بررسي تأثير استفاده از آهن و گرافن اكسيد بر فعاليت فتوكاتاليستي تيتانيم‌دي‌اكسيد به‌منظور تخريب ماده رنگزاي متيلن آبي

Effects of Iron and Graphene Oxide on the Photocatalytic activity of Titanium Dioxide for Methylene Blue Degradation

تيتانيم‌دي‌اكسيد از جمله فتوكاتاليست‌هايي است كه به‌دليل خواص منحصر به‌فرد، بيشترين كاربرد را در فرايندهاي تصفيه پساب‌هاي صنعتي دارد. گاف انرژي بالا، بازتركيب الكترون-حفره و عدم قابليت جداسازي پودر از فاضلاب تصفيه ‌شده از جمله موانع گسترش استفاده از TiO2 در مقياس صنعتي است. در پژوهش حاضر از Fe3O4 و گرافن اكسيد به‌منظور جداسازي و بهبود خواص فتوكاتاليستي TiO2 استفاده شد. مشخصه‌يابي نمونه‌ها با استفاده از پراش اشعه ايكس، طيف‌سنج فوريه مادون قرمز، ميكروسكوپ الكتروني روبشي و دستگاه مغناطيس‌سنج انجام ‌شد و عملكرد فتوكاتاليستي كامپوزيت‌ها در حذف متيلن آبي تحت تابش نور مرئي توسط روش اسپكتروفتومتري UV-vis ارزيابي شد. نتايج حاصل نشان دهنده سنتز موفق نانوكامپوزيت TiO2/Fe3O4/GO با استفاده از روش دو مرحله‌اي سل ژل- هيدروترمال با خلوص بالا است. استفاده همزمان از GO و Fe3O4 فعاليت فتوكاتاليستي را به‌صورت قابل توجهي بهبود مي‌بخشد به‌طوري كه در مدت 80 دقيقه پرتودهي، امكان دستيابي به تخريب 90 درصد از ماده رنگزا امكان‌پذير مي‌شود. به‌دليل خواص سوپرپارامغناطيسي محصول سنتز شده، نانوكامپوزيت پس از انجام عمليات تخريب به‌راحتي با استفاده از ميدان مغناطيسي قابل جداسازي است.

Among the photocatalysts, Titanium dioxide (TiO2) is mostly used for wastewater treatment. Nevertheless, large band gap, rapid recombination of electron–hole along with difficult separation process limits TiO2 applications in industrial scale. In this study, the photocatalytic activity and separation of TiO2 were improved by combined application of Fe3O4 and graphene oxide. X-ray powder diffraction (XRD), scanning electron microscopy (FESEM), and magnetization measurement (VSM) was utilized to characterize the sample and the photocatalytic degradation of methylene blue under visible light irradiation was evaluated by UV-vis spectrophotometer. The results indicate the successful preparation of purified TiO2/Fe3O4/GO nanocomposite by a two-step sol gel-hydrothermal method. The enhanced photocatalytic activity of nanocomposite is attributed to the simultaneous application of iron oxide and graphene oxide. The maximum photocatalytic decoloration (90%) is achieved within 80 min under lamp irradiation. The superparamagnetism of nanocomposites provided a convenient route for separation of the catalyst from the reaction mixture by an external magnet.