تهیه و شناسایی نانوچندسازه کربن نیترید گرافیتی/کائولن برای حذف فوتوکاتالیستی نیترات از محلول‌های آبی

محورهای موضوعی : شیمی تجزیه

الهام اسدی ¹ , محمد هادی قاسمی ² , پرویز احمدی اول ³ , ناهید منجمی ⁴ , مریم افشارپور ⁵ , مجید بغدادی ⁶

1 - دانشجوی دکترا گروه پژوهشی شیمی کاربردی، سازمان جهاد دانشگاهی تهران-ACECR، تهران، ایران
2 - استادیار گروه پژوهشی شیمی کاربردی، سازمان جهاد دانشگاهی تهران-ACECR، تهران، ایران.
3 - کارشناس ارشد (مربی) گروه پژوهشی شیمی کاربردی، سازمان جهاد دانشگاهی تهران-ACECR، تهران، ایران.
4 - دانشجوی دکترا پژوهشگاه شیمی و مهندسی شیمی ایران، تهران، ایران.
5 - استادیار پژوهشگاه شیمی و مهندسی شیمی ایران، تهران، ایران.
6 - دانشیار دانشکده محیطزیست، پردیس دانشکدههای فنی، دانشگاه تهران، تهران، ایران

تاریخ دریافت : 1400/03/30 تاریخ پذیرش : 1400/03/30 تاریخ انتشار : 1400/03/01

کلید واژه: تصفیه آب, نانوچندسازه فوتوکاتالیستی, کربن نیترید گرافیتی, کائولن, کاهش نیترات,

چکیده مقاله :

یون نیترات موجود در آب موجب مسمومیت انسان می‌شود و بسیار خطرناک است. حذف فوتوکاتالیستی نیترات از آب و تبدیل آن به گاز نیتروژن از اهمیت زیادی برخوردار است. در این مطالعه، نانوچندسازه ناهمگن کربن نیترید گرافیتی/کائولن به دلیل داشتن بستر طبیعی کائولن با خواص ویژه، برای کاهش نیترات تحت تابش پرتو فرابنفش درنظرگرفته‎شد. نتیجه های به‎دست آمده از تجزیه و تحلیل فوتوکاتالیستی نانوچندسازه با روش‌های طیف‎شناسی فروسرخ تبدیل فوریه (FTIR) ، پراش پرتو ایکس (XRD)، میکروسکوپی الکترونی پویشی (SEM) و طیف‎شناسی تفکیک انرژی (EDS) به‎روشنی نشان داد که سطح کائولن با یک لایه کربن نیترید گرافیتی پوشانده شده است. محلول آبی حاوی 50 میلی‌گرم بر لیتر یون نیترات تحت واکنش فوتوکاتالیستی قرار گرفت. نتیجه های به‎دست آمده حذف نیترات با نانوچندسازه کربن نیترید گرافیتی/کائولن در مقایسه با کربن نیترید گرافیتی و کائولن، بالاترین مقدار تخریب نیترات را در 60 دقیقه اول نشان داد. با روش یادشده و با بازده حذف 15/93 %، غلظت اولیه ppm ۵۰ یون نیترات به ppm 5/3 رسید که این مقدار زیر حد مجاز نیترات برپایه استاندارد سازمان بهداشت جهانی است. بنابراین، به‎کارگیری این نانوچندسازه، به دلیل سادگی روش تهیه و دسترسی تجاری به واکنشگرهای موردنیاز در تهیه آن، و همچنین، راندمان و انتخاب‌گری بالای تولید گاز نیتروژن در تخریب نیترات و نبود آلایندگی پساب، روشی مناسب در حذف فوتوکاتالیستی نیترات از آب آشامیدنی است.

چکیده انگلیسی:

Nitrate ion in water causes human poisoning and is very dangerous. Photocatalytic removal of nitrate from water and conversion to nitrogen gas is of great importance. In this study, heterogeneous nanocomposite g-C3N4/kaolinite, due to its natural kaolin substrate has been considered to nitrate reduction in the presence of UV light. The results of nanocomposite photocatalyst analysis using FTIR, SEM, EDS, and XRD instruments have clearly shown that the surface of the kaolin is covered by graphitic carbon nitride. In this work, the nitrate aqueous solution containing nitrate ion (50 ppm) was subjected to a photocatalytic reaction. Nitrate removal results showed the highest rate of nitrate degradation in the first 60 minutes compared with graphitic carbon nitride and kaolin individually. With the removal efficiency of 93.15% using the above method, the initial concentration of 50 ppm reaches 3.5 ppm, nitrate ion, which is below the permissible level of nitrate according to the World Health Organization standard. Therefore, the use of nanocomposite is a convenient choice to remove nitrate from water due to the simplicity of the preparation and commercial access to the raw materials required for synthesis, as well as high efficiency and selectivity to N2 in nitrate degradation and non-contamination of effluent.

منابع و مأخذ:

[1] Afzal, B.M.; J. Midwifery Womens Health. 51, 12-18, 2006.

[2] Spalding, R.F.; Exner, M.E., J. Environ. Qual. 22, 392-402, 1993.

[3] Rupert, M.G.; J. Environ. Qual. 37, 1988–2004, 2008.

[4] Schlesinger, W.H.; Proceedings of the National Academy of Sciences 106, 203-208, 2009.

[5] Heidariyeh, A.; Ghobakhloo, S.; Abdolshahi, A.; Marvdashti, L. M.; Zeinali, M. K.; Ashhad, S.; Koomesh. 21, 381-386, 2019.

[6] Liu, J.; Liu, Y.; Liu, N.; Han, Y.; Zhang, X.; Huang, H.; Lifshitz, Y.; Lee, S.T.; Zhong, J.; Kang, Z.; Science 347, 970-974, 2015.

[7] Uyguner-Demirel, C.S.; Bekbolet, M.; Chemosphere 84, 1009-1031, 2011.

[8] Zhang, C.; Li, Y.; Shuai, D.; Shen, Y.; Xiong, W.; Wang, L.; Chemosphere 214, 462-479, 2019.

[9] Jiang, L.; Yuan, X.; Pan, Y.; Liang, J.; Zeng, G.; Wu, Z.; Wang, H.; Appl. Catal. B-Environ. 217, 388-406, 2017.

[10] Inagaki, M.; Tsumura, T.; Kinumoto, T.; Toyoda, M.; Carbon 141, 580-607, 2019.

[11] Kloprogge, J. T.; Cham. 41-96, 2019.

[12] Sun, Z.; Li, C.; Du, X.; Zheng, S.; Wang, G.; J. Colloid Interface Sci. 511, 268-276, 2018.

[13] Sholl, D.S.; Steckel, J.A.; “Density functional theory: a practical introduction” John Wiley & Sons, Canada, 2011.

[14] Li, Y.; Li, S.G.; Wang, J.; Li, Y.; Ma, C.H.; Zhang, L.; Russ. J. Phys. Chem. A. 88, 2471–2475, 2014.

[15] Zhang, Q.; Yan, Z.; Ouyang, J.; Zhang, Y.; Yang, H.; Chen, D.; Appl. Clay Sci. 157, 283-290, 2018.

[16] Wang, A.; Wang, C.; Fu, L.; Wong-Ng, W.; Lan, Y.; Nanomicro Lett. 9(4), 1-21, 2017.

[17] Sun, D.; Yang, W.; Zhou, L.; Sun, W.; Li, Q.; Shang, J.K.; Appl. Catal. B Environ. 182, 85–93, 2016.