روجیار اکبری سنه

در میان ترکیبات بیسموت اکسی هالیدهای مختلف مورد استفاده در فرآیندهای فتوکاتالیستی، Bi5O7I به دلیل پایداری حرارتی بهتر و طیف جذبی گسترش یافته به ناحیه مرئی بیشتر مورد توجه محققان قرار گرفته است. با این حال، کارآیی فتوکاتالیستی این مواد در فرآیندهای پالایش پساب به دلیل مساحت سطح کم و ظرفیت جذب آلاینده پایین، جذب نور محدود (عمدتاً در ناحیه فرابنفش) و نیز جداسازی ضعیف حاملان بار هنوز با چالش‌هایی مواجه می‌باشد. به نظر می‌رسد تشکیل ساختار اتصال ناهمگون با فریت بیسموت Bi2Fe4O9 که مساحت سطح بالا، انرژی شکاف باند بسیار باریک و خاصیت مغناطیسی دارد و نیز آلایش ساختاری آن با نانوذرات بنتونیت به‌عنوان یک آلومیناسیلیکات متخلخل طبیعی، کم هزینه، فراوان، با سطح زیاد و نیز ظرفیت جذب بالا می‌تواند چالش‌های پیش‌روی ترکیب Bi5O7I در فرآیندهای تصفیه فتوکاتالیستی را به حداقل برساند. در تحقیق حاضر، ساختار اتصال ناهمگون Bi5O7I-Bi2Fe4O9 با ترکیب درصدهای مختلف به روش رسوبی درجا تحت تابش امواج فراصوت سنتز و کارآیی فتوکاتالیستی آنها در حذف آلاینده رنگی متیل اورانژ مورد بررسی قرار گرفت. درنهایت، تأثیر آلایش ساختاری با مقادیر مختلف نانوذرات بنتونیت بر خواص و عملکرد فتوکاتالیستی ترکیب اتصال ناهمگون Bi5O7I-Bi2Fe4O9 با ترکیب درصد بهینه ارزیابی گردید. نمونههای سنتزی توسط آنالیزهای XRD، FESEM/EDX، UV-DRS، جذب-واجذب گاز نیتروژن و PL شناسایی شدند. با توجه به نتایج عملکردی، مشخص شد که نسبت وزنی اسمی 90 به 10 از BiOI به BiFeO3 ترکیب درصد بهینه جهت تشکیل ساختار اتصال ناهمگون Bi5O7I-Bi2Fe4O9 می‌باشد. نتایج آنالیزهای شناسایی تشکیل فازهای کریستالی Bi5O7I و Bi2Fe4O9 و نیز حضور نانوذرات بنتونیت در ساختار نمونه‌های آلایش یافته را تأیید و نشان دادند که آلایش ساختاری کامپوزیت Bi5O7I-Bi2Fe4O9 با نانوذرات بنتونیت تا 15 درصد وزنی باعث کوچک‌شدن و همگنی اندازه نانوذرات سطحی، یکنواختی توزیع آنها و کاهش تشکیل کلوخه‌ها، افزایش مساحت سطح و تخلخل، بهبود برهمکنش بین ذرات و نیز کاهش میزان بازترکیب حاملان بار می‌شود؛ اما بارگذاری بیشتر از آن از اثرگذاری نانوذرات بنتونیت بر خواص سطحی، بافتی و نوری فتوکاتالیست می‌کاهد. در تطابق با نتایج آنالیزهای شناسایی، نتایج ارزیابی عملکردی گویای اثربخشی قابل توجه آلایش ساختاری با استفاده از مقادیر مناسب از نانوذرات بنتونیت بر روی ظرفیت جذب و کارآیی فتوکاتالیستی ساختار اتصال ناهمگون Bi5O7I-Bi2Fe4O9 بود. با افزودن مقدار %.wt 15 بنتونیت حداکثر میزان راندمان جذب (33٪) و حذف فتوکاتالیستی تحت تابش نور فرابنفش (UV) (89٪) به دست آمد. مطالعات سینتیکی نیز بیانگر سرعت تخریب بیشتر متیل اورانژ توسط Bi5O7I-Bi2Fe4O9 آلایش یافته با %.wt 15 بنتونیت و تبعیت نتایج از واکنش مرتبه اول بود. نمونه مذکور همچنین از قابلیت فتوکاتالیستی بالایی تحت تابش نور خورشید برخوردار بود بنحوی که در مدت زمان 2 ساعت تابش لامپ‌های شبیه‌ساز خورشید و LED توانست تقریباً 81 و 55٪ از آلاینده رنگی متیل اورانژ را حذف نماید. ارزیابی مقایسه‌ای اثرگذاری آلایش ساختاری با استفاده از مقدار بهینه نانوذرات بنتونیت در حضور و غیاب ساختار اتصال ناهمگون نشان داد که اثرگذاری تشکیل ساختار اتصال ناهمگون بر خواص و کارآیی فتوکاتالیستی ترکیب Bi5O7I در مقایسه با آلایش ساختاری آن با نانوذرات بنتونیت بیشتر بوده و در کنار هم اثر هم‌افزایی دارند.