ساختارهای احتمالی حاصل از جذب یون فرمات روی صفحه ی 101 چندشکلی آناتاز دی اکسید تیتانیوم با محاسبات مکانیک کوانتومی مورد بررسی قرار گرفتند تا نحوه ی عملکرد این کاتالیزگر نوری پیشرفته در این فرآیند جذب مورد تجزیه و تحلیل واقع شود. در ابتدا ساختارهای سطح جاذب تنها، گونه ی جذب شونده ی تنها و سطح جاذب شامل گونه ی جذب-شونده، تحت محاسبات بهینه سازی ساختار قرار گرفتند تا ساختارهای بهینه به دست آیند. این بهینه سازی ساختارها با روش های محاسباتی غیر تناوبی و تناوبی انجام شدند. نتایج حاصل از هر دو روش، نحوه جذب در حالت یونی را پایدارتر از حالت مولکولی به دست می دهند. در ضمن حالت دودندانه ی یون فرمات روی سطح دارای نقص اکسیژن پایدارتر از حالت دودندانه ی آن روی سطح کامل و هردو پایدارتر از حالت تک دندانه ی آن روی سطح کامل می باشند. به منظور تایید این نتایج حاصل از بررسی های انرژی جذب، از نظریه های اتم در مولکول (AIM) و تشدید مغناطیس هسته (NMR) استفاده شد. با استفاده از نظریه کوانتومی اتم در مولکول ماهیت پیوندهای اکسیژن-تیتانیوم مشخص شد و نشان داده شد که آنها ماهیت الکترواستاتیک دارند. نتایج حاصل از این دو نظریه، نتایج قبلی در مورد قدرت جذب را تایید نمودند.

برای بهبود کارایی فوتوکاتالیستی نانوذرات تیتانیوم دی اکسسید تحت نور مرئی و فرابنفش با روش سل-ژل، نیتروژن داخل نانوذرات تیتانیوم دی اکسید دوپ شد. تری اتیلن آمین به عنوان منبع نیتروژن استفاده گردید. نانوذرات سنتز شده با پراش اشعه X، میکروسکوپ الکترونی روبشی، اسپکتروسکوپی مادون قرمز و اسپکتروسکوپی DRS و آنالیز EDSS شناسایی گردید. نتایج نشان داد که دوپ کردن نیتروژن باعث جابجایی لبه جذب به سمت محدوده مرئی شده و با جدایی بارها به بهبود تخریب فوتوکاتالیستی آلاینده ها کمک می کند. نانوذرات تیتانیوم دی اکسید دوپ شده با نیتروژن برای تخریب متیل اورانژ تحت نور مرئی به کار گرفته شد که کارایی بهتری نسبت به نانوذرات TiO2 خالی نشان می دهد.

استفاده از فرآیندهای فوتوکاتالیستی یکی از بهترین روش های حذف آلاینده های آلی از پساب های صنعتی است. از دیدگاه مهندسی، جداسازی کاتالیزور پودری از پساب تصفیه شده، اهمیت ویژه ای دارد. در مقاله حاضر، به منظور رفع مشکل جداسازی و استفاده مجدد از فوتوکاتالیست، از روش سل-ژل برای ایجاد پوشش سطحی دی اکسید تیتانیم بر پایه های متاکائولن شکل داده شده به روش اکستروژن، استفاده شده و عملکرد بستر در حذف متیلن آبی، تحت تابش نور خورشید، توسط روش طیف سنجی فرابنفش-مرئی مورد بررسی قرار گرفته است. به منظور مقایسه نحوه ایجاد پوشش دی اکسید تیتانیم بر پایه ها، دو نوع اتصال پلیمری مطالعه شده و همچنین بازدهی و سینتیک فرآیند فوتوکاتالیستی پایه ها با پودر سنتز شده دی اکسید تیتانیم مورد مقایسه قرار گرفته است. از روش های مختلف شامل پراش اشعه ایکس و میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی برای مشخصه یابی نگهدارنده قبل و بعد از انجام عملیات پوشش دهی استفاده شده است. نتایج حاصل نشان دهنده امکان اتصال مناسب دی اکسید تیتانیم بر پایه متاکائولن با استفاده از روش سل-ژل بوده و پلیمر 3-آمینو پروپیل تری اتوکسی سیلان در مقایسه با متاکریلیک اسید در آرایش و جایگیری مناسب آناتاز بر روی پایه متاکائولن عملکرد مطلوب تری را از خود نشان داده است به طوری که حدود 65% از متیلن آبی در مدت 60 دقیقه با استفاده از این نمونه، تخریب شده است.

