تخریب فوتوکاتالیستی رنگ‌های آلی با استفاده از ساختار سه‌جزیی نانوذرات/Ag نانومیله‌های/ZnO نانوالیاف PAN تحت تابش نور فرابنفش و نور طبیعی خورشید

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه شیمی فیزیک و نانو، دانشکدۀ شیمی، دانشگاه الزهرا، تهران

2 مرکز علوم و فناوری نانو، پژوهشکدۀ جامع علوم و فناوری‌های همگرا، دانشگاه صنعتی شریف، تهران

3 دانشکدۀ شیمی، دانشگاه صنعتی شریف، تهران

4 مرکز علوم و فناوری نانو، پژوهشکدۀ جامع علوم و فناوری‌های همگرا، دانشگاه صنعتی شریف، تهران و دانشکدۀ فیزیک، دانشگاه صنعتی شریف، تهران

چکیده
دسترسی به آب سالم مستلزم تصفیۀ مؤثر پساب‌ها است که می‌توان از طریق فرایندهای نوین فوتوکاتالیستی به آن دست یافت. در این تحقیق، نانوالیاف پلی‌اکریلونیتریل (PAN) به‌عنوان بستری کم‌هزینه و قابل تولید در مقیاس بالا، به منظور بستر رشد نانومیله‌های ZnO الکتروریسی ‌شدند. سپس نانوذرات Ag به‌طور یکنواخت بر روی نانومیله‌های ZnO/ نانوالیاف PAN رسوب داده شدند تا نمونه‌های نانوذرات Ag/ نانومیله‌های ZnO/ نانوالیاف PAN با غلطت بهینه شدۀ نقره آماده شود. فوتوکاتالیست‌های تهیه‌شده برای تخریب نوری رنگ‌ اسید نارنجی 7 و ترکیب متیلن آبی و رودامین بی به‌عنوان الگوی آلاینده‌های آلی تحت تابش نور فرابنفش و نور طبیعی خورشید بررسی شد. نمونۀ نانوذرات Ag/ نانومیله‌های ZnO/ نانوالیاف PAN فعالیت فوتوکاتالیستی 7/1 برابر بیشتر از نانومیله‌های ZnO/ نانوالیاف PAN در تخریب فوتوکاتالیستی اسید نارنجی 7 تحت نور فرابنفش نشان داد. به علاوه، لایۀ نانوذرات Ag/ نانومیله‌های ZnO/ نانوالیافPAN به‌ترتیب ‎5/83­%‎ و 4/60%‎ تخریب فوتوکاتالیستی متیلن آبی و رودامین بی را طی ‎۶۰‎ دقیقه تابش نور طبیعی خورشید نشان داد. مطالعات بررسی سازوکار تخریب فوتوکاتالیستی با افزودن مهارکننده‌ها نشان داد که تولید الکترون‌های پلاسمونی داغ بر روی نانوذرات Ag در اثر تابش نور فرابنفش، نقش کلیدی در بهبود فعالیت فوتوکاتالیستی نمونۀ نانوذرات Ag/ نانومیله‌های ZnO/ نانوالیاف PAN ایفا می‌کند. این فوتوکاتالیست منعطف و با استحکام مکانیکی بالا یک سامانۀ امیدبخش محسوب می‌شود که مسیر بالقوه‌ای برای تحقیقات آینده و تصفیۀ کارآمد پساب فراهم می‌آورد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله English

Photocatalytic degradation of organic dyes using ternary Ag nanoparticles/ZnO nanorods/PAN nanofibers under UV and natural sunlight irradiation

نویسندگان English

Morasae Samadi 1
Ghazale Asghari Sarabi 2
Habib Bagheri 3
Alireza Moshfegh 4
1 Department of Physical Chemistry and Nanochemistry, Faculty of Chemistry, Alzahra University
2 Center for Nanoscience and Nanotechnology, Institute for Convergence Sci. and Technol, Sharif University of Technology
3 Environmental and Bio–Analytical Laboratories, Department of Chemistry, Sharif University of Technology, 11155–9516, Iran
4 Center for Nanoscience and Nanotechnology, Institute for Convergence Sci. and Technol, Sharif University of Technology and Department of Physics, Sharif University of Technology
چکیده English

