نانوکامپوزیت / MIL-88B(Fe) کربن نیترید گرافیتی برای حذف آلاینده رنگی آبی متیلن از محلول آبی، توسط واکنش فوتوفنتون تحت تابش نور فرابنفش-مرئی

علیجانی, صدیقه; ناصری, آمنه; حمیدیان, امیرحسین

doi:10.47176/ijpr.23.3.11632

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

¹ دانشکدگان کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، ایران

² پژوهشگاه بیوتکنولوژی کشاورزی ایران، البرز، کرج، ایران

https://doi.org/10.47176/ijpr.23.3.11632

چکیده

در تحقیق حاضر، فوتوکاتالیست نانوکامپوزیتی نانوکامپوزیتی با موفقیت به روش حلال گرمایی سنتز شد. ریخت‌شناسی، ساختار کریستالی، گروه‌های عاملی شیمیایی و خواص نوری نانوکامپوزیت به‌دست‌آمده به ترتیب با میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM)، پراش پرتو ایکس (XRD)، طیف‌سنجی فروسرخ تبدیل فوریه (FTIR) و طیف‌‌های بازتابی پراکنده فرابنفش-مرئی (DRS) بررسی شد. با توجه به تصاویر SEM و TEM، نانوساختارهای دوکی شکل MIL-88B(Fe) به ترتیب با طول و عرض متوسط 2 و 1 میکرومتر سنتز شدند. علاوه بر این، نانوذرات g-C3N4 با قطر متوسط 30 نانومتر بر روی سطح MIL-88B (Fe) مشاهده شد. بر اساس نتایج XRD، وجود هر دو نانوساختار g-C3N4 و MIL-88B(Fe) در کامپوزیت تهیه شده تأیید شد. همچنین، حضور گروه‌های عاملی MIL-88B(Fe) و g-C3N4 توسط FTIR تعیین شد. ببر اساس تحلیل DRS و نمودار تاک، مقدار گاف انرژی کامپوزیت تهیه شده 1/2 الکترون‌ولت اندازه‌گیری شد که نشان می‌دهد کامپوزیت تهیه شده توانایی جذب نور در ناحیۀ مرئی را دارد. تخریب آلایندۀ آلی آبی متیلن (MB)، در سامانۀ g-C3N4/MIL-88B(Fe)+ Light+H2O2 بربرای ارزیابی فعالیت فوتوفنتون کامپوزیت تهیه ‌شده، در مقایسه با سامانه‌های نور و Light+H2O2 مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که حضور کامپوزیت g-C3N4/MIL-88B(Fe) ممیزان تخریب آلاینده MB تحت فرایند فوتوفنتون را به ترتیب 1/8 و 8/2 برابر بیشتر از سامانه‌های مذکور افزایش داد. بنابراین، بهره حذف MB در عرض 20 دقیقه پس از روشنایی به 100٪ رسید، برتری سیستم g-C3N4/MIL-88B(Fe) + Light + H2O2 ررا می‌توان به تأخیر در بازترکیب الکترون-حفره به دلیل وجود نانوساختارهای g-C3N4 و MIL-88B(Fe) به صورت ناهمگن نسبت داد، که منجر به افزایش کارایی واکنش فوتوفنتون شده است

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مواد نانو

عنوان مقاله [English]

Graphitic carbon nitride/MIL-88B(Fe) nanocomposite for methylene blue dye removal from aqueous solution by UV-visible light active photo-Fenton Reaction

نویسندگان [English]

Sediqa Alijani ¹
Amene Naseri ²
Amir Hossein Hamidian ¹

¹ College of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran

² Agricultural Biotechnology Research Institute of Iran (ABRII), Agricultural Research, Education, and Extension Organization (AREEO), Karaj, 3135933151, Iran

چکیده [English]

In the present research, g-C₃N₄/MIL-88B(Fe) nanocomposite photocatalyst was successfully synthesized by the solvothermal method. The morphology, crystal structure, chemical functionalities, and optical properties of the obtained nanocomposite were investigated by scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), X-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), and UV-Vis diffuse reflectance spectroscopy (DRS), respectively. According to the SEM and TEM images, spindle-shaped MIL-88B(Fe) nanostructures were synthesized with an average length and width of 2 and 1 μm, respectively. Furthermore, g-C₃N₄ nanoparticles with an average diameter of 30 nm were observed on the surface of the MIL-88B(Fe). Based on the XRD results, the presence of both g-C₃N₄ and MIL-88B(Fe) nanostructures in the prepared composite was confirmed. Also, the presence of functional groups of the MIL-88B(Fe) and g-C₃N₄ was determined by FTIR. Based on DRS analysis and Tauc's plot, the band gap energy of the prepared composite was measured as 2.1 eV, which indicated that the prepared composite could absorb light in the visible region. The degradation of organic pollutant methylene blue (MB) in the g-C₃N₄/MIL- 88B(Fe)+light+H₂O₂ system was investigated to evaluate the photo-Fenton activity of the prepared composite in comparison with light and light+H₂O₂ systems. The results showed that the presence of g-C₃N₄/MIL-88B(Fe) composite increased the degradation rate of MB pollutant under the photo-Fenton process by 8.1 and 2.8 times higher than the mentioned systems, respectively. Thus, MB removal efficiency reached 100% within 20 min of illumination. The superiority of the g-C₃N₄/MIL-88B(Fe)+light+H₂O₂ system can be attributed to the retardation of electron-hole recombination due to the presence of two nanostructures of g-C₃N₄ and MIL-88B(Fe) in heterojunction, which has led to an increase in the efficiency of the photo-Fenton reaction.