1-4-1- تاریخچه…………………………………………………………….. 4
1-4-2- ساز وکار و عملکرد فوتوکاتالیزگرها ……………………………….4
1-4-3- باز‌یابی فوتوکاتالیزگرها……………………………………………. 7
1-4-4- انواع فوتوکاتالیزگر…………………………………………………. 7
1-5- پلی­اکسومتالات­ها……………………………………………………… 10
1-5-1- فعالیت کاتالیزگری پلی­اکسومتالات……………………………… 14
1-5-2- معایب هتروپلی­اکسومتالات­ها به عنوان کاتالیزگر……………….. 15
1-6- نانو تکنولوژی………………………………………………………… 16
1-6-1- روش‌های تهیه­ نانو ذرات……………………………………… 17
1-6-2- نانو کاتالیزگرها……………………………………………………. 18
1-6-3- ویژگی های نانوکاتالیزگرها ………………………………………21
1-6-4- نانو فوتوکاتالیزگر…………………………………………………. 22
1-7- اهداف پروژه ………………………………………………………….23
فصل دوم آزمایش­ها و کارهای عملی…………………………………… 24
2-1- مقدمه……………………………………………………………….. 24
2-2- مواد اولیه مورد استفاده……………………………………………. 24
2-3- مشخصات دستگاه­ها و تجهیزات به­کار رفته در تولید، شناسایی و کاربرد نانوذرات…24
2-4- روش تولید نانومواد و پیش ماده…………………………………. 24
2-4-1- تهیهA- α -Na8HPW9O34.xH2O……………………………….
2-4-2- تهیه K9(NH4)H2[(OCe)3(A- α -PW9O34)2]. 20H2O……..
2-4-3- تهیه نانوکامپوزیتهای  Ln = ( Pr, Nd, Sm, Eu, Tb)-TiO2…..
2-4-4- تهیه نانو کامپوزیت­های PWCe  Ln = ( Pr, Nd, Sm, Eu, Tb)- TiO2/با نسبت جرمی پلی اکسو­متالات بار­گذاری شده به بستر 20،10 و 30 درصد…………..25
 2-5- بررسی خاصیت فوتوکاتالیزگری نانوکامپوزیتهای تهیه شده…26
2-5-1- اثر pH بر فعالیت فوتوکاتالیزگر………………………………. 26
2-5-2- اثر نسبت جرمی پلی­اکسومتالات به بستر بر فعالیت فتوکاتالیزگری….27
2-5-3- اثر مقدار فوتوکاتالیزگر بر فعالیت فوتوکاتالیزگری……………27
2-5-4- اثر بارگذاری پلی­اکسومتالات­ها بر فعالیت فوتوکاتالیزگری…….27
2-5-5-  فوتولیز و اثر دوپه کردن عناصرلانتانیدی بر فعالیت فوتوکاتالیزگری…28
2-6- بررسی سنتیک واکنش­های فوتوکاتالیزگری………………….. 28
2-7- بازیابی فوتوکاتالیزگر……………………………………………. 28
2-8 – بررسی تخریب نوری آمینو آزو بنزن (زرد آنیلین) …………… 29
2-8-1- بررسی سنتیک واکنش تخریب فوتوکاتالیزگری آمینو آزو بنزن…29
2-9- اکسایش سولفیدها…………………………………………… 29
فصل سوم: نتایج و بحث…………………………………………….. 31
3-1- مقدمه……………………………………………………………. 31
3-2- شناسایی و تعیین خواص نانومواد تهیه شده……………….. 31
3-2-1- طیف سنجی FT-IR…………………………………………..
3-2-2- طیف سنجی الکترونی روبشی(SEM) …………………….34
   3-2-3- الگوپراش پرتو (XRD)X…………………………………..
