بررسي رفتار فوتوكاتاليستي منسوج پوشش داده شده بانانوساختار آيروژل سيليس حاوي ذرات TiO2

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي نساجي

كارشناسي ارشد

با گسترش صنايع نساجي، ميزان استفاده از رنگزاهاي آلي بسيار گسترش يافته و حذف رنگزاي آلي از پساب از اهميت بالايي برخوردار است. در ميان روش¬هاي مختلف حذف رنگزا از پساب، تخريب فوتوكاتاليستي رنگزا به دليل بازدهي بالا و سازگاري با محيط زيست به¬ويژه استفاده از نانوذرات TiO2 بسيار رايج است. اما معايبي همچون تجمع نانوذرات، سطح تماس با آلاينده پايين و دشواري جمع¬آوري آن¬ها از پساب، كاربرد آن¬ها را محدود ساخته كه راهكار بارگذاري نانوذرات بر روي بستر براي رفع اين چالش، بسيار مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. از طرفي سازه¬هاي ليفي فوتوكاتاليست گزارش شده نيز اغلب از عملكرد فوتوكاتاليستي ضعيف برخوردارند. لذا، در اين پژوهش، استفاده از نانوساختار مزومتخلخل آيروژل سيليس با تخلخل و سطح مخصوص بالا به عنوان بستر نانوذرات TiO2 با هدف بهبود بازدهي و عملكرد فوتوكاتاليستي اين ذرات از طريق جلوگيري از تجمع نانوذرات TiO2، جلوگيري از بازتركيب الكترون حفره¬هاي برانگيخته و افزايش تمايل استاندارد رنگزا به سطح فوتوكاتاليست بررسي شد. همچنين طراحي و تهيه منسوج فوتوكاتاليست با كارايي بالا از طريق پوشش¬دهي آيروژل حاوي نانوذرات TiO2بر روي منسوج به منظور جداسازي آسان فوتوكاتاليست از پساب و بهبود خواص مكانيكي ذرات فوتوكاتاليست آيروژلي هدف قرار گرفت. در اين راستا، بهينه سازي ساختار حفرات بستر آيروژلي و روش بارگذاري نانوذرات TiO2 در شبكه آيروژل در جهت دستيابي به عملكرد فوتوكاتاليستي بالا بررسي شد. با كنترل شرايط سنتز آيروژل و مقدار TiO2 موجود در ساختار آيروژل سيليس مزوحفره، نمونه¬هاي متخلخل آيروژل سيليس حاوي TiO2با ساختار حفرات و خواص فيزيكي و شيميايي متفاوت، با روش سل-ژل دومرحله¬اي و خشك كردن در فشار محيط سنتز شدند. پوشش¬دهي سازه ليفي با ساختار آيروژل سيليس حاوي TiO2 (بلانكت آيروژلي) به روش درجا سنتز و بر روي بستر ليفي پوشش¬دهي شد. ضخامت و تراكم لايه و ميزان ذرات فوتوكاتاليست پوشش داده بر روي بستر ليفي بررسي شد. ارزيابي خواص فيزيكي، شيميايي و ساختار حفرات ذرات آيروژل سيليس حاوي TiO2 و بلانكت¬هاي آيروژلي با استفاده از تصاوير FE-SEM، طيف¬سنجي EDX، آزمون جذب و واجذب نيتروژن، FTIR، طيف سنجي انعكاسي DRS و آناليز DLS انجام و از رنگزاي متيلن بلو و بازيك رد 18 براي بررسي عملكرد فوتوكاتاليستي استفاده شد. با كنترل شرايط سنتز، نمونه¬هاي آيروژل سيليس حاوي TiO2 با ساختارهاي كاملاً متفاوت حاصل شده كه داراي تخلخل 84-68 درصد، سطح مخصوص 918-95 مترمربع بر گرم، حجم حفرات 2-2/0 سانتي¬متر مكعب بر گرم و متوسط قطر حفرات 28-2 نانومتر هستند. نتايج حاكي از آنست كه در شرايط بهينه سنتز منجر به تهيه آيروژل با سطح مخصوص 918 مترمربع برگرم و اندازه حفرات 7 نانومتري با روش افزودن پودر نانوذرات TiO2 به محلول سل سيليس حين فرايند سنتز بستر آيروژلي مي¬شود. همچنين از طريق ايجاد برهم¬كنش¬هاي Ti-O-Si و جلوگيري از تجمع نانوذرات TiO2، ميزان رنگبري از پساب و بازده تخريب فوتوكاتاليستي رنگزاي متيلن بلو با غلظت 50 ميلي¬گرم بر ليتر در pH خنثي و مدت زمان 60 دقيقه تحت نور UV تا حدود 95% افزايش يافت. همچنين بهبود 5 برابري در عملكرد فوتوكاتاليستي نانوذرات TiO2 (با بازدهي تخريب 22% ) حاصل شد. همچنين فوتوكاتاليست سنتز شده قابليت رنگبري تحت تابش نور مرئي با بازدهي 93% نشان داد. پوشش¬دهي منسوج با ذرات آيروژل حاوي نانوذرات TiO2 به روش اسپري سل سيليس حاوي نانوذرات بر سطح منسوج و سپس بهينه سازي مقدار ذرات آيروژل فوتوكاتاليست و تراكم منسوج پلي¬استري منجر به تهيه منسوج فوتوكاتاليست با قابليت رنگبري بسيار بالا و بازدهي 94% شد كه از دستاوردهاي مهم اين پژوهش است. در حالي كه نمونه¬ مشابه پوشش داده شده با آيروژل سيليس فاقد ذرات TiO2 و منسوج پوشش داده شده با نانوذرات TiO2 به ترتيب از بازده تخريب فوتوكاتاليستي 31% و 27% برخوردارند. با افزايش حجم سل سيليس حاوي TiO2 اسپري شده بر روي منسوج به¬دليل افزايش غلظت كاتاليست، بازدهي تخريب فوتوكاتاليستي رنگزا از 53% تا 94% افزايش و سپس با افزايش بيشتر حجم سل به¬دليل مسدود شدن حفرات منسوج و عدم نفوذ و دسترسي مولكول رنگزا به فوتوكاتاليست به طور چشمگيري تا 32% كاهش يافت. همچنين با افزايش تراكم و وزن واحد سطح لايه¬ بي¬بافت مورد استفاده از 120 تا 300 گرم بر مترمربع، بازده تخريب فوتوكاتاليستي از 75% تا 94% افزايش يافت.

220065

شيمي نساجي و رنگ

مهندسي نساجي

دانشگاه صنعتي اصفهان