عنوان:
استفاده از مزوپروسSnO2/Al-MCM-41 تحت تابش نور مریی وماوراء بنفش برای تجزیه نوری رنگدانه متیلن بلو
 
استاد راهنما:
دکتر مجید مظفری
 
استاد مشاور :
دکتر جعفر ابولی
 
زمستان 1391
 

 

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

فهرست مطالب

عنوان                                                                                           صفحه

چکیده…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 1

مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2

فصل اول:  مقدمه ای بر نانوتکنولوژی

1-1-نانو چیست…………………………………………………………………………………………………………………………………………… 5

1-2- فناوری نانو چیست…………………………………………………………………………………………………………………………….. 8

1-3-گذر از میکرو ذرات با نانو ذرات……………………………………………………………………………………………………………. 10

1-4- نانو تکنولوژی……………………………………………………………………………………………………………………………………. 12

1-5- نانو مواد…………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 13

1-6-خطرات نانو مواد…………………………………………………………………………………………………………………………………. 14

1-7-خواص و کاربردهای نانو مواد……………………………………………………………………………………………………………… 15

1-8- مراحل اثرگذاری نانوذرات بر سلامتی…………………………………………………………………………………………………. 16

1-9- برخی راه‌های كنترل اثرات مضرنانوذرات……………………………………………………………………………………………. 17

1-10- فوتوکاتالیست­ چیست……………………………………………………………………………………………………………………… 17

1-11-اصولو فرایند فوتوکاتالیستی……………………………………………………………………………………………………………… 18

1-12-کاتالیزور چیست………………………………………………………………………………………………………………………………. 19

1-13- مفهوم فوتوکاتالیست ها و نحوۀ عملکرد آنها……………………………………………………………………………………. 20

114–  کاربردها و برخی از خواص فتوکاتالیست­ها……………………………………………………………………………………… 21

فصل دوم:   نانو کامپوزیت ها

2-1- نانو کامپوزیت چیست………………………………………………………………………………………………………………………… 24

2-2- شیمی و فناورینانو……………………………………………………………………………………………………………………………… 25

2-3- روش­های ساخت نانو………………………………………………………………………………………………………………………… 26

2-3-1- روش­های مکانیکی………………………………………………………………………………………………………………………. 28

2-3-2- روش فیزیکی………………………………………………………………………………………………………………………………. 28

2-3-3- روش هیدروترمال و سولوترمال…………………………………………………………………………………………………….. 28

2-3-4-روش رسوبگذاری  ………………………………………………………………………………………………………………………… 30

2-3-5-  روش سل- ژل  ………………………………………………………………………………………………………………………… 30

2-4- روش های اندازه گیری خواص………………………………………………………………………………………………………….. 35

2-5-  روش­های میکروسکوپی…………………………………………………………………………………………………………………… 35

2-5-1- میکروسکوپ الکترونی روبشی(SEM)………………………………………………………………………………………….. 36

2-5-2- میکروسکوپ الکترونی عبوری(TEM)                                                                               37

2-5-3-روش پراش اشعه ایکس(XRD)…………………………………………………………………………………………………… 38

2-5-4-روش­های طیف سنجی (اسپکتروفتومتر)…………………………………………………………………………………………. 40

فصل سوم:آزمایشات

3-1- مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 43

3-2- دستگاه‌های مورد استفاده برای شناسایی نانوذرات………………………………………………………………………………. 43

3-2-1- دستگاه پراش اشعة ایكس (XRD)……………………………………………………………………………………………… 43

3-2-2- دستگاه میكروسكوپ الكترونی روبشی (SEM)…………………………………………………………………………….. 44

3-2-3- دستگاه میكروسكوپ الكترونی عبوری (TEM)…………………………………………………………………………….. 44

3-2-4- دستگاه اسپكتروفتومتری مرئی- فرابنفش (UV-Vis)………………………………………………………………….. 44