 3-2-4- طیف سنجی پراش انرژی پرتو X( EDX)…………………
3-2-5- طیف سنجی بازتاب نفوذی (DRS)………………………… 40
3-3- واکنش فوتوکاتالیزگری تخریب متیل اورانژ با نانوکامپوزیت­های تهیه شده…41
3-3-1- بررسی اثر pH بر فعالیت فوتوکاتالیزگر……………………… 42
3-3-2-  بررسی اثر نسبت جرمی پلی­اکسومتالات به بستر بر فعالیت فتوکاتالیزگری….44
3-3-3- بررسی اثر مقدار فوتوکاتالیزگر بر فعالیت فوتوکاتالیزگری……45
3-3-4- بررسی اثر دوپه کردن عناصرلانتانیدی و فوتولیز بر فعالیت فوتوکاتالیزگری….47
3-3-5- بررسی اثر بارگذاری پلی­اکسومتالات­ها بر فعالیت فوتوکاتالیزگری….50
3-4- بررسی سنتیک واکنشهای فوتوکاتالیزگری…………………. 53
3-5- بازیابی فوتوکاتالیزگر…………………………………………… 59
3-6 – بررسی تخریب فوتوکاتالیزگری آمینو آزو بنزن (زرد آنیلین)…61
3-6-1- بررسی سنتیک واکنش تخریب فوتوکاتالیزگری آمینو آزو بنزن…..62

3-7- اکسایش سولفیدها …………………………………………..63
3-8- نتیجه گیری…………………………………………………….. 66
فهرست منابع ……………………………………………………….
چکیده:
در این پژوهـش، نانـو ذرات تیـتانیوم دی­اکسـید دوپـه شـده با تعدادی از عناصر لانتانیدی (Pr, Nd, Sm, Eu, Tb)  به روش سل-ژل تهیه گردیدند. یک سری از نانو کامپوزیت­های جدید شامل درصدهای جرمی مختلف از ترکیب پلی­اکسومتالات (%30-10) K9(NH4)H2[(OCe)3(A-α-PW9O34)2]. 20H2O (PWCe)  بارگذاری شده بر روی نانومواد دوپه شده با عناصر لانتانیدی مختلف با بهره گرفتن از روش ساده بارورسازی تهیه و به عنوان فوتوکاتالیزگرهایی موثر معرفی گردیدند. از روش­های مختلفی شامل طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (FTIR)، میکروسکوپ الکترونی روبشی با وضوح بالا (FESEM)، الگو پراش پرتو X (XRD)، طیف سنجی پراش انرژی پرتو X ( EDX) و طیف سنجی بازتاب نفوذی (DRS) جهت شناسایی و تعین خواص نانوفوتوکاتالیزگرهای تهیه شده استفاده گردید. با بهره گرفتن از فنون به کاربرده شده مشخص شد که ترکیب PWCe با موفقیت بر روی نانوذرات TiO2 دوپه شده با عناصر لانتانیدی بار گذاری شده است و اندازه نانوکامپوزیت­های تهیه شده کمتر از nm 20 می­باشد. همچنین معلوم شد عناصر لانتانیدی دوپه شده شکاف انرژی TiO2 را کاهش داده و باعث جا به ­جایی قابل ملاحظه جذب به سمت ناحیه مرئی شده اند. فعالیت فوتوکاتالیزگری این نانوکامپوزیت­ها در تخریب فوتوکاتالیزگری متیل اورانژ و آمینوآزوبنزن تحت نور UV مورد بررسی قرار گرفت. اثر پارامترهای مختلفی مانند درصد جرمی PWCe ، مقدار فوتوکاتالیزگر و pH محلول بررسی شد. نتایج نشان داد فعالیت فوتوکاتالیزگری نانوذرات TiO2 به طور قابل ملاحظه­ ایی با دوپه کردن عناصر لانتانیدی و حضور ترکیب PWCe افزایش می­یابد. افزایش فعالیت فوتوکاتالیزگری با نهش ترکیب PWCe  به تاثیر متقابل ترکیب PWCe و TiO2 به روی یکدیگر ربط داده می­ شود. مشخص شد که سنتیک واکنش تخریب فوتوکاتالیزگری متیل اورانژ و آمینو آزوبنزن از سنتیک ظاهری مرتبه اول پیروی می­ کند و کاتالیزگرها به راحتی جدا و بازیابی شدند.
فصل اول: بررسی منابع
1-1- مقدمه
بخش بزرگی از تركیبات آلی كه باعث ایجاد آلودگی در آب­های طبیعی می­گردند، مواد رنگزای شیمیایی هستند كه به صورت صنعتی و خانگی مورد استفاده قرار می­گیرند. از بین همه مواد رنگی، رنگ­های آزو  وسیع­ترین کاربرد را به­­دلیل تنوع در ساختمان شیمیایی و تولید آسان دارا هستند. رنگ­های آزو برای رنگی نمودن پلی­ آمید­ها، پلی­استر­ها، آکریلیک­ها، پلی­اولفین­ها و الیاف سلولز و نیز برای رنگی نمودن روغن جلا، پلاستیک­ها، جوهر چاپگر، لاستیک و لوازم آرایشی کاربرد دارند. بنابراین به­ دلیل تنوع کاربرد این رنگ­ها، وجود این ترکیبات در آلودگی پساب­های صنایع و محیط قابل انتظار است[6-1].
