حذف فوتوکاتالیزوری پتاسیم‌آمیل‌زنتات با استفاده از نانوکامپوزیت بسپار/اکسید فلزی g-C₃N₄/CuO تحت نور مرئی

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان

تهران، دانشگاه تربیت مدرس، دانشکده معدن و مواد، گروه نانو مواد

چکیده
موضوع تحقیق: در این مطالعه، نانوساختار اتصال ناهمگون بسپار/اکسید فلزی کربن‌نیترید گرافیتی (g-C₃N₄) و اکسیدمس (CuO) با هدف ارزیابی کارایی فوتوکاتالیزوری آن در تجزیه رنگ‌های آلی (مانند رودامین‌بی) و پتاسیم‌ آمیل‌ زنتات (PAX) زیر تابش نور مرئی سنتز و مطالعه شد. هدف اصلی، بهبود عملکرد فوتوکاتالیزوری از طریق ترکیب این دو نیمه‌رسانا و مطالعه عوامل مختلف مانند دمای عملیات حرارتی بود.
روش تحقیق: برای سنتز نانوساختار اتصال ناهمگون g-C₃N₄/CuO، از روش عملیات حرارتی استفاده شد. g-C₃N₄ از طریق بسپارش اوره در دمای 550 درجه سلسیوس سنتز شد و برای سنتز اتصال ناهمگون کربن‌نیترید گرافیتی/اکسیدمس مقادیر مختلفی از نانوذرات اکسیدمس با اوره ترکیب شدند و در دماهای مختلف به‌مدت 4 ساعت درون کوره حرارت داده شدند تا نانوکامپوزیت مورد نظر سنتز شود. واکاوی پراش پرتو ایکس برای شناسایی فازهای کریستالی، طیف‌سنجی مرئی-فرابنفش برای اندازه‌گیری طیف عبور نوری و FE-SEM برای تحلیل ریخت سطحی استفاده شدند. برای مطالعه آهنگ بازترکیب الکترون-حفره، از واکاوی نوررخشایی (PL) استفاده شد. در نهایت، عملکرد فوتوکاتالیزوری کامپوزیت‌ها با آزمون تجزیه رودامین‌بی و پتاسیم ‌آمیل‌ زنتات در حضور نور مرئی ارزیابی شد و با آزمون‌های مهارکننده، گونه‌های فعال در واکنش تخریب شناسایی شدند.
 نتایج اصلی: نتایج حاصل از واکاوی پراش پرتو ایکس نشان داد که اتصال ناهمگون g-C₃N₄/CuO  به‌صورت موفقیت‌آمیز تشکیل شده است. طیف مرئی-فرابنفش نشان داد که ترکیب CuO  با g-C₃N₄ باعث کاهش عبور نور مرئی نسبت به g-C₃N₄ شده است. تصاویر FE-SEM نشان‌دهنده تغییر در ریخت و کاهش ضخامت لایه‌های g-C₃N₄  در اثر تشکیل اتصال ناهمگون بودند که این ویژگی به بهبود انتقال بارهای نوری کمک می‌کند. g-C₃N₄/CuO توانست %88 از آلاینده پتاسیم‌آمیل‌زنتات را در مدت 180 دقیقه و %96 از آلاینده رودامین‌بی را در 80 دقیقه تجزیه کند، در حالی که g-C₃N₄ خالص تنها %68 برای پتاسیم‌آمیل‌زنتات و %90 برای رودامین‌بی کارایی داشت. نتایج آزمون‌های مهارکننده نیز مشخص کرد که رادیکال‌های سوپراکسید(·O₂⁻)، مهم‌ترین گونه‌ فعال در فرایند تجزیه فوتوکاتالیزوری است. این نتایج عملکرد بهبودیافته نانوکامپوزیت g-C₃N₄/CuO  در جذب نور، جدایش بارهای الکتریکی و تخریب مؤثر آلاینده‌ها را نشان می‌دهد. این کامپوزیت می‌تواند به‌عنوان فوتوکاتالیزوری کارآمد برای تصفیه پساب‌های صنعتی مورد استفاده قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Photocatalytic removal of potassium amyl xanthate over g-C3N4/CuO polymer/metal oxide nanocomposite under visible light

نویسندگان English

amirreza ojagh
reza poursalehi
Department of Materials Engineering, Faculty of Mining and Materials Engineering, Tarbiat Modares University
چکیده English

Research subject: In this study, a heterojunction nanostructure composed of graphitic carbon nitride (g-C₃N₄) and copper oxide (CuO) was synthesized and investigated to evaluate its photocatalytic efficiency in degrading organic dyes (such as Rhodamine B) and potassium amyl xanthate (PAX) under visible light irradiation. The main objective was to enhance photocatalytic performance by combining these two semiconductors and studying various parameters, including calcination temperature.
Research approach: To synthesize the g-C₃N₄/CuO heterojunction nanostructure, the calcination method was employed. In this process, g-C₃N₄ was synthesized through the polymerization of urea at 550  °C. For fabricating the heterojunction nanocomposite, different amounts of CuO nanoparticles were mixed with urea and calcined at various temperatures for 4 hours in a furnace.
XRD analysis was used to identify the crystalline phases, UV-vis spectroscopy was performed to measure optical transmittance, and FE-SEM was applied to examine the surface morphology. The electron–hole recombination rate was studied using photoluminescence (PL) spectroscopy. Finally, the photocatalytic activity of the composites was evaluated by the degradation of Rhodamine B and  potassium amyl xanthate under visible light irradiation, and scavenger tests were conducted to identify the active species involved in the degradation process.
Main results: XRD analysis confirmed the successful formation of the g-C₃N₄/CuO heterojunction. UV-vis spectra showed that incorporating CuO into g-C₃N₄ decreased visible light transmittance compared to pure g-C₃N₄. FE-SEM images revealed morphological changes and a reduction in the thickness of g-C₃N₄ layers as a result of heterojunction formation, contributing to improved  photogenerated charge transfer. The g C₃N₄/CuO composite degraded 88% of potassium amyl xanthate within 180 minutes and 96% of Rhodamine B within 80 minutes, whereas pure g C₃N₄ achieved only 68% degradation of potassium amyl xanthate and 90% of Rhodamine B. Scavenger test results indicated that superoxide radicals (·O₂⁻) were the main active species in the photocatalytic degradation process. These findings demonstrate the enhanced performance of the g-C₃N₄/CuO nanocomposite in light absorption, charge separation, and efficient pollutant degradation, suggesting its potential as an effective photocatalyst for industrial wastewater treatment.

کلیدواژه‌ها English

Photocatalyst
heterojunction
optical properties
g-C₃N₄
copper oxide

  • تاریخ دریافت 09 مرداد 1404
  • تاریخ بازنگری 09 شهریور 1404
  • تاریخ پذیرش 09 شهریور 1404
  • تاریخ اولین انتشار 22 آذر 1404
  • تاریخ انتشار 22 آذر 1404