زمینه و هدف آب های زیرزمینی به عنوان منابع استراتژیک تامین آب شرب، از اهمیت ویژه ای برخوردارند. آرسنیک یکی از آلاینده های سمی و سرطان زا بوده که به طور گسترده در آب های زیرزمینی وجود دارد. در سال های اخیر برای حذف آرسنیک، از خاصیت جذب سطحی نانوذرات استفاده می شود. پژوهش حاضر با هدف بررسی روند کاهش غلظت آرسنیک در محیط آبی در شرایط مشابه آب زیرزمینی، با استفاده از نانوذرات TiO2 (آناتاز) انجام شد. روش بررسی در این مطالعه تجربی، با استفاده از آزمایش های پیمانه ای، اثر تغییرات فاکتورهای زمان، غلظت نانوذره و pH بر تغییرات غلظت آرسنیک در محلول آبی بررسی گردید. حدود تغییرات غلظت آرسنیک و pH مشابه شرایط آلودگی آب های زیرزمینی به آرسنیک در نظر گرفته شد. سطح ویژه جاذب، 240-200 مترمربع برگرم بود. داده ها به کمک آماره های میانگین مرکزی آنالیز شدند. یافته ها در این مطالعه، بیش از 90% آرسنیک موجود در محلول، پس از حدود 30 دقیقه مجاورت با نانوذرات آناتاز (3 گرم برلیتر) جذب شد، ولی برای رسیدن به استاندارد شرب آرسنیک، 60 دقیقه زمان لازم بود. همچنین افزایش غلظت جاذب سبب افزایش نرخ جذب آرسنیک گردید. در محدوده pH طبیعی آب زیرزمینی، آناتاز توانایی جذب نزدیک به 100% آرسنیک (با غلظت 200 میکروگرم برلیتر) را داشت، ولی با افزایش pH این توانایی افزایش یافت. همچنین جذب آرسنیک به وسیله نانوذرات آناتاز، با ایزوترم فروندلیچ تطابق بیشتری نشان داد. نتیجه گیری نتایج این پژوهش نشان داد گونه آناتاز نانوذرات TiO2، جاذب موثری برای حذف آرسنیک از محلول های آبی در شرایط مشابه آب زیرزمینی است.

در این کار، ابتدا انرژی تشکیل نقص تهی جای اکسیژن در ساختارهای 2TiO آناتاز و روتیل، در اثر جایگزینی Ti با فلزهای 3d، مورد بررسی قرار گرفت. سپس اثر همزمان ناخالصی فلزهای واسطه 3d و نقص تهی جای اکسیژن روی پایداری آناتاز نسبت به روتیل و همچنین ساختار الکترونی آنها مطالعه شد. محاسبه های سامانمند انرژی شکل گیری، پایداری بلوریی، ساختار نواری و چگالی حالتهای الکترونی نمونه های 2TiO آناتاز و روتیل آلائیده به فلزهای واسطه 3d همراه با نقص اکسیژن و نیز بدون نقص اکسیژن، با استفاده از FHI-aims، که یک بسته نرم افزاری بر پایه نظریه تابعی چگالی توسعه یافته است، انجام شده اند. نتیجه های این پژوهش نشان داد که ناخالصی های کاتیونی جایگزین شده می توانند بر انرژی تشکیل