3-3- مواد اولیه………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 44

3-4-معرفی نانو ذرات دی اکسید قلع(SnO2)…………………………………………………………………………………………….. 45

3-5-کاربرد دی اکسید قلع(SnO2)…………………………………………………………………………………………………………… 45

3-6-تهیه نانو کامپوزیت SnO2…………………………………………………………………………………………………………………. 46

3-7-بررسی مورفولوژی نانو ذراتSnO2توسط SEM………………………………………………………………………………… 46

3-8- بررسی پراش اشعه ایکس( ) نانو ذرات SnO2………………………………………………………………………… 46

3-9–تجزیه عنصری ( )نانوذرات SnO2………………………………………………………………………………………… 47

3-10-تهیه نانو کامپوزیتAl-MCM-41…………………………………………………………………………………………………… 49

3-12-بررسی پراش اشعه ایکس نانو ذرات Al-MCM-41………………………………………………………………………… 50

3-12-2- بررسی پراش اشعه ایکس( ) نانو ذراتAl-MCM-41با نسبت Si/Al 75………………………. 51

3-12-3- بررسی پراش اشعه ایکس( ) نانو ذراتAl-MCM-41با نسبت Si/Al 100…………………….. 52

3-12-4- بررسی پراش اشعه ایکس( ) نانو ذراتAl-MCM-41 با نسبت Si/Al 150…………………… 53

3-13- بررسی مورفولوژی نانو ذرات Al-MCM-41توسط ……………………………………………………………. 54

3-13-1- بررسی مورفولوژی نمونه  Al-MCM-41با نسبت Si/Al 25توسط ……………………………….. 54

3-13-2 بررسی مورفولوژی نمونه  Al-MCM-41با نسبت Si/Al 75توسط …………………………………. 54

3-13-3-بررسی مورفولوژی نمونه  Al-MCM-4با نسبت Si/Al 150توسط ……………………………. 55

3-14-تهیه نانو کامپوزیت SnO2/Al-MCM-41 در محیط اسیدی…………………………………………………………… 55

3-15- بررسی پراش اشعه ایکس( ) نانو ذراتSnO2/Al-MCM-41…………………………………………….. 56

3-16- بررسی مورفولوژی نانو ذرات SnO2/Al-MCM-41در محیط اسیدی توسط …………………….. 57

3-17-تجزیه عنصری ( )نانوذرات/Al-MCM-41SnO2 در محیط اسیدی……………………………………… 58

3-18- بررسی مورفولوژی نانو ذرات SnO2/Al-MCM-41توسط TEM………………………………………………….. 59

3-19-تهیه نانو کامپوزیت SnO2/Al-MCM-41 در محیط بازی………………………………………………………………. 59

3-20- بررسی پراش اشعه ایکس( ) نانو ذراتSnO2/Al-MCM-41 ……………………………………………. 60

3-21- بررسی مورفولوژی نانو ذرات SnO2/Al-MCM-41در محیط بازی توسط ………………………… 61

 

3-22-تجزیه عنصری ( )نانوذرات/Al-MCM-41SnO2در محیط بازی………………………………………….. 62

3-23-بررسی خاصیت فوتوکاتالیستی نانو کامپوزیت SnO2/Al-MCM-41……………………………………………… 63

3-24- اندازه گیری فعالیت فتوکاتالیستی……………………………………………………………………………………………………. 63

3-25- فعالیت فتوکاتالیستی نانو کامپوزیتSnO2/Al-MCM-41تحت تابش امواج ماورای ……………………… 63

3-26- تعیین ثابت سرعت واکنش های فتوکاتالیستی………………………………………………………………………………… 65

فصل چهارم: نتیجه گیری و پیشنهادات

4-1- نتیجه گیری………………………………………………………………………………………………………………………………………. 67

4-2- پیشنهادات………………………………………………………………………………………………………………………………………… 68

فهرست منابع………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 69

چکیده انگلیسی…………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 71

فهرست جدول ها

عنوان                                                                                           صفحه

