رشته حقوق

تیتانیوم دی اکسید

دانلود پایان نامه

رابطه (1-15) : محصولات کاهش یافته
رادیکال ایجاد شده یک عامل اکسیدکننده‌ی بسیار قوی است (پتانسیل کاهش استاندارد آن (V) 8/2+ است) و می‌تواند بسیاری از ترکیبات آزو را به مواد معدنی اکسید نماید.
1-11. بهبود کارایی و واکنش‌پذیری تیتانیوم دی اکسید :
چند روش متفاوت برای افزایش کارایی فرآیند فتوکاتالیزوری وجود دارد که عبارتند از :
1- افزودن فلزاتی مانند نقره، آهن، سریم، نیکل، مس و…
2-افزایش اکسیدانت کمکی مانند پراکسید هیدروژن، پرسولفات سدیم و هیپوکلریت سدیم
1) افزودن فلزاتی مانند نقره، آهن، سریم، نیکل، مس و… :
با توجه به اینکه ساختار ذرات نیمه‌رسانا نقش حیاتی در رابطه با محل‌های انجام واکنش دارند، دستیابی به یک ساختار مطلوب در حال حاضر یکی از سوژه‌های تحقیقاتی مهم مربوط به این ترکیب است. یکی از راهکارها استفاده از ذرات فلزی است که عمل ذخیره و انتقال الکترون را به خوبی انجام می‌دهند. فلزاتی که به این منظور به کار برده می‌شوند باید شرایط زیر را دارا باشند :
– الکترونگاتیویته بالایی داشته باشند.
– هدایت الکتریکی بالا یا به عبارت دیگر مقاومت الکتریکی پایینی داشته باشند.
فلزاتی با این خصوصیات به طور قابل توجهی در جدول تناوبی مشاهده می‌شوند. اما وجود یک نکته انتخاب فلز را در روش کاهش نوری محدود می‌کند. در روش نشاندن فلز بر روی کاتالیزور باید پتانسیل احیای فلز در حد انرژی الکترون نوار رسانش TiO2 باشد (انرژی الکترون در نوار رسانش برابر (ev) 88/0 است). لذا طبق این روش فلزاتی سریع‌تر احیاء می‌شوند که پتانسیل احیای فلز از نظر جبری بیشتر از ( (ev88/0 باشد. بنابراین هرچه مقدار پتانسیل احیای فلز از (ev) 88/0 بزرگتر باشد عمل نشاندن فلز راحت‌تر انجام می‌گیرد. برای مثال می‌توان به استفاده از فلزاتی مانند پلاتینیوم، پالادیوم، روتنیم، نقره، آهن، سریم، نیکل، مس و اکسیدهای فلزات نظیر وانادیوم اکسید، منگنز اکسید و … اشاره داشت که این فلزات قادرند دانسیته و طول عمر حامل‌های بار
(الکترون-حفره) را تحت تأثیر قرار داده، جداسازی بارهایی را که توسط الکترون‌ها روی ذرات فلزی تجمع
یافته‌اند آسان نمایند]76[. به این ترتیب بر عملکرد ذرات تیتانیوم دی اکسید تأثیرگذار باشند. دوپه کردن فلزات واسطه و یون فلزات خاکی کمیاب با وسعت زیادی برای افزایش فعالیت فوتوکاتالیزوری TiO2مورد تحقیق قرار گرفته است]38[. بهبود خواص در واکنش فوتوکاتالیزوری با توجه به مکانیسم فوتوالکتروشیمیایی توجیه
می‌شود. الکترونی که توسط اشعۀ فرابنفش ایجاد می‌گردد به سرعت به ذرات فلز منتقل می‌گردد، یعنی همان جایی که واکنش‌های کاهش انجام می‌گیرند. در نتیجه ذرات فلز به طور مؤثری باعث جدایی بار می‌گردند و روند انجام اکسایش-کاهش را عملی می‌کنند]16[. حضور یون فلزی دوپه شده در شبکۀ بلوری TiO2 به طور مشخصی بر فعالیت نوری، سرعت تولید حاملان بار و سرعت انتقال الکترون در سطح کاتالیزور تأثیرگذار بوده است. الکترون‌های نوار هدایت کاتالیزورهای دوپه شده با یون فلزی، به راحتی یک گونۀ الکترون‌پذیر را احیاء می‌کنند و حفره‌های لایۀ ظرفیت نیز به راحتی یک گونۀ الکترون‌دهنده را اکسید می‌کنند و درصد فعالیت نوری کاتالیزور را برای انجام عمل اکسیداسیون و احیاء بالا می‌برند. در شکل (1-5)، تراز انرژی فلز مربوطه پایین‌تر از تراز انرژی نوار هدایت تیتانیوم دی اکسید است و الکترون راحت‌تر در سطح یون فلزی قرار می‌گیرد. وارد کردن چنین ترازهای انرژی در شکاف نواری کاتالیزور تیتانیوم دی اکسید باعث جابجایی در انتقال شکاف نواری می‌شود و یک انتقال بار بین فلز دوپه شده و نوار هدایت یا والانس صورت گرفته و یا یک انتقال d-d در میدان با جذب نور مرئی اتفاق می‌افتد.
