تهيه و شناسايي نانوچندسازه كربن نيتريد گرافيتي/كائولن براي حذف فوتوكاتاليستي نيترات از محلول‌هاي آبي

Synthesis and characterization of graphitic carbon nitride/kaolin nanocomposite for photocatalytic removal of nitrate from aqueous solutions

يون نيترات موجود در آب موجب مسموميت انسان مي‌شود و بسيار خطرناك است. حذف فوتوكاتاليستي نيترات از آب و تبديل آن به گاز نيتروژن از اهميت زيادي برخوردار است. در اين مطالعه، نانوچندسازه ناهمگن كربن نيتريد گرافيتي/كائولن به دليل داشتن بستر طبيعي كائولن با خواص ويژه، براي كاهش نيترات تحت تابش پرتو فرابنفش درنظرگرفته شد. نتيجه­ هاي به دست آمده از تجزيه و تحليل فوتوكاتاليستي نانوچندسازه با روش‌هاي طيف شناسي فروسرخ تبديل فوريه (FTIR) ، پراش پرتو ايكس (XRD)، ميكروسكوپي الكتروني پويشي (SEM) و طيف شناسي تفكيك انرژي (EDS) به روشني نشان داد كه سطح كائولن با يك لايه كربن نيتريد گرافيتي پوشانده شده است. محلول آبي حاوي 50 ميلي‌گرم بر ليتر يون نيترات تحت واكنش فوتوكاتاليستي قرار گرفت. نتيجه ­هاي به دست آمده حذف نيترات با نانوچندسازه كربن نيتريد گرافيتي/كائولن در مقايسه با كربن نيتريد گرافيتي و كائولن، بالاترين مقدار تخريب نيترات را در 60 دقيقه اول نشان داد. با روش يادشده و با بازده حذف 93/15 %، غلظت اوليه ppm 50 يون نيترات به ppm 3/5 رسيد كه اين مقدار زير حد مجاز نيترات برپايه استاندارد سازمان بهداشت جهاني است. بنابراين، به كارگيري اين نانوچندسازه، به دليل سادگي روش تهيه و دسترسي تجاري به واكنشگرهاي موردنياز در تهيه آن، و همچنين، راندمان و انتخاب‌گري بالاي توليد گاز نيتروژن در تخريب نيترات و نبود آلايندگي پساب، روشي مناسب در حذف فوتوكاتاليستي نيترات از آب آشاميدني است.

Nitrate ion in water causes human poisoning and is very dangerous. Photocatalytic removal of nitrate from water and conversion to nitrogen gas is of great importance. In this study, heterogeneous nanocomposite g-C3N4/kaolinite, due to its natural kaolin substrate has been considered to nitrate reduction in the presence of UV light. The results of nanocomposite photocatalyst analysis using FTIR, SEM, EDS, and XRD instruments have clearly shown that the surface of the kaolin is covered by graphitic carbon nitride. In this work, the nitrate aqueous solution containing nitrate ion (50 ppm) was subjected to a photocatalytic reaction. Nitrate removal results showed the highest rate of nitrate degradation in the first 60 minutes compared with graphitic carbon nitride and kaolin individually. With the removal efficiency of 93.15% using the above method, the initial concentration of 50 ppm reaches 3.5 ppm, nitrate ion, which is below the permissible level of nitrate according to the World Health Organization standard. Therefore, the use of nanocomposite is a convenient choice to remove nitrate from water due to the simplicity of the preparation and commercial access to the raw materials required for synthesis, as well as high efficiency and selectivity to N2 in nitrate degradation and non-contamination of effluent.