آزاد شدن این مواد در طبیعت، بزرگ­ترین منبع آلودگی برای اکوسیستم‌های طبیعی می ‌باشد. مواد رنگزا در مقابل تخریب زیستی مقاوم بوده و نه تنها رنگ نامطلوبی به آب می­دهند، بلكه در بعضی موارد خود تركیبات مضری بوده و ممکن است طی فرایند‌های مختلف از قبیل هیدرولیز، اكسایش، یا واكنش­های شیمیایی دیگر كه در آب اتفاق می­افتد، به آمین‌های آروماتیک تبدیل می ‌شوند که یکی از عوامل سرطان‌زا می‌­باشند. حضور مواد رنگزای شیمیایی علاوه بر آنكه بر روی آلودگی منابع آبی تأثیر مـی­گذارند، با مـتوقف كردن تولیـد اكسیژن و جـلوگیری از نفوذ خورشـید موجـب مـرگ مـوجودات زنـده و وارد آوردن صدمـات جـدی به محیـط زیسـت می­گردند[9-7]. ترکیبات آلی که سبب بروز رنگ حقیقی می­شوند ممکن است موجب افزایش نیاز کلر آب شده و درنهایت موجب کاهش اثر گذاری کلر بر آب به عنوان یک ماده گندزدا شود، شاید مهم­تر از این محصولاتی باشد که در اثر ترکیب این مواد با کلر به وجود می­آیند.  كاربرد مواد رنگزا به علت توسعه صنعتی و تقاضای روزافزون، افزایش می­یابد. امروزه حدود 10 هزار مادة رنگزا و رنگدانه در صنایع مختلف استفاده می­گردد كه تولید سالانه آن­ها بالغ بر700 هزار تن بوده و حدود  50 درصد از آن­ها رنگ­های آزو می­ باشند. حدود 20 درصد رنگ­های تولید شده در جهان در طی فرایند­های رنگرزی و پرداخت، هدر می­روند و به صورت پساب وارد محیط زیست می­شوند[12-10]. بنابراین لزوم حذف این آلاینده­ها ضروری به نظرمی­­رسد.
2-1- رنگ های آزو
این گروه از رنگ­ها شامل بزرگ­ترین و مهم­ترین دسته رنگ­ها بوده، به­ طور وسیعی مورد استفاده قرار می‌گیرند. مشخص‌ترین ویژگی این رنگ­­ها داشتن یک یا چند گروه آزو است که بین دو قسمت آلی رنگ به عنوان پل عمل می‌کنند و حداقل یکی از این گروه‌ها آروماتیک هستند. با گروه رنگزای آزو، می‌توان طیف وسیعی از رنگ­ها مثل زرد، قرمز، نارنجی، آبی، سبز، بنفش و سیاه را تهیه کرد. این رنگ­ها را برحسب تعداد گروه‌های آزو به­صورت رنگ­ های مونو آزو ، دی آزو و پلی‌آزو طبقه‌بندی می‌کنند.
رنگ­های منو آزو دارای یک گروه آزو بوده و از پر استفاده‌ترین گروه‌های آزو هستند. این رنگ­ها شامل رنگ­های حلال  مانند زرد آنیلین یا نارنجی سودان G که به عنوان حلال سایر رنگ­ها بکار می‌روند، رنگ­های بازی یا کاتیونی، رنگ­های دندانه‌ای و رنگ­های دارای گروه اسیدی مانند رنگ معروف متیل اورانژ می­باشند. در شکل 1-1 ساختار رنگ زرد آنیلین و متیل اورانژ نشان داده شده است.
تعداد رنگ­های دی‌آزو محدود و اغلب غیر قابل حل در آب می­باشند و از لحاظ کاربردی جز رنگ­های اسیدی دندانه‌ای و مستقیم محسوب می‌شوند. یکی از مهم‌ترین این رنگ­ها، اسید سیاه است.    از  مهمترین رنگ­های تترا آزونیوم قرمز کنگو می­باشد. این رنگ­ها از فراوان‌ترین رنگ­های سیس آزو هستند و در بر گیرنده پیگمان­ها ، رنگ­های مستقیم و همچنین تعدادی از رنگ­های اسیدی و دندانه‌ای هستند.
