Iranian Journal of Health and Environment

fa تخریب فتوکاتالیستی رنگ متیلن اورانژ توسط نانوذرات روی-سولفید سنتز شده به روش هیدروترمال Photo-degradation of Methylene Orange by zinc-sulfide nanoparticles synthesized via hydrothermal method تصفیه آب تصفیه آب پژوهشي Research <div style="text-align: justify;">زمینه و هدف: در پژوهش اخیر، ساخت، بررسی ویژگی اپتیکی و فتوکاتالیستی نانوذرات روی-سولفید  ZnSدر فاز بلوری زینک بلند به روش هیدروترمال گزارش شده است. روش اکسیداسیون پیشرفته با استفاده از نانوفتوکاتالیست‌ها، یکی از روش‌های مناسب با کارایی بالا برای حذف این رنگ‌هایی با ترکیبات پیچیده آلی از پساب‌های نساجی و صنعتی است. عملکرد و فعالیت فتوکاتالیستی نانوذرات متاثر از ویژگی‌های ساختاری و اپتیکی آنها است. یکی از مهمترین ویژگی‌های تاثیرگذار بر تخریب فتوکاتالیستی نانوذرات، پهنای باند گاف اپتیکی آنهاست که در جذب فوتون‌های تابشی در ناحیه مرئی و فرابنفش و تولید رادیکال‌های آزاد برای تخریب آلایندگی‌های پیچیده کربنی عامل مهمی به شمار می‌رود. پهنای گاف اپتیکی مانند سایر خواص نانوذرات متاثر از سه پارامتر هندسی مهم یعنی اندازه، بعد و شکل ذرات بوده و همچنین تابع شیمی سنتز یعنی نوع پیش ماده‌ها و روش ساخت آنها است. هدف از تحقیق حاضر، مطالعه نانوساختاری نانوذرات سنتز شده روی-سولفید، ویژگی‌های اپتیکی و اثر فتوکاتالیستی آن بر روی تخریب رنگ متیلن اورانژ است. روش بررسی: آزمایش تخریب رنگ شامل mg 70 از نانوذرات سنتز شده درmL  100 محلول رنگی حاویppm  3/75 رنگ متیلن اورانژ در  pHبرابر با 5/5 است. تمام مراحل آزمایش سه مرتبه تکرار شدند. ویژگی‌های نانوساختاری و مشخصه یابی نانوذرات سه بعدی روی-سولفید توسط تکنیک‌های پراش پرتو ایکس، میکروسکوپ الکترونی روبشی، پراکندگی انرژی پرتو ایکس، میکروسکوپ الکترونی عبوری، تبدیل فوریه جذب مادون قرمز، طیف نگاری جذب فرابنفش و جذب-واجذب نیتروژن مورد مطالعه واقع شده است. یافته‌ها: ویژگی‌های شبکه مانند چگالی، مساحت سطح ویژه، اندازه، کرنش، تنش و دانسیته انرژی تغییر شکل یافته شبکه بلوری با تحلیل مدل‌های مختلف ویلیامسون-هال (Williamson-Hall (W-H)) و هالدر-وگنر )Halder-Wagner (H-W)( مورد بررسی قرار گرفتند. نرخ تخریب فتوکاتالیستی رنگ متیلن اورانژ (k) min/1 0/052 محاسبه شده و این در حالی است که بعد از min 60، 95 درصد رنگ تخریب گردید. میانگین قطر حفرات، مساحت موثر سطح SBET و حجم تخلخل کل با استفاده از تحلیل‌های جذب-واجذب نیتروژن، به‌ترتیب nm 20/69، m2/g 19/12 و m3/g 0/065 معین شدند. گاف نواری اپتیکی نانوذرات با استفاده از روش تاوک، eV 3/47 اندازه گیری شد. در مقایسه با نانوذرات ZnS ساخته شده به روش هیدروترمال در فاز بلوری ورتزایت (نمونه 2)، نمونه‌های سنتز شده (نمونه 1)، دارای کرنش و تنش الاستیک کمتری بوده، اندازه نانوبلورک‌های کوچکتری داشته و فعالیت فتوکاتالیستی بالاتری نیز دارند. نتیجه‌گیری: سنتز نانوذرات روی-سولفید بدون دوپه فلزی و یا سرامیکی با استفاده از روش هیدروترمال و پیش ماده‌های کلرید روی و تیواستامید در حضور اولییک اسید به شکل موفقی به سنتز نانوبلورک‌هایی در فاز بلوری مکعبی زینک بلند ختم شدند. فعالیت فتوکاتالیستی نانوذرات با تخریب یا دکلره کردن محلول رنگی متیلن اورانژ تحت تابش نور UV محرز گردید. با مقایسه با نتایج دیگر محققان، بدون اضافه کردن آلاینده فلزی و یا سرامیکی از گاف انرژی اپتیکی مناسبی برخوردار بوده و تخریب فتوکاتالیستی نانوذرات سنتز شده دارای سرعت تخریب و کارایی بالاتری هستند. در مقایسه با مطالعات مشابه، نتایج نشان دهنده کاهش گاف نواری اپتیکی از eV 3/84 به eV 3/47 بوده و این کاهش سبب افزایش سرعت تخریب فتوکاتالیستی از 0/031 به 0/052 می‌شود. در این پژوهش نشان داده شده با استفاده از نانوذرات روی-سولفید به روش هیدروترمال بدون استفاده از هیچ آلاینده‌ای، پهنای باند گاف اپتیکی کاهش و در پی آن فعالیت فتوکاتالیستی افزایش می‌یابد.