الاكسدة الضوئية التحفيزية للفينول الاحمر على دقائق ثنائي اوكسيد التيتانيوم النانوبلوري == Photocatalytic Oxidation of Phenol Red on Nanocrystalline TiO2 Particles
Author name:
احمـــد عبد الله حسين
Supervisor name:
هـــلال شهاب وهاب
General topic:
Chemistry
Specific topic:
Chemistry
Degree:
Master
University:
Al-Nahrain University - College Of Science - Chemistry Department
Language:
English
University location:
Baghdad
First pages:
25T1651 - p.pdf
Abstract:
انجزت هذه الدراسة البحثية للتفكك الضوئي للصبغة العضوية الفينول الاحمر كنموذج للملوثات الفينولية وذلك باستخدام ثنائي اوكسيد التيتانيوم النانوي المحضر مختبريا وفي وسط مائي.استخدمت تقنيات تشخيصية عديدة مثل المجهر الالكتروني الماسح وحيود الاشعة السينية ومطياف الانتشار الانعكاسي والمجهر الالكتروني التنافذي وطيف رامان لدراسة شكل السطح والحجم الحبيبي والمساحة السطحية وطاقة الفجوة لثنائي اوكسيد التيتانيوم النانوي المحضر. وجد ان متوسط حجم الحبيبة هو 9, 9.95, 11 نانو باستخدام مجهر الالكتروني الماسح, مطياف الانتشار الانعكاسي وحيود الاشعة السينية على التوالي.وتم كذلك احتساب المساحة السطحية وحجم المسامات باستخدام منظومةBET حيث كانت النتائج للمساحة السطحية 48 م2\غم وحجم المسامات 3.7 نانو مما يؤكد كون ثنائي اوكسيد التيتانيوم النانوي ذات مسامات صغيرة. ((mesoporos.تمت دراسة تاثير العديد من المتغيرات التجريبية على عملية التفكك الضوئي مثل كمية ثنائي اوكسيد التيتانيوم النانوي, حامضية المحلول, التركيز الابتدائي للفينول الاحمر, شدة مصدر التشعيع, الحجم الحبيبي لثنائي اوكسيد التيتانيوم النانوي واضافة المؤكسدات.ثبتت الظروف التجريبية المثلى لعملية التفكك الضوئي لصبغة الفينول الاحمر عند الدالة الحامضية 4.5 والتركيز الابتدائي للفينول الاحمر مساويا الى 10.3 ملغم\لتر وكمية المحفز ثنائي اوكسيد التيتانيوم مساويا الى 500 ملغم\لتر, حيث تم الحصول على ثابت سرعة التفاعل بقيمة 0.01052 لكل دقيقة وعمر نصف العملية 1.098 ساعة عند الظروف المثلى.اوضحت دراسة حركية التفكك الضوئي للفينول الاحمر بان العملية من الدرجة الاولى. اضافة على ذلك تم احتساب الناتج الكمي لعملية التفكك الضوئي حيث تساوي 0.1.اظهرت النتائج بان عملية الاكسدة الضوئية للفينول الاحمر بواسطة ثنائي اوكسيد التيتانيوم النانوي تفضل كيمياء الهيدروكسيل لانه عند اضافة بيروكسيد الهايدروجين حفزت عملية التفكك وتحسنت وتاكيدا على هذا الكلام عند اضافة ايزو بروبانول ثبطت عملية تفكك الفينول الاحمر لانه يعتبر من اهم المثبطات لجذر الهيدروكسيل. وتم كذلك احتساب الدوال الثرموديناميكية الاساسية لعملية التفكك الضوئي للفينول الاحمر مثل طاقة التنشيط وطاقة جبس والانثالبي والانتروبي. | In the current research study, the photocatalytic (photodecolorization) degradation of the phenolic model ecotoxicant, phenol red dye has been investigated using laboratory synthesized anatase TiO2 nanoparticles in aqueous solution. The prepared nano TiO2 powder has been characterized using several advanced instruments including, Scanning Electron Microscopy (SEM), Energy Dispersive X - Ray Spectroscopy (EDXS), X - Ray Diffraction (XRD), Diffused Reflectance UV - VIS spectrometry (DUR - UV - VIS), Transmission Electron Microscopy (TEM), Brunauer - Emmett - Teller (BET) theory and Raman Spectrometry. Average particle size of 9, 9.95 and 11 nm was found using TEM, XRD and SEM, respectively. The surface area and pore size were also measured employing BET nitrogen adsorption apparatus which resulted in surface area of 48 m2/g and a pore size of 3.7 nm, which indicates the mesoporosity of the prepared nano anatase TiO2 particles. The impacts of several operational parameters for the photodegradation process were explored encompassing, TiO2 loading, solution pH, initial phenol red concentration, UV light source intensity, photocatalyst particle size and added oxidants. Under optimum experimental conditions, 4.5 solution pH, 500 mg/l TiO2 loading and 2.9 x 10 - 5 mol /l (10.3 mg/l) phenol red, the value of the apparent rate constant, kapp , obtained has been 0.01052 min - 1 (17.53x 10 - 5 sec - 1) and the half life of the process, accordingly is equal to 1.098 hours.The kinetic of phenol red photobleaching has also been studied and it was found that it follows the pseudo first order pattern regardless of reaction conditions. Furthermore, the apparent quantum yield for the photodecolorization process was also determined and found to be approximately 0.1.Results reveal that the photooxidation process of phenol red follows hydroxyl type chemistry in which the addition of hydrogen peroxide has contributed massively in the promotion of the process rate and yield, and further, suppressed to a great extent by addition of isopropanol as .OH radical scavenger.The main process activation thermodynamic parameters namely, Gibbs energy, enthalpy and entropy were also deduced following the computation of photolysis activation energy employing the well known Arrhenius relation.