شکل (1-5)، تراز انرژی فلز
یون‌های فلزی دوپه شده فعالیت نوری TiO2را بدین صورت تحت تأثیر قرار می‌دهند که الکترون یا حفره را به دام می‌اندازند و سرعت تولید مجدد زوج الکترون-حفره را تغییر می‌دهند. در حالی که تراز انرژی
+(1M(n-/ Mn+پایین‌تر از تراز انرژی نوار هدایت TiO(Ecb) 2 است و الکترون راحت‌تر در سطح یون فلزی قرار
می‌گیرد. همچنین تراز انرژی برای +(1M(n-/ Mn+هم بالاتر از تراز انرژی نوار ظرفیت TiO(Evb) 2 است و الکترون از یون فلزی بیرون می‌رود. برای اینکه کاتالیزور، فعال نوری باشد باید فلز دوپه شده هم به عنوان گیرانداز الکترون و هم به عنوان گیرانداز حفره عمل کند. (M فلز دوپه شده به درون کاتالیزور است). گروه هیدروکسیل که جذب سطحی کاتالیزور می‌شود، با دادن الکترون به حفره تولید رادیکال هیدروکسیل کرده و همچنین حفره‌های ایجاد شده باعث اکسیداسیون بسیاری از ترکیبات آلی خواهند شد. برای اینکه کاتالیزور دوپه شده فعال نوری باشد، گیراندازی الکترون و یا حفره به تنهایی کافی نیست. فعالیت یون‌های فلز دوپه شده به کاتالیزور بستگی به آرایش الکترونی این یون‌ها دارد. یون‌های دوپه شده که دارای آرایش الکترونی خالی، نیمه‌پر و یا کاملاً پر هستند اثر کمتری روی فعالیت نوری کاتالیزور دارند. پایداری یک لایۀ الکترونی کاملاً پر باعث می شود که الکترون و یا حفره به خوبی به دام نیفتد و فعالیت کاتالیزوری افزایش نیابد. هنگامی که الکترون به دام افتاده شود حفره به سطح انتقال می یابد و واکنش‌های فوتوکاتالیزوری می‌تواند رخ دهد. بنابراین باید یون‌های فلزی نزدیک سطح ذرات TiO2 باشد تا انتقال بار بهتر صورت گیرد.
٢) افزایش اکسیدانت کمکی مانند پراکسید هیدروژن، پرسولفات سدیم و هیپوکلریت سدیم :
یکی از روش‌هایی که باعث افزایش کارایی و واکنش‌پذیری TiO2در فرآیند فوتوکاتالیزوری می‌شود افزایش اکسنده‌هایی مانند H2O2، NaOCl و پرسولفات پتاسیم می‌باشد. آب اکسیژنه اکسیدکنندۀ قوی ایست که برای حذف مواد آلی و معدنی که موجب فاسد شدن می‌شوند، بکار می‌رود. تزریق این عنصر به دستگاه باعث ایجاد رادیکال‌هایی می‌شود که بیش از چند ثانیه در دسترس نمی‌باشند و در این مدت با خاصیت شدید اکسیدکنندگی خود مواد باقیماندۀ آلی و معدنی را تجزیه می‌کنند. از خصوصیات آب اکسیژنه نسبت به مواد اکسنده دیگر می‌توان به موارد ذیل اشاره کرد :
– با آب به خوبی مخلوط می‌شود، غیر‌فرار است و تا زمان اکسیدکردن مواد آلی در آب باقی می‌ماند.
– به اسید یا سایر اکسیدکننده‌ها نیازی ندارد.
– خالص است و ایجاد املاح نمی‌کند.
– خورنده نیست و در نتیجه به تجهیزات و تأسیسات آسیب نمی‌رساند.
– ایجاد کف نمی‌کند، بی‌بو و بی‌طعم است.

مطلب مشابه :  دسترسی به اطلاعات

برای دانلود متن کامل فایل این  پایان نامه می توانید  اینجا کلیک کنید