, S. Sener, E. Arpac and H. Sayılkan, Photocatalytic performance of Sn-doped TiO2 nanostructured thin films for photocatalytic degradation of malachite green dye under UV and VIS-lights, Materials Research Bulletin, 43(2008)127-134.

11. G. Pfaff and P. Reynders, Angle-dependent optical effects deriving from submicron structures of films and pigments, Chemical Reviews, 99(1999)1963-1981.

12. J. H. Braun, A. Baidins and R. E. Marganski, TiO2 pigment technology: a review, Progress in Organic Coatings, 20(1992)105-138.

13. A. Salvador, M. C. Pascual-Marti, J. R. Adell , A. Requeni and J. G. March, Analytical methodologies for atomic spectrometric determination of metallic oxides in UV sunscreen creams, Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis, 22(2000)301-306.

14. R. Zallen and M. P. Moret, The optical absorption edge of brookite TiO2, Solid State Communications, 137(2006)154-157.

15. S. A. Yuan, W. H. Chen and S. S. Hu, Fabrication of TiO2 nanoparticles/surfactant polymer complex film on glassy carbon electrode and its application to sensing trace dopamine, Materials Science and Engineering: C, 25(2005)479-485.

16. N. Arconada, A. Duran, S. Suarez, R. Portela, J. M. Coronado, B. Sanchez and Y. Castro, Synthesis and photocatalytic properties of dense and porous TiO2-anatase thin films prepared by sol-gel,Applied Catalysis B: Environment, 86(2009)1-7.

17. J. M. Herrmann, Heterogeneous photocatalysis, fundamentals and applications to the removal of various types of aqueous pollutants, Catalysis Today, 53(1999)115-119.

18. M. R. Hoffmann, S. T. Martin, W. Choi and D. W. Bahnemann, Environmental applications ofsemiconductor photocatalysis,Chemical Reviews, 95(1995)69-96.

19. N. Serpone and E. Pelizetti, Photocatalysis fundamentals and applications, Wiley, New York, 1989.

20. A. Zachariah, K. V. Baiju, S. Shukla, K. S. Deepa, J. James and K. G. K. Warrier, Synergistic effect in photocatalysis as observed for mixed-phase nanocrystalline titania processed via sol-gel solvent mixing and calcinations,The Journal of Physical Chemistry C, 112(2008)11345-11356.

21. N. Wetchakun and S. Phanichphant, Effect of temperature on the degree of anatase-rutile transformation in titanium dioxide nanoparticles synthesized by the modified sol-gel method, Current Applied Physics, 8(2008)343-346.

22. C. Lee, H. Choi, C. Lee and H. Kim, Photocatalytic properties of nano-structured TiO2 plasma sprayed coating, Surface and Coatings Technology, 173(2003)192-200.

23. حسینی میرقاسم و مومنی هامانه محمد حسن، تهیه فوتوالکتروکاتالیستهای Pt-TiO2: مورفولوژی و خواص خود تمیزشوندگی الکترودها،  علوم و مهندسی سطح، ص 48-41، 1391.

24. M. Bozorgtabar, M. Rahimipour, M. Salehi and M. Jafarpour, Structure and Photocatalytic Activity of TiO2 Coatings Deposited by Atmospheric Plasma Spraying, Surface and Coatings Technology, 205(2011)S229-S231.

25. M. Bozorgtabar, M. Rahimipour and M. Salehi, Novel photocatalytic TiO2 coatings produced by HVOF thermal spraying process, Materials letters, 64(2010)1173-1175.

26. R.A. Spurr and H. Myers, Quantitative Analysis of Anatase-Rutile Mixtures with an X-ray Diffractometer, Analytical Chemistry, 29(1957)760-762.