جدول (1-1). برخی از رویدادهای مهم تاریخی در فناوری و علوم نانو………………………………………………………….. 8

جدول (1-2). برخی کاربرد های فعلی و آینده موادنانو………………………………………………………………………………. 14

جدول (3-1).  مواد اولیه مصرفی……………………………………………………………………………………………………………… 44

جدول (3-2). ثابتهای سرعت تجزیه نوری متیلن بلو بوسیله نانو کامپوزیت …SnO2/Al-MCM-41……….. 65

فهرست شکل ها

عنوان                                                                                           صفحه

شکل (1-1). مقایسه……………………………………………………………………………………………………………………………………. 6

شکل (1-2). مراحل مختلف آلوده­سازی بدن توسط نانوموا…………………………………………………………………………… 16

شکل(1-3). شماتیکی ازفرایند تجزیه موادآلی به …………………………………………………………………………. 18

شکل(1-4). طرح شماتیکی از خواص فتوکاتالیست­ها…………………………………………………………………………………… 21

شکل(2-1). طرح شماتیکی از روش بالا به پایین و روش پایین به بالا…………………………………………………………. 27

شکل(2-2). طرح شماتیکی از خلاصه­ی فرایند سل- ژل…………………………………………………………………………….. 33

شکل(2-3). الکترونی شماتیکی از میکروسکوپ روبشی ……………………………………………………………………. 36

شکل(2-4).شماتیکی ازمیکروسکوپ الکترونی عبوری ………………………………………………………………………… 38

شکل(2-5). طرح پراش اشعه ایکس……………………………………………………………………………………………………………. 39

شکل(2-6) پهنای پیک در نصف ارتفاع……………………………………………………………………………………………………….. 39

شکل (3-1). تصویری از نانو ذره SnO2را که از طریق میکروسکوپ الکترونی SEM………………………………… 46

شکل(3-2). پراش اشعه ایکس نانو ذرات  SnO2……………………………………………………………………………………….. 47

شکل(3-3). تجزیه عنصری نمونه SnO2……………………………………………………………………………………………………. 48

شکل(3-7). بررسی پراش اشعه ایکس (XRD)نانو ذرات Al-MCM-41(Si/Al25)………………………………… 50

شکل(3-8). بررسی پراش اشعه ایکس( ) نانو ذراتAl-MCM-41با نسبت Si/Al 75……………………… 51

شکل(3-9). بررسی پراش اشعه ایکس( ) نانو ذراتAl-MCM-41 با نسبت Si/Al 100………………….. 52

شکل(3-10).بررسی پراش اشعه ایکس( ) نانو ذراتAl-MCM-41با نسبت Si/Al 150………………….. 53

شکل(3-11). تصاویری از  را برای نمونه Al-MCM-41با نسبت Si/Al 25……………………………………. 54

شکل(3-12). تصاویری از  را برای نمونه Al-MCM-41بانسبت Si/Al 75…………………………………….. 54

شکل(3-13). تصاویری از  را برای نمونه Al-MCM-41با نسبت   Si/Al 150………………………………. 55

شکل(3-14). بررسی پراش اشعه ایکس نانو ذراتSnO2/Al-MCM-41 …………………………………………………. 56

شکل(3-15). بررسیمورفولوژی نانو ذرات SnO2/Al-MCM-41در محیط اسیدی توسط ………………. 57

شکل(3-16). تجزیه عنصری نمونه نانوذرات/Al-MCM-41SnO2 در محیط اسیدی…………………………………. 58

شکل(3-17). بررسی مورفولوژی نانو ذرات SnO2/Al-MCM-41توسط TEM…………………………………………. 59

شکل(3-18). پراش اشعه ایکس نانو ذراتSnO2/Al-MCM-41 با نسبت Si/Al 150 در محیط بازی………. 60