3-1- روش های حذف رنگ
در بعضی از کشورها، محدودیت­های بسیار شدیدی برای تخلیه پساب­ها وجود دارد که صنعت نساجی را به استفاده دوباره از آب تصفیه شده و توسعه دادن جانشین­هایی برای مواد شیمیایی سمی، متعهد كرده است. مطالعات وسیعی برای حذف آلودگی فاضلاب­های تولید شده توسط صنعت نساجی از طریق فرایندهای شیمیایی، بیولوژیكی و بیوشیمیایی انجام شده است. فرایندهای دیگری كه برای حذف فلزات سنگین و رنگ از پساب های آلوده به مواد رنگزا استفاده شده است شامل انعقاد ولخته­سازی شیمیایی، جذب سطحی روی كربن فعال، ازن زنی، غشاهای اكسیداسیون كاتالیزی، فرایندهای الكتروشیمیایی، تصفیه اكسیداسیونی شامل پراكسید هیدروژن، و… می­باشد. روش­های بیولوژیکی رایج تخریب و رنگ­زدایی به دلیل وجود گروه­های آروماتیک در رنگ­های آزو ناکارآمد می­باشند وتخریب به کندی صورت می­گیرد. روش­های فیزیکی مانند استفاده از کربن فعال[1]، فیلتر­کردن[2] و اسمز­معکوس[3] و لخته­سازی[4] پر هزینه­اند به­علاوه این روش­ها رنگ­ها را تخریب نمی­ کنند و تنها آن­ها را از فازی به فاز دیگر انتقال می­دهند. با این­­حال تولید لجن مهم­ترین محدودیت این روش­­ها است[16-13].
یكی از مهم­ترین این روش­ها، فرایند های اكسیداسیون پیشرفته[5] می­باشند، که شامل فرایندهای شیمیایی، فتوشیمیایی و فوتوکاتالیزگری برای تولید رادیکال هیدروکسیل (OH.) است. رادیکال هیدروکسیل یک اکسنده بسیار قوی و غیر گزینش­پذیر است که بسیاری از ترکیبات آلی به خصوص ترکیبات آلی غیر اشباع را می ­تواند اکسید کند. فرایند تخریب فوتوکاتالیزگری رنگ­های آزو در حضور تابش فرابنفش و یا نور مرئی، هوازی می­گردد. مزیت دیگر این روش، اکسایش کامل ترکیب آلی مورد نظر به آب، کربن دی­اکسید، و یا اسیدهای معدنی و عدم نیاز به فشار و دماهای بالا می­باشد [19-17].
استفاده از نیمه­رساناهایی مانند TiO2،ZnO ، CdS،Fe2O3  به عنوان فوتوکاتالیزگر برای تجزیه آلودگی­های آلی مورد توجه قرار گرفته­اند. به دلیل خواص نوری و الکتریکی، غیرسمی بودن، فعالیت کاتالیزگری بالا و پایداری شیمیایی نانوذرات تیتانیوم دی ­اکسید به عنوان یک فوتوکاتالیزگر رایج مورد استفاده قرار گرفته است[20].
4-1- معرفی فوتوکاتالیزگر
فوتوکاتالیزگر‌ها به منظور حذف آلاینده‌هایی که به وسیله­ فرایند‌های زیستی حذف نمی‌شوند، سال‌هاست که در کشورهای صنعتی به کار می‌روند.  فوتوکاتالیزگر‌ها به طور عمده اکسید‌های جامد نیمه رسانا هستند که تحت تابش نور، با انرژی کافی فعال می‌شوند[23]. هزینه­ کمتر، واکنش‌های سریع­تر و شرایط واکنش ملایم­تر از جمله مهم­ترین مزایای استفاده از فوتوکاتالیزگر­ها­ نسبت به سایر کاتالیزگرهاست. از جمله مزایای مهم دیگر این کاتالیزگرها می­توان به این ویژگی اشاره کرد که با بهره گرفتن از این کاتالیزگرها طیف وسیعی از آلودگی‌های محیط زیستی آلی به دی اکسیدکربن و آب تبدیل می شود[30].
1-4-1- تاریخچه
    اولین فوتوکاتالیزگر معرفی شده، تیتانیوم دی اکسید است. تاکنون به طور دقیق مشخص نشده که اولین بار در چه زمانی و توسط چه کسی از تیتانیوم دی اکسید برای القای واکنش‌های شیمیایی استفاده شده است. در سال 1938 از