بررسی کارایی نانو کامپوزیت کیتوزان/ اکسید گرافن-بیسموت فریت (BiFeO3-GO) در حذف اسید رد 18 و بیس فنول آ از محیط آبی
Performance evaluation of Bismuth ferrite (BiFeO۳) /chitosan -Graphene oxide nanoparticles for the removal of acid red ۱۸ and bisphenol A from aqueous solution
یس¬فنول شامل دسته‌ای از ترکیبات آلی است که از شناخته شده¬ترین آنها می‌توان به بیس¬فنول¬آ اشاره کرد. بیس¬فنولآ از طریق نشت از چاه¬های کشاورزی و صنعتی، وارد آبهای زیرزمینی شده و با توجه به شرایط محیطی می¬تواند روزها، هفته¬ها و یا ماه¬ها در منابع آب سطحی باقی بماند. بیس¬فنولآ در برابر تجزیه بیولوژیکی مقاوم بوده و می¬تواند اثرات نامطلوب بسیاری بر انسان و دیگر موجدات از خود نشان دهد. EPA گزارش داده است که میانگین غلظت بیس¬فنول¬آ در آب شرب کشور ایالات متحده کمتر ازppb ۱ است. از اثرات سوء بالقوه بیس¬فنول بر سلامت انسان، می-توان سرطان سینه، سرطان پروستات، ناهنجاری¬های دستگاه ادراری- تناسلی در نوزادان مذکر، بلوغ زودرس در دختران، اختلالات متابولیکی مانند دیابت مقاوم به انسولین نوع ۲، چاقی و مشکلات عصبی- رفتاری مانند بیش فعالی را نام برد.
فتوکاتالیست کاتالیزگری است که توسط نور فعال می‌شود، یعنی تابش نور نیروی محرکه فعالیت کاتالیستی آن ماده است. اندازه نانو ذرات، نحوه توزیع نانو ذرات، شکل نانوذرات، بستر تهیه نانوذرات و شرایط انجام واکنش از عوامل موثر بر فرآیندهای فتوکاتالیستی به شمار می¬رود. اندازه بسیار کوچک، نسبت سطح به حجم بسیار بالا و زیاد شدن تعداد اتم‌های روی سطح از مهم‌ترین دلایل پیدایش خاصیت کاتالیستی در نانو مواد است. به منظور افزایش میزان جذب نور توسط اکسیدان¬های فتوشیمیایی در فرآیندهای کاتالیستی از روش¬های مختلفی همچون داپ کردن با عناصر غیر فلزی، داپ کردن با عناصر فلزی و اتصال با نمیه رساناها استفاده می¬شود. برخی از ترکیبات فروالکتریک را می¬توان در فرآیندهای فتوکاتالیست به کار برد. یکی از این ترکیبات بیسموت فریت (BiFeO۳ یا به اختصار BFO) است. بیسموت فریت دارای حفره انرژی حدود ۲.۲ الکترون ولت و جزء ترکیبات قابل استفاده مجدد است. خواص فتوکاتالیستی بیسموت فریت را می¬توان با کنترل اندازه و شکل ذرات، داپ کردن با یون¬های فلزی و تولید طرح¬های مختلف آن ارتقاء بخشید. مانع اصلی در تحقیقات مرتبط با تشکیل لایه نازک از بیسموت فریت را می¬توان به تشکیل ناخالصی¬های مختلف نسبت داد.
کیتوزان، کیتین دی استیل شده است. این پلیمرهای طبیعی دارای ویژگی¬های دیگری همچون سازگاری زیستی، تجزیه پذیری زیستی، خاصیت غیر سمی، جذب سطحی و... است. ازآنجائی¬که کیتین و کیتوزان به صورت بازی در محیط حضور دارند این ویژگی سبب می¬شود این ترکیبات بتوانند به صورت شیمایی با چربیها، کلسترول، پروتئین¬ها و یون¬های فلزی پیوند تشکیل دهند. از آنجائیکه کیتوزان دارای گروه¬های آمین (NH۲) و کربوکسیل (OH-) است می¬توان از آن به عنوان یک جاذب در فرآیندهای آب و فاضلاب استفاده نمود.
نانو مواد برپایه کربن در حال حاضر به عنوان جاذب¬هایی بسیار کارآمد در زمینه حذف اقسام گوناگون آلاینده¬ها از محیط¬های مختلف شناخته شده¬اند. اکسید گرافن را می¬توان با فرآیند اکسیداسیون از گرافیت تولید کرد. از این ماده به عنوان یک جاذب ایده آل در صنعت آب و فاضلاب نام برده شده است. امروزه گرافن به دلیل سطح زیاد، هدایت الکتریکی مناسب و پایداری مکانیکی قابل قبول، مورد توجه محققین قرار گرفته است. فرآیند تبدیل گرافیت به اکسید گرافن موجب تشکیل گروه¬های عامل متنوعی نظیر OOH-، –C=O و OH– بر سطح گرافن می¬گردد که اکسید گرافن را در موقعیتی برتر نسبت به نانو لوله های کربنی قرار می¬دهد. به منظور اتصال گروه¬های هیدروفیلیک بر سطح نانو لوله های کربنی جهت افزایش قابلیت حذف ترکیبات آلی، لازم است تا از فرآیندهای اکسیداسیون ویژه با مکانیسم¬های پیچیده و مشکل استفاده شود. کاربرد گرافن در نیمه رساناهای در ابعاد نانو به منظور تولید نانو کامپوزیت می¬تواند به طور قابل توجهی موجب ارتقا فرآیندهای فتوکاتالیستی شود. استفاده از گرافن در بیسموت فریت موجب تغیر در ساختارظاهری، اندازه ذرات، ساختار باند انرژی وشکاف انرژی می¬گردد.
