تبدیل نوری آلاینده زیست محیطی هیدروژن سولفید و تولید سوخت هیدروژن با استفاده از کاتالیزگر نانوکامپوزیتی مغناطیسی پایه کربن
محورهای موضوعی : مهندسی شیمی (آلودگیهای محیط زیست)مجید غنیمتی 1 , محسن لشگری 2 , مهچهره ثابتی 3
1 - دانشگاه تحصیلات تکمیلی علوم پایه زنجان
2 - دانشگاه تحصیلات تکمیلی علوم پایه زنجان
3 - دانشگاه تحصیلات تکمیلی علوم پایه زنجان
کلید واژه:
چکیده مقاله :
هیدروژن سولفید یک آلاینده خطرناک زیست محیطی، خورنده و اشتعال پذیر است که در صنایع نفت و گاز ترش در مقیاس وسیع تولید می شود. یکی از استراتژی های پایدار برای حذف این آلاینده زیست محیطی و تبدیل آن به سوخت پاک هیدروژن، استفاده از منابع تجدید پذیر انرژی (فوتون) و سنتز نانوانرژی مواد نیم رسانا است. برای این منظور در پروژه حاضر ترکیب نانوساختار نیم رسانای مغناطیسی MgFe2O4 سنتز شد و برای تولید هیدروژن از طریق شکافت فوتوکاتالیستی محلول قلیایی H2S مورد استفاده قرار گرفت. شواهد تجربی نشان داد ترکیب سنتزی از توانایی لازم برای احیای پروتون و تولید هیدروژن برخوردار است. همچنین با سنتز ترکیب نانوکامپوزیتی مغناطیسی CNT/MgFe2O4 اثر تقویتی نانولوله کربنی بر فعالیت فوتوکاتالیست مذکور مطالعه شد. بررسی ها نشان داد حضور نانولوله کربنی از طریق افزایش مساحت سطح فوتوکاتالیست، کاهش فرایند بازترکیب الکترون-حفره و افزایش جذب فوتون، تولید هیدروژن را به مقدار قابل توجهی افزایش می دهد. سرعت آزادسازی هیدروژن 1284 میکرو مول بر ساعت به ازای 2/0 گرم فوتوکاتالیست بدست آمد که بیانگر آن است ماده ی نانوکامپوزیتی سنتز شده از توانایی بالایی برای حذف آلاینده و تولید سوخت هیدروژن برخوردار است.
Hydrogen sulfide is a dangerous, corrosive and flammable environmental pollutant that is generated at large scale in sour oil and gas industries. One of the sustainable strategies to remove this environmental pollutant and convert it into hydrogen clean fuel is the use of a renewable energy source (photon) and synthesis of semiconducting nanoenergy materials. To this end, in the present project, a nanostructured magnetic semiconducting MgFe2O4 compound was synthesized and applied for the production of hydrogen fuel through photocatalytic splitting of an alkaline H2S solution. The empirical evidence revealed that the synthesized material has an appropriate potency to reduce proton and produce hydrogen. Furthermore, by the synthesis of CNT/MgFe2O4 magnetic nanocomposite, the boosting effect of carbon nanotube (CNT) on the activity of the aforementioned photocatalyst was examined. A significant promotion in hydrogen production was observed in the presence of CNT and justified in terms of increasing the photocatalyst surface area, retarding the electron-hole recombination process and enhancing the photon absorption. The rate of hydrogen evolution was 1284 µmole/h per 0.2 g photocatalyst, indicating that the synthesized nanocomposite material has a high ability to remove the pollutant and produce hydrogen fuel.