Ensuring access to clean water necessitates effective wastewater treatment strategies, particularly through advanced photocatalytic methods. In this study, polyacrylonitrile (PAN) nanofibers were fabricated by electrospinning as a low-cost and scalable substrate to support the growth of ZnO nanorods (NRs). Subsequently, silver nanoparticles (Ag NPs) were uniformly deposited onto the ZnO NRs/ PAN NFs to synthesize Ag NPs/ ZnO NRs/ PAN NFs composites with an optimized silver content. The photocatalytic performance of the prepared nanocomposites was evaluated by monitoring the degradation of Acid Orange 7 (AO7) dye and a mixture of methylene blue (MB) and rhodamine B (RhB) as model organic pollutants under UV and natural sunlight irradiation, respectively. The Ag NPs/ ZnO NRs/ PAN NFs exhibited a 1.7 times higher photocatalytic activity for AO7 photodegradation under UV light compared to the ZnO NRs/ PAN NFs. Additionally, under natural sunlight, this composite achieved photodegradation efficiencies of 83.5% and 60.4% for mixture of MB and RhB within 60 minutes, respectively. Mechanistic investigations using radical scavengers confirmed that the generation of hot plasmonic electrons on the Ag NPs under UV illumination plays a crucial role in enhancing photocatalytic performance. Owing to its flexibility and mechanical integrity, this photocatalyst presents a promising platform for future research and practical applications in efficient wastewater treatment.

کلیدواژه‌ها English

Electrospinning
Photocatalytic activity
Organic dyes
Plasmon resonance
Natural sunlight
1.       X Wang et al. ES&T 58 (2024) 19095.
2.       Y Kim and B Bae, Water Research 41 (2007) 2256.
3.       J Yang et al. npj Clean Water 5 (2022) 5.
4.       K T Chung J Environ Sci Health C Environ Carcinog Ecotoxicol Rev. 34 (2016) 233.
5.       Q Yi et al. Res. Chem. Intermed. 49 (2023) 655.
6.       Z Zheng et al. Chin J Catal 54 (2023) 88.
7.       N Goodarzi et al. Catalysts 13 (2023) 1102.
8.       A Enesca J. Photochem. Photobiol. A 466 (2025) 116387.
9.       D Xu et al. Res. Chem. Intermed. 50 (2024). 4597.
10.    M Samadi et al. Thin Solid Films 605 (2016) 2.
11.    M Samadi et al. Res. Chem. Intermed. 45 (2019) 2197.
12.    J Ma et al. Nano Energy 62 (2019) 376.
13.    F Sun et al. J. Catal. 440 (2024) 115813.
14.    F Jandaghian et al. J. Hazard. Mater. Adv. 9 (2023) 100240.
15.    C Tan et al. Res. Chem. Intermed. 47 (2021) 29.
16.    S Mandal and R Ananthakrishnan Inorg. Chem. 59 (2020) 7681.
17.    F Sun et al. J.  Colloid Interface Sci. 628 (2022) 614.
18.    S Sun et al. J. Environ. Chem. Eng. 12 (2024) 113636.
19.    X Jin et al. Polym. Deg. Stabil. 186 (2021) 109536.
20.    C Huang et al. Polymers 14 (2022) 3266.
21.    B Borban et al. J. Hazard. Mater. Adv. 12 (2023) 100373.
22.    J Zhu et al. Prog. Mater. Sci. 146 (2024) 101329.
23.    F Aziz et al. J. Environ. Chem. Eng. 12 (2024)112976.
24.    F Cheng et al. Adv. Func. Mater. 35 (2025) 2406950.
25.    Y Cho et al. Adv. Mater. 37 (2025) 2500162.
26.    M Samadi and A Moshfegh, ACS Omega 7 (2022) 45867.
27.    X Wang and J Feng, Mater. Lett. 400 (2025) 139100.
28.    S Swain and B Sundaray, J Energy Storage 134 (2025) 118061.
29.    M Râpă et al. Int. J. Mol. Sci. 26 (2025) 9055.
30.    P Ramakrishnan et al. Int. J. Biol. Macromol. 296 (2025) 139663.
31.    B Li et al. Colloid Interface Sci. 45 (2021) 100543.
32.    M Kardeş and K Öztürk Res. Chem. Intermed. 50 (2024) 353.
33.    T Sharma and M Garg, Opt. Mater. 132 (2022) 112794.
34.    D Sao et al.  Results Surf. and Interf. 19 (2025) 100485.
35.    A Samriti et al. Next Mater. 8 (2025) 100733.
36.    L Buengkitcharoen et al. Sci. Rep. 13 (2023) 12173.
37.    I Sanusi and C Almquist, Catalysts 13 (2023) 120338.
38.    A Dumbrava et al. Chalcogenide Lett. 13 (2016) 105.
39.    N Goodarzi et al. Iran. J. Phys. Res. 25 (2025) 171.

تحت نظارت وف بومی