شکل(3-19). بررسی مورفولوژی نانو ذرات SnO2/Al-MCM-41در محیط بازی توسط ……………….. 61

شکل(3-20). تجزیه عنصری نمونه نانوذرات/Al-MCM-41SnO2در محیط بازی……………………………………… 62

شکل(3-21). تجزیه نوری متیلن بلو بوسیله نمونه های(a)Al-MCM-41…………………………………………………… 64

 

چکیده

طبق گزارشات به عمل آمده فوتوکاتالیست های ناهمگن برای تجزیه نوری ترکیبات آلاینده مناسب هستند .بسیاری از اکسیدهای فلزی نیمه رسانا نظیر :TiO2,SnO2, ZnO2وغیره بعنوان فوتوکاتالیست در واکنش های شکست آب ,سنتز ترکیبات آلی وحذف آلودگی پسابها می توانند بکار گرفته شوند .در این پروژه ما با بهره گرفتن از روش هیدروترمال مزوپروس AL-MCM-41را از درصد های مختلف آلومنیوم سنتز کرده ونانو ذرات SnO2 را بر روی مزوپروس نشانده و خاصیت فوتوکاتالیستی آن را بررسی نموده ایم .

برای بررسی مورفولوژی و اندازه نانو کامپوزیتهای بدست آمده از تکنیک پراش اشعه ایکس (XRD),دستگاه FTIR ,میکروسکوپ الکترونی روبشی ,(SEM) میکروسکوپ الکترونی عبوری    استفاده شد .

فعالیت فوتوکاتالیستی نانوکامپوزیت SnO2/Al-MCM-41در دو محیط بازی و اسیدی بوسیله متیلن بلو به عنوان یک مدل آلودگی آلی وتحت تابش نور لامپ جیوه فشار بالا به عنوان منبع نور ماوراء بنفش انجام شد .نانو کامپوزیت SnO2/Al-MCM-41در محیط اسیدی تحت تابش نور ماوراء بنفش بیشترین ثابت سرعت 0.049بردقیقه رانشان میدهد.

مقدمه:

یکی از زمینه های رو به رشد در حیطه نانو مواد توسعه روش های تولید نانو ذرات و در نهایت صنعتی کردن آن است در نانو ذرات و به طور کلی در نانو ساختار ها, ریز بودن اندازه ذرات در مقیاس نانو خواص منحصر به فردی اعم از خواص الکترونیکی, الکتریکی اپتیکی و…..ایجاد می کند.,اگر چه امروزه تعیین دقیق این گازها توسط دستگاه های آنالیز مانند کروماتوگرافی گازی ,اسپکتروسکپی جرمی و مادون قرمز میسر است اما این دستگاه ها گرانقیمت وپیچیده هستند و کارکردن با آنها نیازمند به مهارتهای خاصی است.از این سنسور های گازی به لحاظ سادگی حجم کم وحساسیت بالا می توانند جایگزین مناسبی برای سیستم های فوق باشند.تخریب آلاینده­های آلی به علت افزایش آلودگی محیط زیست در سال­های اخیر موجب شده است که فتوکاتالیست جهت درک علمی و کاربردهای بالقوه، به طور گسترده مورد توجه قرار گیرد. فتوکاتالیستSnO2 به علت پایداری فتوشیمیایی عالی، هزینه پایین و غیر سمی بودن، در پاکسازی محیط زیست از طریق تخریب آلاینده­های آلی و تولید هیدروژن از طریق شکافتن آب کاربرد گسترده­ای دارد . از انجایی که نیمه رساناهای فوتوکاتالیستی در دو دهه گذشته جاذبه های زیادی را در حذف آلودگی ها در محیط زیست ایجاد نموده اند . لذا در این تحقیق سعی می شود نانو کامپوزیت SnO2/Al-MCM-41را  سنتز و خواص فوتوکاتالیستی آن را در رفع آلاینده ها بررسی نماییم. [7،6،5،4،3،2،1].

