نانو ذرات فوتو کاتالیستی

مقدمه نانو ذرات فوتو کاتالیستی

فوتوکاتالیزوری به فرایند تصفیه برخی از آلاینده های محیطی با استفاده از جذب امواج ماورا بنفش و مرئی توسط ذرات اکسید فلزی (نیمه رسانا) گفته می شود. امروزه استفاده از نانوذرات اکسید فلزات به دلیل خواص منحصر به فردشان در مقیاس نانو، بسیار توسعه یافته است. نانو ذرات اکسید تیتانیم، نانوذرات اکسید روی و اخیرا نانو ذرات اکسید مس به عنوان نانو ذرات دارای خاصیت فوتو کاتالیستی شناخته شده اند. همچنین در پژوهش های جدیدتر، از ترکیب گرافن با نانوذرات گفته شده برای افزایش خاصیت فوتوکاتالیستی نیز استفاده شده است.

فرآیند فوتو کاتالیستی

مکانیسم تخریب آلاینده ها به کمک مواد فوتوکاتالیستی یکی از حوزه های جذاب برای بسیاری از پژوهشگران است و تاکنون تحقیقات زیادی در زمینه فرایند فوتوکاتالیستی و نانوذرات فوتو کاتالیست صورت گرفته است. اگر چه انجام فرآیند فوتوکاتالیستی برای تخریب آلاینده ها از نوعی به نوع دیگر متفاوت است اما عملکرد کلی که تولید رادیکال هیدروکسیل به منظور تخریب آلاینده ها بوده، در همگی یکسان است.

هنگامی که فوتونی با انرژی برابر یا بزرگتر از گاف ممنوعه به سطح ماده فوتوکاتالیست (اکسید فلزات) برخورد کند، الکترون های نوار ظرفیت تحریک شده و با گذر از منطقه ممنوعه یا گاف انرژی به نوار هدایت می رسند و فرایند فوتو کاتالیستی غیر همگن نامیده می شود.
فروش نانو مواد
انرژی گاف ممنوعه فوتوکاتالیست اختلاف انرژی بین نوار پر ظرفیت و نوار خالی هدایت (رسانش) است و معمولا بر حسب الکترون ولت بیان می شود. پس از جذب نور توسط فوتوکاتالیست، الکترون ها از حالت پایه به حالت بر انگیخته می روند و در نتیجه آن حفراتی در اثر نبود الکترون در نوار ظرفیت ایجاد می شود. حفرات قابلیت اکسید کنندگی بسیار بالایی داشته و الکترون ها خاصیت احیایی قوی دارند. الکترون – حفره های تولید شده در اثر فرآیند فوتوکاتالیستی، پس از تماس با آب و اکسیژن هوا رادیکال های آزاد اکسیژنی و هیدروکسیدی ایجاد می کنند که خاصیت اکسید کنندگی بالایی داشته و می توانند مواد آلاینده و باکتری های مضر را به مواد بی ضرر مانند آب و کربن دی اکسید تجزیه کنند. شمای کلی فرآیند فوتوکاتالیستی در شکل زیر نشان داده شده است.

فرآیند فوتوکاتالیستی

برای مطالعه مطالب بیشتر می توانید به مقاله خاصیت خودتمیزشوندگی و سطوح خود تمیز شونده مراجعه فرمایید.

نانوساختارهای اکسید فلزی ساده و مختلط از جمله اکسید روی، اکسید نیکل، اکسید سرب، اکسید مس، اکسید منگنز، اسپینل ها (AB₂O₄ ) و پروکسیت ها (ABO₃) به دلیل داشتن ابعادی در مقیاس نانو خواص ویژه و منحصر به فردی دارند. این خصوصیات کاملا متفاوت از ساختار حجیم بوده و درست در نقطه مقابل ساختار مولکولی قرار دارد و در زمینه های مختلف نظیر الکترونیکی مغناطیسی، اپتوالکترونیکی، کاتالیزورهای محیطی، پزشکی و … کاربرد دارند. با توجه به گستردگی نانوساختارها و کاربرد متنوع آن ها از روش های مختلفی برای تولید آن ها استفاده می شود. انتخاب روش بستگی به نوع ماده و کابرد آن دارد.

تهیه نانو مواد معدنی با استفاده از روش های شیمیایی نرم نسبت به روش های سنتی دارای مزایایی می باشد از جمله این مزایا می توان به امکان کنترل بیشتر استوکیومتری فلزات، دماهای تشکیل و تبلور پایین، تولید مواد همگن تر و خالص تر، تشکیل پوشش مناسب و یکنواخت در مورد لایه ها، تولید مواد چگال در دماهای صدها درجه پایین تر از دمای مورد نیاز برای پودرهای متراکم و امکان تشکیل انواع مواد دو یا جند جزیی اشاره نمود. بنابراین به نظر می رسد که روش های شیمیایی نرم جایگزین خوبی برای روش های قدیمی است. از مهم ترین روش های شیمیایی نرم برای تهیه نانوساختارهای اکسید فلزی روش های مایسل ها ( میکروامولسیون های  معکوس)، هیدروترمال، سل-ژل، پیرولیز و غیره اشاره کرد. در روش های شیمیایی نرم یا روش های مبتنی بر محلول همان طوری که از نام آن ها بر می آید حداقل یکی از مراحل آن در رسیدن به ماده معدنی نهایی در محلول صورت می گیرد. در این روش ها مرحله ای که در محلول انجام می گیرد، تاثیر عمیقی در پایین آوردن دمای تشکیل، افزایش درجه خلوص و درجه همگنی ترکیب نهایی و در نتیجه تولید ماده معدنی با کیفیت عالی و کاربردهای بهتر را میسر می سازد. هرکدام از این روش ها مزایا و معایب خاص خود را دارد. زیرا متناسب با روشی که برای ساخت مواد انتخاب می شود ویژگی های محصول نهایی متفاوت خواهد بود. نکته دیگر اینکه بعضی روش ها محدود به ساخت دسته خاصی از مواد می باشند. به طور کلی انتخاب هریک از روش های فوق مبتنی بر تامین چندین شرط و متناسب با موارد زیراست:

1: اندازه ذرات مورد نظر، چگونگی توزیع اندازه ذرات، مورفولوژی ترکیب، خلوص استوکیومتری، راندمان محصول

2: امکانات تولید ذرات یعنی میزان پیچیدگی امکانات مورد نظر شرایط کاری(دما فشار سمی بودن و …) و قیمت