فرهاد رحمانی چیانه

در سال های اخیر، فرآیندهای فتوکاتالیستی در حضور نانومواد اکسید روی به عنوان یک روش مؤثر و ارزان برای تخریب آلاینده های کشاورزی ازجمله علف کش ها مورد توجه قرارگرفته اند. بااین حال، به کارگیری این نانومواد فتوکاتالیستی با محدودیت هایی از قبیل بازترکیب سریع الکترون-حفره، ظرفیت جذب پایین، تمایل به انباشتگی در محلول و نیز بازیابی دشوار مواجه می باشند. ازجمله راهکارهای مؤثر به منظور غلبه بر این مشکلات، بارگذاری نانوذرات با ظرفیت جذب بالا و نیز تشکیل ساختارهای نانومواد یک بعدی است. در این راستا، بنتونیت به عنوان یک آلومیناسیلیکات متخلخل طبیعی به دلیل هزینه پایین، فراوانی، سطح زیاد و نیز یک جاذب عالی، گزینه ای مطلوب برای بارگذاری بشمار می رود. از طرفی، به نظر می رسد که نانوالیاف در مقایسه با سایر نانوساختارها به دلایلی چون کاهش انباشتگی، انتقال بار سطحی پایین و قابلیت جداسازی بالا از محلول، فرم ایده آلی برای به کارگیری در فرآیندهای فتوکاتالیستی باشند. لذا در این تحقیق، کارآیی نانوالیاف ZnO سنتزی به روش های الکتروریسی و الکتروسانتریفوژریسی و نیز نانوالیاف کامپوزیتی ZnO/Bentonite الکتروسانتریفوژریسی شده با ترکیب درصدهای مختلف بنتونیت (5/2، 5، 10، 15 و %.wt 30) در تخریب آلاینده بنتازون مورد بررسی قرار گرفت. خصوصیات نمونه های سنتز شده با استفاده از آنالیزهای XRD، FESEM/EDX، DRS، PL، FTIR و TGA مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج حاصل از آنالیزهای شناسایی، تشکیل ساختار کریستالی نانوالیاف اکسید روی، حضور نانوذرات بنتونیت و توزیع عالی آن ها بر روی نانوالیاف، حذف کامل قالب پلیمری PVP و نیز کاهش بازترکیب حامل های بار را نشان می دهند. نتایج ارزیابی عملکردی گویای اثربخشی ساختار نانوالیاف و همچنین حضور نانوذرات بنتونیت بر روی عملکرد نیمه رسانای ZnO در فرآیند حذف فتوکاتالیستی بنتازون، از طریق افزایش جذب مولکولی، قابلیت بازیابی و نیز جلوگیری مؤثر از بازترکیب الکترون-حفره می باشد. با افزودن مقدار %.wt 5 بنتونیت حداکثر میزان حذف به دست آمد. این در حالی است که با به کارگیری مقدار بیشتر بنتونیت به دلیل ایجاد ممانعت نوری درنتیجه پوشش سطحی نانوالیاف و نیز کاهش تعداد سایت های فعال در دسترس، بازده حذف کاهش یافت. مطالعات سینتیکی نیز بیانگر سرعت تخریب بیشتر آلاینده توسط نانوالیاف کامپوزیتی حاوی %.wt 5 بنتونیت و تبعیت نتایج از واکنش مرتبه اول دارد. مدل سازی و بهینه سازی فرآیند فتوکاتالیستی با استفاده از طراحی مرکب مرکزی (CCD) و در نظر گرفتن چهار فاکتور غلظت آلاینده، مقدار فتوکاتالیست، pH محلول و زمان واکنش بررسی شد. در شرایط بهینه عملیاتی (غلظت آلاینده ppm 11/10، مقدار کاتالیست g/L 33/0، 92/8 =pH و زمان تابش 85 دقیقه) میزان تخریب نوری 3/98% به دست آمد. بعلاوه، فتوکاتالیست بهینه پس از 4 مرحله استفاده مجدد، حداقل مقدار افت فعالیت را در مقایسه با نانوذرات ZnO داشت که نشان از قابلیت استفاده مجدد این فتوکاتالیست می باشد.