سنتز نانو نیمه هادی ها(اکسید تیتانیم،سولفید کادمیم) و کامپوزیت آنهابه کمک امواج فراصوت وکاربردآنها درحذف آلاینده های محیط زیستی(رنگ آزو rb5 )
چکیده
نیمه هادیها در مقیاس نانو،کاربردهای متنوعی دارند. روشهای مختلفی برای تهیه آنها بکار می رود ولی در این پروژه از یک روش جدید ترکیبی امواج فراصوت و میکروامولسیون بدون مواد فعال سطحی و در حضور مواد فعال سطحی برای تهیه نانوذرات اکسید تیتانیوم و کادمیوم سولفید و کامپوزیت آنها استفاده شده است. با استفاده از امواج فراصوت 500 کیلوهرتز با شدت پایین که مصرف انرژی کمی دارد، نانوذرات اکسید تیتانیوم با اندازه کمتر از 10 نانومتر در فاز بلوری آناتاز تحت شرایط عادی و زمان کوتاه تهیه گردید. در این قسمت اثر عوامل تأثیرگذار مهم از قبیل زمان امواج دهی، نسبت آب و الکل روی ساختار نانوذرات بررسی شد. همچنین آزمایشهائی در غیاب امواج فراصوت ولی تحت شرایط یکسان به روش کلاسیک طراحی شد تا اثر امواج به تنهایی روی فرایند تهیه آشکار گردد. نانوذرات سولفید کادمیوم در حضور مواد فعال سطحی با اندازه ای بسیار کوچک (حدود2 نانومتر) در فاز بلوری هگزاگونال در دمای نسبتاً پایین(60 درجه سانتی گراد) و زمان کوتاه (10 دقیقه) با امواج فراصوت 20 کیلوهرتز سنتز گردید. همچنین نانوذرات فوق با اندازه ای حدود10 نانومتر بدون حضور مواد فعال سطحی در دمای نسبتاً پایین(70 درجه سانتی گراد) و زمان کوتاه(30 دقیقه) با امواج فراصوت 20 کیلوهرتز تهیه گردید. اثرعوامل مهمی از قبیل زمان امواج دهی، شدت امواج فراصوت، ودما مورد بررسی قرار گرفت. ثابت رشد در زمان های طولانی با فرض نفوذ حدی استوالد رایپنینگ (lsw) تعیین و مشخص گردید که با افزایش دما زیاد شده و انرژی فعال سازی رشد kj.mol-1 28 تعیین گردید. تهیه نانو کامپوزیت تیتانیوم اکسید و کادمیوم سولفید تحت شرایط مختلف انجام شد. با اعمال مناسب امواج فراصوت، نانو کامپوزیت هم براحتی تحت شرایط عادی سنتز گردید و همچنین بر خلاف روش کلاسیک ساختارهای پوسته-هسته با پوشش دهی یکنواخت ایجاد شد. نتایج نشان می دهد که امواج فراصوت به دلیل فشار و دمای بالا ایجاد شده طی فرایند کویتاسیون می تواند فازهای بلوری هر سه دسته مواد نانو قید شده را بدون نیاز به عمل کلسینه کردن و با افزایش فعالیت سطحی ایجاد نماید.درحالی که درروش کلاسیک برای ایجادفازبلوری نیاز به عمل کلسینه کردن میباشد. سرانجام برای حذف و یا کاهش آلاینده رنگی rb5 ( reactive black 5)که باعث آلودگی محیط زیست می شود از مواد نانوی سنتز شده استفاده شد. نتایج تجربی نشان داد که نانو کامپوزیت پوسته-هسته نسبت به دو ماده دیگر در حذف آلاینده مورد نظر بهتر عمل می نماید. نانو کامپوزیت پوسته-هسته با نسبت مشخص تحت امواج فراصوت در زمان کوتاهی بر خلاف نور خورشید و تابش امواج فرابنفش می تواند آلاینده رنگی را از محیط عمل حذف و درحدود 60 دقیقه به طور کامل آن را به گونه های معدنی نظیر so4 2? و no3- تبدیل نماید. نانو کامپوزیت پوسته-هسته بدون مواد فعال سازی با نسبت مولی 5/2 تحت امواج فراصوت و نور مرئی در زمان کوتاهی می تواند آلاینده رنگی را از محیط عمل حذف نماید. همچنین از دو مدل سینتیکی لانگمویر-هینشل وود ودو واکنش سری مرتبه اول برای تعیین پارامترهای سینتیکی استفاده گردید. نتایج بدست آمده در توافق با مکانیزم پیشنهاد شده می باشند. ثابت های سرعت تجزیه با مکانیزم سری در حضور نانو کامپوزیت پوسته-هسته با نسبت مشخص تحت امواج فراصوت 7 برابر بیشتر از نور خورشید(با کاتالیست) و همچنین به ترتیب 3 و 14 برابر بیشتر از تابش امواج فرابنفش(در حضور کاتالیست) و امواج به تنهایی می باشد