رویکرد مطالعه حاضر، بهره¬گیری از ویژگی¬های مورد اشاره در خصوص کامپوزیت¬های گرافنی- بیسموت فریت و کیتوزان- بیسموت فریت به عنوان عامل فعال در فرآیندهای فتوکاتالیستی در محیط آبی به منظور حذف ترکیبات آلی در مقادیر بسیار اندک است. نتایج این مطالعه می¬تواند در طراحی غشاهای اختصاصی و جاذب های جدید به منظور تصفیه آبهای آشامیدنی آلوده که حاوی ترکیبات مختلفی از آلاینده های آلی است مفید باشد.
فتوکاتالیست کاتالیزگری است که توسط نور فعال می‌شود، یعنی تابش نور نیروی محرکه فعالیت کاتالیستی آن ماده است. اندازه نانو ذرات، نحوه توزیع نانو ذرات، شکل نانوذرات، بستر تهیه نانوذرات و شرایط انجام واکنش از عوامل موثر بر فرآیندهای فتوکاتالیستی به شمار می¬رود. اندازه بسیار کوچک، نسبت سطح به حجم بسیار بالا و زیاد شدن تعداد اتم‌های روی سطح از مهم‌ترین دلایل پیدایش خاصیت کاتالیستی در نانو مواد است. به منظور افزایش میزان جذب نور توسط اکسیدان¬های فتوشیمیایی در فرآیندهای کاتالیستی از روش¬های مختلفی همچون داپ کردن با عناصر غیر فلزی، داپ کردن با عناصر فلزی و اتصال با نمیه رساناها استفاده می¬شود. برخی از ترکیبات فروالکتریک را می¬توان در فرآیندهای فتوکاتالیست به کار برد. یکی از این ترکیبات بیسموت فریت (BiFeO۳ یا به اختصار BFO) است. بیسموت فریت دارای حفره انرژی حدود ۲.۲ الکترون ولت و جزء ترکیبات قابل استفاده مجدد است. خواص فتوکاتالیستی بیسموت فریت را می¬توان با کنترل اندازه و شکل ذرات، داپ کردن با یون¬های فلزی و تولید طرح¬های مختلف آن ارتقاء بخشید. مانع اصلی در تحقیقات مرتبط با تشکیل لایه نازک از بیسموت فریت را می¬توان به تشکیل ناخالصی¬های مختلف نسبت داد.
کیتوزان، کیتین دی استیل شده است. این پلیمرهای طبیعی دارای ویژگی¬های دیگری همچون سازگاری زیستی، تجزیه پذیری زیستی، خاصیت غیر سمی، جذب سطحی و... است. ازآنجائی¬که کیتین و کیتوزان به صورت بازی در محیط حضور دارند این ویژگی سبب می¬شود این ترکیبات بتوانند به صورت شیمایی با چربیها، کلسترول، پروتئین¬ها و یون¬های فلزی پیوند تشکیل دهند. از آنجائیکه کیتوزان دارای گروه¬های آمین (NH۲) و کربوکسیل (OH-) است می¬توان از آن به عنوان یک جاذب در فرآیندهای آب و فاضلاب استفاده نمود.
نانو مواد برپایه کربن در حال حاضر به عنوان جاذب¬هایی بسیار کارآمد در زمینه حذف اقسام گوناگون آلاینده¬ها از محیط¬های مختلف شناخته شده¬اند. اکسید گرافن را می¬توان با فرآیند اکسیداسیون از گرافیت تولید کرد. از این ماده به عنوان یک جاذب ایده آل در صنعت آب و فاضلاب نام برده شده است. امروزه گرافن به دلیل سطح زیاد، هدایت الکتریکی مناسب و پایداری مکانیکی قابل قبول، مورد توجه محققین قرار گرفته است. فرآیند تبدیل گرافیت به اکسید گرافن موجب تشکیل گروه¬های عامل متنوعی نظیر OOH-، –C=O و OH– بر سطح گرافن می¬گردد که اکسید گرافن را در موقعیتی برتر نسبت به نانو لوله های کربنی قرار می¬دهد. به منظور اتصال گروه¬های هیدروفیلیک بر سطح نانو لوله های کربنی جهت افزایش قابلیت حذف ترکیبات آلی، لازم است تا از فرآیندهای اکسیداسیون ویژه با مکانیسم¬های پیچیده و مشکل استفاده شود. کاربرد گرافن در نیمه رساناهای در ابعاد نانو به منظور تولید نانو کامپوزیت می¬تواند به طور قابل توجهی موجب ارتقا فرآیندهای فتوکاتالیستی شود. استفاده از گرافن در بیسموت فریت موجب تغیر در ساختارظاهری، اندازه ذرات، ساختار باند انرژی وشکاف انرژی می¬گردد.
رویکرد مطالعه حاضر، بهره¬گیری از ویژگی¬های مورد اشاره در خصوص کامپوزیت¬های گرافنی- بیسموت فریت و کیتوزان- بیسموت فریت به عنوان عامل فعال در فرآیندهای فتوکاتالیستی در محیط آبی به منظور حذف ترکیبات آلی در مقادیر بسیار اندک است. نتایج این مطالعه می¬تواند در طراحی غشاهای اختصاصی و جاذب های جدید به منظور تصفیه آبهای آشامیدنی آلوده که حاوی ترکیبات مختلفی از آلاینده های آلی است مفید باشد.