نقص تهی جای اکسیژن اثر قابل ملاحظه ای بگذارند به گونه ای که همه ناخاصی ها به جز Mn و Zn انرژی تشکیل نقص تهی جای اکسیژن را به گونه قابل توجهی کاهش دادند که خود عامل افزایش غلظت نقص و در نتیجه افزایش فعالیت فوتوکاتالیزگری است. همچنین محاسبه های این پژوهش نشان می دهند که از میان همه ناخاصی ها، تنها Fe می تواند در حضور نقص اکسیژن، از استحاله آناتاز به روتیل جلوگیری کند. تجزیه و تحلیل نتایج محاسبه های ساختار نواری و چگالی حالت های الکترونی ساختارها نشان می دهد که حضور نقص تهی جای اکسیژن در هر دو ساختار آناتاز و روتیل، علاوه بر ایجاد ترازهای پر در زیر نوار هدایت که منجر به بروز نیمه هادی از نوع n می شود، گاف انرژی را نیز افزایش می دهد. همچنین همزمان با نقص تهی جای اکسیژن، عناصر واسطه 3d جایگزین شده، ترازهای ناخالصی ایجاد می-کنند که با روند منظمی از نوار هدایت به سمت نوار ظرفیت با افزایش عدد اتمی ناخالصی جابه جا می شوند. در اینجا، با عناصرFe, Ni, Co و Cu ترازهای ناخالصی در وسط گاف نواری ظاهر می شوند که باعث گسترش ناحیه برانگیختگی به سمت مرئی خواهند شد. آنالیز محاسبه های چگالی حالت های الکترونی جزیی نشان می دهد که اوربیتال های 3d عناصر واسطه سهم اصلی را در ترازهای ناخالصی دارند.

در این تحقیق برای اولین بار در ایران از کنسانتره ایلمینیت تهیه شده از معدن کهنوج، دی اکسید تیتانیم با ساختار بلوری آناتاز به عنوان عامل اپک کننده لعاب با روش سولفات تولید شد. ماده اولیه مورد استفاده حاوی 47.9% وزنی دی اکسید تیتانیم بوده است. از طریق آزمایش های انجام گرفته شامل مراحل آسیاب و خشک کردن، هضم، انحلال و احیا، تبلور، هیدرولیز، خالص سازی محصول هیدرولیز و کلسیناسیون، دی اکسید تیتانیم تولید شد. در این آزمایش ها برای به دست آوردن ساختار بلوری آناتاز دمای کلسیناسیون 650±5oC مناسب تشخیص داده شد. مشخصات نمونه های به دست آمده حاصل از 3 بار انجام آزمایش ها، با روش های پراش اشعه X و فلورسانس اشعه X مورد بررسی قرار گرفت. بر اساس نتایج این روش ها، سه محصول حاصله، دی اکسید تیتانیم با ساختار بلوری آناتاز و دارای درصدهای خلوص 97.95، 96.03 و 96.39% وزنی بودند. محصولات نهایی حاصل از ایلمینیت معدن کهنوج با روش سولفات، به سبب درصد خلوص بالا و درصد پایین ناخالصی های نامطلوب، برای مصرف به عنوان عامل ایجاد رنگ و اپک کننده لعاب مناسب می باشند.