تاریخچه ی نانو تکنولوژی در دنیا

در طول تاریخ بشر از زمان یونان باستان، مردم و به خصوص دانشمندان آن دوره بر این باور بودند كه مواد را می توان آنقدر به اجزاء كوچك تقسیم كرد تا به ذراتی رسید كه خردناشدنی هستند و این ذرات بنیان مواد را تشكیل می دهند، شاید بتوان دموكریتوس فیلسوف یونانی را پدر فناوری و علوم نانو دانست چرا که در حدود 400 سال قبل از میلاد مسیح او اولین كسی بود كه واژة اتم را كه به معنی تقسیم نشدنی در زبان یونانی است برای توصیف ذرات سازنده موادبه كاربرد.

با تحقیقات و آزمایش های بسیار، دانشمندان تاکنون 108 نوع اتم و تعداد زیادی ایزوتوپ كشف كرده اند. آنها همچنین پی برده اند كه اتم ها از ذرات كوچكتری مانند كوارك ها و لپتون ها تشكیل شده اند. با این حال این كشف ها در تاریخ پیدایش این فناوری پیچیده زیادمهم نیست.

نقطه شروع و توسعه اولیه فناوری نانو به طور دقیق مشخص نیست. شاید بتوان گفت كه اولین نانوتكنولوژیست ها شیشه گران قرون وسطایی بوده اند كه از قالب های قدیمی) (Medieal forges برای شكل دادن شیشه هایشان استفاده می كرده اند. البته این شیشه گران نمی دانستند كه چرا با اضافه كردن طلا به شیشه رنگ آن تغییر  میكند. در آن زمان برای ساخت شیشه های كلیساهای قرون وسطایی از ذرات نانومتری طلا استفاده می شده است و با این كار شیشه های رنگی بسیار جذابی بدست می آمده است. این قبیل شیشه ها هم اكنون در بین شیشه های بسیار قدیمی یافت می شوند. رنگ به وجودآمده در این شیشه ها برپایه این حقیقت استوار است كه مواد با ابعاد نانو دارای همان خواص مواد با ابعاد میكرو نمی باشند.

در واقع یافتن مثالهایی برای استفاده از نانو ذرات فلزی چندان سخت نیست.رنگدانه های تزیینی جام مشهور لیکرگوس در روم باستان (قرن چهارم بعد از میلاد) نمونه ای از آنهاست. این جام هنوز در موزه بریتانیا قرار دارد و بسته به جهت نور تابیده به آن رنگهای متفاوتی دارد.  نور انعکاس یافته از آن سبز است ولی اگر نوری از درون آن بتابد، به رنگ قرمز دیده می شود آنالیز این شیشه حکایت از وجود مقادیر بسیار اندکی از بلورهای فلزی ریز 007(nm) دارد.که حاوی نقره و طلا با نسبت مولی تقریبا 14 به 1 است حضور این نانوبلورها باعث رنگ ویژه جام لیکرگوس گذشته است. اخیراً در عملیات باستان شناسی کشف شده که برخی از سرامیک­های لعاب­دار دوره­ی خلفای عباسی دارای طرحی بسیار پیچیده هستند و چندین رنگ و تلالو رنگین کمانی را از خود نشان می­دهند. تعدادی از این کاشی­ها در برخی مساجد کشور تونس به کار برده شده است. وقتی نور سفید به این سرامیک­ها برخورد می­ کند، بسته به زاویه تابش رنگ لعاب عوض می­شود (مانند بال پروانه یا رنگ روی لوح­های فشرده). این جلوه­ها از کنار هم قرار گرفتن تناوبی نانو ذرات که هر ذره خواص نوری منحصر به فردی دارد، به وجود می­آید. [9،8].

تعداد صفحه : 85