</div> <div style="text-align: justify;">Background and Objective: In the present research, the synthesis and characterization of ZnS nanoparticles in zinc blend crystallite phase via hydrothermal method were reported. Advanced oxidation processes using nanophotocatalysts are one of the most efficient methods for removing the dyes with complex organic compounds from textile and industrial wastewaters. The photocatalytic performance of nanoparticles is drastically affected by their structural and optical properties. One of the most important features affecting the photocatalytic degradation of nanoparticles is their optical bandgap width, which is an important factor in the radiant photons in the visible and UV region and the production of active radicals to destroy the complex carbon pollutants. The optical bandgap width, like other properties of nanoparticles is affected by three important geometric parameters, including particle size, dimension and shape. It is also a function of synthetic chemistry, i.e. the precursors and the fabrication methods. The aim of the present study was to investigate the nanostructure of zinc-sulfide synthesized nanoparticles, optical properties and photocatalytic effect on the degradation of Methylene Orange dye. Materials and Methods: The experiment of degradation of dye consisted of 70 mg of synthesized nanoparticles in 100 mL of dye solution containing 3.75 ppm of Methylene Orange dye at pH = 5.5. The experimental steps were repeated three times. Nanostructure characterization of three-dimension ZnS nanoparticles was specified by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, energy dispersive x-ray spectroscopy, transmission electron microscopy, Furrier transform infrared, ultraviolet-visible spectroscopy and N2 adsorption-desorption. Results: The lattice characteristics such as density, specific surface area, size, strain, stress and deformation energy density are specified using Williamson-Hall (W-H) and Halder-Wagner (H-W) analysis. The photocatalytic degradation rate (k) of Methylene Orange was calculated to be 0.052 1/min, whilst after 60 minutes about 95% of the dye was photodegraded. The N2 adsorption-desorption calculations determined the mean pore diameter, specific surface area (SBET) and total porosity volume as 20.69 nm, 19.12 m2/g and 0.065 m3/g, respectively. The bandgap of fabrication ZnS has been evaluated from the Tauc's equation to be 3.47 eV. Compared with ZnS nanoparticles made by the hydrothermal method in the wurtzite crystallite phase (sample 2), the synthesized sample (sample 1) shows less lattice strain and stress, less crystallite size and also revealed the higher photocatalytic activity. Conclusion: The pure zinc-sulfide nanoparticles without metal or ceramic dopants in the cubic zinc-blend crystallite phase are synthesized using the hydrothermal method. The precursors used in the synthesis of zinc-sulfide nanoparticles include zinc chloride and thioacetamide in the presence of oleic acid as a collecting agent. High photocatalytic activity of ZnS nanoparticles was confirmed by the degradation or dechlorination of Methylene Orange solution under UV light irradiation. Compared to similar studies, the results show that reducing the optical bandgap from 3.84 eV to 3.47 eV increases the degradation rate from 0.031 to 0.052. In this study, it was shown that synthesized zinc-sulfide nanoparticles by hydrothermal method, was able to decrease optical gap bandwidth and subsequently increased photocatalytic activity.</div> نانوذرات روی-سولفید, هیدروترمال, تخریب فتوکاتالیستی, گاف انرژی اپتیکی Zinc sulfide nanoparticles, Hydrothermal, Photodegradation, Optical band gap 1 18 http://ijhe.tums.ac.ir/browse.php?a_code=A-10-2201-1&slc_lang=fa&sid=1 Mehran Riazian مهران ریاضیان m.r@gmail.comiazian Yes Department of Engineering, Faculty of Science, Tonekabon Branch, Islamic Azad University, Tonekabon, Iran گروه فنی و مهندسی، واحد تنکابن، دانشگاه آزاد اسلامی، تنکابن، ایران Maryam Yousefpoor مریم یوسف پور maryamyousefpoor@gmail.com No Department of Chemistry, Faculty of Chemistry, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran گروه شیمی، دانشکده شیمی، دانشگاه علم و صنعت، تهران، ایران