نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• محدثه امانی قدیم ¹
• سیده ندا سیادتی ¹
• محسن محمدنژاد ¹
• علیرضا امانی قدیم ²

¹ گروه فیزیک، دانشکدة علوم پایه، دانشگاه شهید مدنی آذربایجان، تبریز

² گروه شیمی، دانشکدة علوم پایه، دانشگاه شهید مدنی آذربایجان، تبریز

چکیده

در این تحقیق، از پلاسما به عنوان یک روش ساده، خیلی سریع با مصرف انرژی پایین و کارامد برای اصلاح نانوذارت اکسید روی به منظور بهبود عملکرد فوتوکاتالیستی آنها استفاده شده است. اکسید روی از جمله فوتوکاتالیست­های مؤثر در از بین بردن آلاینده­های رنگزای آلی به شمار می­آید. هدف از اصلاح فوتوکاتالیست اکسید روی، کاهش گاف باند و در نتیجه افزایش عملکرد فوتوکاتالیستی آن در محدودة نور مرئی است. برای تهیة نانوذرات اکسید روی آلاییده شده با نیتروژن (N doped-ZnO)، نانوذرات اکسید روی در محلول ملامین به عنوان پیش مادۀ نیتروژن به صورت تعلیق درآمده و سپس تحت تیمار پلاسمای غیر حرارتی فشار اتمسفری قرار گرفتند. غلظت­های متفاوتی از محلول ملامین و زمان­های مختلفی از پلاسما برای انجام بهینة فرایند آلاییدن نیتروژن به ساختار اکسید روی در نظر گرفته شدند. خصوصیات فوتوکاتالیست اکسید روی خالص و اکسید روی آلاییده شده با نیتروژن توسط تحلیل‌های XRD، FESEM، EDX، BET، DRS و PL مورد بررسی قرار گرفتند. آزمون فعالیت فوتوکاتالیستی توسط نانوذرات اکسید روی خالص و نمونه­های تیمار شده با پلاسما در تخریب فوتوکاتالیستی آلایندۀ رنگزای متیلن بلو انجام شد. میزان تخریب متیلن بلو توسط اکسید روی خالص، 7/71 درصد به دست آمد. با اعمال پلاسما به مدت ۵ دقیقه به نانوذرات اکسید روی با غلظت ۵۰۰ میلی­گرم بر لیتر از محلول ملامین، بازده حذف به ۹۰ درصد افزایش یافت. با توجه به نتایج به دست آمده مشاهده می­شود که اعمال پلاسما موفق به انجام فرایند آلاییدن نیتروژن به ساختار اکسید روی و باعث بهبود عملکرد فوتوکاتالیستی آن شده است.

کلیدواژه‌ها

• پلاسمای فشار اتمسفری
• تخلیۀ سد دی الکتریک
• فوتوکاتالیست
• اکسید روی

موضوعات

• فیزیک پلاسما

عنوان مقاله [English]

Enhancing photocatalytic activity of zinc oxide nanoparticles by a ‎non-thermal atmospheric pressure plasma

نویسندگان [English]

• Mohadeseh Amani Ghadim ¹
• Seyedehneda Siadati ¹
• Mohsen Mohammadnejad ¹
• Alireza Amani Ghadim ²

¹ 1. Department of Physics, Faculty of Basic Sciences, Azarbaijan Shahid Madani University, Tabriz, Iran

² Department of Chemistry, Faculty of Basic Sciences, Azarbaijan Shahid Madani University, Tabriz, Iran

چکیده [English]

In this work, plasma has been used as a simple, very fast, low energy and efficient method for modification of the zinc oxide nanopowder to improve its photocatalytic activity. Zinc oxide is one of the effective photocatalysts in degradation of the organic contaminants, e.g. dyes. The purpose of the zinc oxide photocatalyst modification is to reduce the band gap and thus to increase its photocatalytic activity in the visible light range. To achieve nitrogen-doped zinc oxide nanoparticles (N-Doped ZnO), the zinc oxide nanopowder was suspended in melamine solution, as nitrogen precursor, and then treated with a non-thermal atmospheric pressure plasma. Different concentrations of melamine and different times of plasma exposure were considered for optimizing the nitrogen-doped zinc oxide structure. The photocatalyst properties of the pure zinc oxide and optimized nitrogen-doped zinc oxide samples were investigated by XRD, FESEM, EDX, BET, DRS and PL analyses. The photocatalytic activity of the pure zinc oxide nanopowder and plasma-treated samples were performed in the photocatalytic degradation of methylene blue dye contaminant. The degradation efficiency of methylene blue by the pure zinc oxide was 71.7%. By applying plasma to the zinc oxide nanopowder for 5 minutes with a concentration of 500 mg/L of melamine solution, the degradation efficiency was enhanced to 90%. According to the results, it can be seen that the plasma treatment has succeeded in the nitrogen doping process to the zinc oxide structure and improved its photocatalytic activity.

کلیدواژه‌ها [English]

• atmospheric pressure plasma
• dielectric barrier discharge
• photocatalyst
• zinc oxide