کارایی فتوکاتالیست TiO۲ آناتاز مغناطیسی لود شده توسط گرافن کوانتوم دات در حذف داروی ایمی پرامین از محیط آبی

چکیده مقاله

سابقه و هدف: صنایع داروسازی در رده چهارم تولید فاضلاب قرار دارد و حاوی مقادیر قابل توجهی از داروها و پیش ماده‌های مورد نیاز در داروسازی هستند که سمی بوده و با روش‌های سنتی به‌راحتی حذف نمی‌شوند و استفاده از روش‌های پیشرفته جهت پاکسازی مورد نیاز است. هدف از این پژوهش، سنتز Fe₃O₄، سنتز فتوکاتالیست TiO₂ آناتاز، نشاندن TiO₂ روی Fe₃O₄، سنتز GQD از مالتوز برای اولین بار، نشاندنGQD  روی Fe₃O₄/TiO₂ و تولید نانوکامپوزیت Fe₃O₄/TiO₂/GQD و بررسی میزان کارایی فتوکاتالیست سنتزی در تخریب فتوکاتالیستی ایمی‌پرامین از محیط آبی است.
مواد و روش‌ها: فتوکاتالیست سنتزی Fe₃O₄/TiO₂/GQDs شامل سه جزء است که در چهار مرحله سنتز گردیده است. در ابتدا، اکسید آهن به فرم مگنتیت و به روش هم‌رسوبی تهیه شد. سپس Fe₃O4/TiO₂ با استفاده از روش سل - ژل و از تیتانیوم ایزوپروپوکساید (IV) به‌عنوان منبع تیتانیوم و در فرم بلوری آناتاز سنتز گردید. در مرحله سوم، از مالتوز به‌عنوان منبع کربن برای تولید GQD به روش هیدروترمال استفاده شد. در پایان، فتوکاتالیست به‌روش هیدروترمال از نشاندن GQD در ساختار Fe₃O4/TiO₂ حاصل شد. ویژگی‌های ساختاری و کیفیت فتوکاتالیست با استفاده از روش‌های FT-IR، ایزوترم جذب/واجذب نیتروژن، FESEM و HRTEM بررسی شد. در پایان، کارایی تخریب فتوکاتالیستی تحت تأثیر متغیرهای مختلف بررسی شد.
نتایج و بحث: نتایج طیف‌سنجی FT-IR نانو پودرها و فتوکاتالیست سنتزی بیان کننده وجود پیک‌های جذبی C=C، C-H، C-O، Fe–O و Ti-O-Ti است. همچنین پیک‌های جدید در cm^-1 1400 و cm^-1 1170 چه ­بسا مربوط به تشکیل پیوند Fe–O بین آهن Fe₃O₄ و گروه کربوکسیل GQD_S است که گویای تشکیل موفقیت‌آمیز Fe₃O₄/TiO₂/GQD است. مساحت سطح ویژه فتوکاتالیست بر پایه ایزوترم جذب/واجذب m²/g 38 است. همچنین براساس طبقه‌بندی آیوپاک، این ایزوترم‌ها از نوع IV و مربوط به ساختارهای متخلخل مزوپور و حلقه هیستریس H₂ است. تصویرهای FESEM بیان کننده ریخت‌شناسی کمابیش کروی فتوکاتالیست سنتزی و توزیع یکنواخت نانوذرات TiO₂ در سطح مگنتیت است که بدون تغییر در مورفولوژی و فقط با تغییر اندازه ذرات پس از نشستن TiO₂ روی سطح نانوذرات اکسید آهن مغناطیسی همراه بوده است. تصویرهای HRTEM گویای شکل کروی ذرات با قطر عمدتا کمتر از nm 50 و فاصله مشبک مربوط به آناتاز (TiO₂) و GQDs است. همچنین عملکرد فتوکاتالیستی نانوکامپوزیت سنتزی و دست­یابی به بیشینه درصد حذف ایمی‌پرامین متأثر از متغیرهای مختلف دوز فتوکاتالیست، pH، دمای محیط، مدت زمان تابش مورد سنجش قرار داده شد. شرایط بهینه حذف شامل دوز فتوکاتالیست 5/0 گرم بر لیتر، pH برابر با 3، دما برابر با C° 40 در مدت زمان تابش 120 دقیقه با راندمان بالغ‌بر 90% در پساب آزمایشگاهی و کمابیش 70% برای پساب واقعی به ­دست آمد. آزمایش ­های بازیابی فتوکاتالیست بیان کننده پایداری فتوکاتالیست سنتزی است که می‌تواند بدون از دست دادن فعالیت اولیه قابل ‌استفاده دوباره برای فرایند تصفیه باشد.
نتیجه‌گیری: نتایج نشان می‌دهد که مکانیسم تخریب ایمی‌پرامین از نوع تخریب اکسیداسیونی از طریق حفره­ های نوری تولید شده است و از سینتیک درجه اول تحت تابش نور UVA پیروی می‌نماید. همچنین یافته‌ها گویای قابلیت کاربرد صنعتی فتوکاتالیست سنتزی Fe₃O₄/TiO₂/GQDs در تصفیه پساب حاوی آلاینده‌های آلی پایدار تحت شرایط بهینه است.