در این پژوهش، سنتز و ساخت نانوذرات TiO2 با آلایندگی گوگرد و نقره به روش سل-ژل گزارش شده است. اندازه تنش، کرنش، دانسیته انرژی شکل یافته شبکه کریستالی با تحلیل مدل های مختلف ویلیامسون-هال و هالدر-وگنر مورد بررسی قرار گرفت. نانوذرات سنتز شده با استفاده از تکنیک های XRD، SEM، TEM، پراکندگی انرژی پرتو ایکس، FTIR، جذب پرتو فرابنفش-مرئی و جذب-واجذب گاز نیتروژن مطالعه و بررسی شد. آلاینده های استفاده شده پیک مشخصی که موید تشکیل فاز بلوری باشند در فاز آناتاز تشکیل شده ایجاد نکردند. تخریب فتوکاتالیستی چند نوع از آلاینده های شایع صنعت نساجی به نام های متیلن بلو، متیلن اورانژ و اوانس بلو در محلول آبی شامل نانوذرات و تحت تابش نور فرابنفش و یا نوری مرئی صورت پذیرفته است. فعالیت فتوکاتالیستی نانوذرات سنتز شده بر اساس تخریب و دکلره کردن رنگ ها میسر می گردد. حضور آلاینده هایی چون نقره و گوگرد در ماتریس نانوذرات، فعالیت فتوکاتالیستی، ویژگی های الکتریکی و اپتیکی را به دلیل تغییرات در ماتریس شبکه و افزایش مساحت موثر نانوذرات ارتقا می دهد. شکل و اندازه میانگین نانوذرات توسط SEM و TEM به صورت کروی و nm 30 برآورد شده است. جذب-واجذب نیتروژن و جذب UV برای تعیین گاف نواری، حجم حفرات، شکل حفرات و ضخامت لایه جذب شده و مساحت موثر حفرات بکار گرفته شد. نتایج بدست آمده نشان دادند که نانوذرات سنتز شده بیشترین تاثیر را در تخریب رنگ اوانس بلو داشتند و گاف نواری نوری eV 82/2 برآورد گردید.

سابقه و هدف: صنایع داروسازی در رده چهارم تولید فاضلاب قرار دارد و حاوی مقادیر قابل توجهی از داروها و پیش ماده های مورد نیاز در داروسازی هستند که سمی بوده و با روش های سنتی به راحتی حذف نمی شوند و استفاده از روش های پیشرفته جهت پاکسازی مورد نیاز است. هدف از این پژوهش، سنتز Fe3O4، سنتز فتوکاتالیست TiO2 آناتاز، نشاندن TiO2 روی Fe3O4، سنتز GQD از مالتوز برای اولین بار، نشاندنGQD روی Fe3O4/TiO2 و تولید نانوکامپوزیت Fe3O4/TiO2/GQD و بررسی میزان کارایی فتوکاتالیست سنتزی در تخریب فتوکاتالیستی ایمی پرامین از محیط آبی است. مواد و روش ها: فتوکاتالیست سنتزی Fe3O4/TiO2/GQDs شامل سه جزء است که در چهار مرحله سنتز گردیده است. در ابتدا، اکسید آهن به فرم مگنتیت و به روش هم رسوبی تهیه شد. سپس Fe3O4/TiO2 با استفاده از روش سل-ژل و از تیتانیوم ایزوپروپوکساید (IV) به عنوان منبع تیتانیوم و در فرم بلوری آناتاز سنتز گردید. در مرحله سوم، از مالتوز به عنوان منبع کربن برای تولید GQD به روش هیدروترمال استفاده شد. در پایان، فتوکاتالیست به روش هیدروترمال از نشاندن GQD در ساختار Fe3O4/TiO2 حاصل شد. ویژگی های ساختاری و کیفیت فتوکاتالیست با استفاده از روش های FT-IR، ایزوترم جذب/واجذب نیتروژن، FESEM و HRTEM بررسی شد. در پایان، کارایی تخریب فتوکاتالیستی تحت تأثیر متغیرهای مختلف بررسی شد. نتایج و بحث: نتایج طیف سنجی FT-IR نانو پودرها و فتوکاتالیست سنتزی بیان کننده وجود پیک های جذبی C=C، C-H، C-O، Fe–O و Ti-O-Ti است. همچنین پیک های جدید در cm-1 1400 و cm-1 1170 چه ­بسا مربوط به تشکیل پیوند Fe–O بین آهن Fe3O4 و گروه کربوکسیل GQDS است که گویای تشکیل موفقیت آمیز Fe3O4/TiO2/GQD است. مساحت سطح ویژه فتوکاتالیست بر پایه ایزوترم جذب/واجذب m²/g 38 است. همچنین براساس طبقه بندی آیوپاک، این ایزوترم ها از نوع IV و مربوط به ساختارهای متخلخل مزوپور و حلقه هیستریس H2 است. تصویرهای FESEM بیان کننده ریخت شناسی کمابیش کروی فتوکاتالیست سنتزی و توزیع یکنواخت نانوذرات TiO2 در سطح مگنتیت است که بدون تغییر در مورفولوژی و فقط با تغییر اندازه ذرات پس از نشستن TiO2 روی سطح نانوذرات اکسید آهن مغناطیسی همراه بوده است. تصویرهای HRTEM گویای شکل کروی ذرات با قطر عمدتا کمتر از nm 50 و فاصله مشبک مربوط به آناتاز (TiO2) و GQDs است. همچنین عملکرد فتوکاتالیستی نانوکامپوزیت سنتزی و دست­یابی به بیشینه درصد حذف ایمی پرامین متأثر از متغیرهای مختلف دوز فتوکاتالیست، pH، دمای محیط، مدت زمان تابش مورد سنجش قرار داده شد. شرایط بهینه حذف شامل دوز فتوکاتالیست 5/0 گرم بر لیتر، pH برابر با 3، دما برابر با C° 40 در مدت زمان تابش 120 دقیقه با راندمان بالغ بر 90% در پساب آزمایشگاهی و کمابیش 70% برای پساب واقعی به ­دست آمد. آزمایش ­های بازیابی فتوکاتالیست بیان کننده پایداری فتوکاتالیست سنتزی است که می تواند بدون از دست دادن فعالیت اولیه قابل استفاده دوباره برای فرایند تصفیه باشد. نتیجه گیری: نتایج نشان می دهد که مکانیسم تخریب ایمی پرامین از نوع تخریب اکسیداسیونی از طریق حفره­ های نوری تولید شده است و از سینتیک درجه اول تحت تابش نور UVA پیروی می نماید. همچنین یافته ها گویای قابلیت کاربرد صنعتی فتوکاتالیست سنتزی Fe3O4/TiO2/GQDs در تصفیه پساب حاوی آلاینده های آلی پایدار تحت شرایط بهینه است.

دراین پژوهش ازکنسانتره سلستیت (سولفات استرانسیم) برای تهیه فاز پروسکایت استرانسیم تیتانات استفاده شد. در مرحله اول، با استفاده از روش مکانوشیمیایی، پیش ماده کربنات استرانسیم از مخلوط کنسانتره سلستیت-کربنات سدیم تهیه شد. در مرحله دوم با استفاده از مخلوط کربنات استرانسیم-دی اکسید تیتانیم، محصول نهایی استرانسیم تیتانات بدست آمد. آزمایش ها نشان داد فرآیندآسیاکاری پر انرژی نقش موثری در انجام واکنش های شیمیایی و کاهش دمای فرآیند حرارتی برای تولید استرانسیم تیتانات دارد. آسیاکاری مخلوط کربنات استرانسیم-دی اکسید تیتانیم تا ده ساعت منجر به انجام واکنش شیمیایی نشد اگرچه برخی از نشانه های فاز روتیل باکربنات استرانسیم همپوشانی داشتند. نتایج آزمون های TGA بیانگرکاهش چشمگیری در دمای تشکیل فاز پروسکایت استرانسیم تیتانات درمخلوط های آسیاکاری بود. نشانه های فاز پروسکایت استرانسیم تیتانات پس از گرمایش در دمای 600 درجه سانتیگراد به مدت یک ساعت برای مخلوط پنج ساعت آسیاکاری دیده شد درحالی که در مخلوط های بدون آسیاکاری، نشانه های مواد اولیه (دی اکسیدتیتانیم و کربنات استرانسیم) نیز در این دما وجود داشت. نشانه های فاز استرانسیم تیتانات در دمای گرمایش900 درجه سانتیگراد در نمونه های بدون آسیاکاری و نمونه های آسیاکاری مشاهده شد. نتایج آنالیزهای XRD وFT-IR نشان داد، امکان تهیه فاز پروسکایت استرانسیم تیتانات از کنسانتره سلستیت (سولفات استرانسیم) به روش مکانوشیمیایی در دماهای به مراتب کم تر وجود دارد. تصاویرSEM نشان دهنده ذرات بسیار ریز محصول استرانسیم تیتانات (SrTiO3) درنمونه های آسیاکاری بود.