پژوهش و فناوری محیط زیست، 1401 7(12)، 47-59
| |||
|
|
| |
1- دانشکده شیمی، دانشگاه تحصیلات تکمیلی علوم پایه زنجان، زنجان | |
چکیده | اطلاعات مقاله |
هیدروژن سولفید یک آلاینده خطرناک محیطزیستی، خورنده و اشتعالپذیر است که در صنایع نفت و گاز ترش در مقیاس وسیع تولید میشود. یکی از استراتژیهای پایدار برای حذف این آلاینده محیطزیستی و تبدیل آن به سوخت پاک هیدروژن، استفاده از منابع تجدیدپذیر انرژی (فوتون) و سنتز نانوانرژی مواد نیمرسانا است. برای این منظور در پروژه حاضر ترکیب نانوساختار نیمرسانای مغناطیسی MgFe2O4 سنتز شد و برای تولید هیدروژن از طریق شکافت فوتوکاتالیستی محلول قلیایی H2S مورد استفاده قرار گرفت. شواهد تجربی نشان داد ترکیب سنتزی از توانایی لازم برای احیای پروتون و تولید هیدروژن برخوردار است. همچنین، با سنتز ترکیب نانوکامپوزیتی مغناطیسی CNT/MgFe2O4 اثر تقویتی نانولوله کربنی بر فعالیت فوتوکاتالیست مذکور مطالعه شد. بررسیها نشان داد حضور نانولوله کربنی از طریق افزایش مساحت سطح فوتوکاتالیست، کاهش فرایند بازترکیب الکترون-حفره و افزایش جذب فوتون، تولید هیدروژن را به مقدار قابل توجهی افزایش میدهد. سرعت آزادسازی هیدروژن 1284 میکرومول بر ساعت به ازای 2/0 گرم فوتوکاتالیست بدست آمد که بیانگر آن است مادهی نانوکامپوزیتی سنتز شده از توانایی بالایی برای حذف آلاینده و تولید سوخت هیدروژن برخوردار است. |
نوع مقاله: پژوهشی تاریخ دریافت: 15/04/1401 تاریخ پذیرش: 24/10/1401 دسترسی آنلاین: 15/11/1401
كليد واژه‌ها: فوتوتخریب/تبدیل H2S، تولید هیدروژن، انرژیمواد، نانوکامپوزیت مغناطیسی، ماده خطرناک، تبدیل آلاینده به سوخت، کاتالیزگر نیمرسانا |
| |
[1] *پست الکترونیکی نویسنده مسئول: m.ghanimaty@iasbs.ac.ir
Journal of Environmental Research and Technology, 7(12)2022. 47-59
|
Majid Ghanimati11*, Mohsen Lashgari1, Mahchehre Sabeti1
1- Department of Chemistry, Institute for Advanced Studies in Basic Sciences (IASBS), Zanjan, Iran | |||
Article Info | Abstract | ||
Article type: Research Article
Keywords: H2S photo-degradation/transformation, Hydrogen production, Energy of material, Magnetic nanocomposite, Hazardous material, Pollutant-to-fuel conversion, Semiconducting catalyst | Hydrogen sulfide is a dangerous, corrosive and flammable environmental pollutant that is generated at large scale in sour oil and gas industries. One of the sustainable strategies to remove this environmental pollutant and convert it into hydrogen clean fuel is the use of a renewable energy source (photon) and synthesis of semiconducting nano energy materials. For this purpose, in the present project, MgFe2O4 a nanostructured magnetic semiconducting compound was synthesized and applied for the production of hydrogen fuel through photocatalytic splitting of an alkaline H2S solution. The empirical evidence revealed that the synthesized material has an appropriate potency to reduce proton and produce hydrogen. Furthermore, by the synthesis of CNT/MgFe2O4 magnetic nanocomposite, the boosting effect of carbon nanotube (CNT) on the activity of the aforementioned photocatalyst was studied. A significant promotion in hydrogen production was observed in the presence of CNT and justified in terms of increasing the photocatalyst surface area, retarding the electron-hole recombination process and enhancing the photon absorption. The rate of hydrogen evolution was 1284 µmole/h per 0.2 g photocatalyst, that indicating the synthesized nanocomposite material has a high ability to remove the pollutant and produce hydrogen fuel. | ||
| |||
[1] * Corresponding author E-mail address: m.ghanimaty@iasbs.ac.ir
مقدمه
هیدروژن سولفید یک آلاینده فوقالعاده سمی و خطرناک برای موجودات زنده و خورنده برای سازههای فلزی است که در مقیاس وسیع بطور صنعتی و طبیعی تولید میشود (جنگام1 و همکاران، 2021؛ شیی2 و همکاران، 2019). یکی از مهمترین و بزرگترین منابع مولد این گاز خورنده و خطرناک صنایع نفت و گاز ترش است (لشگری و غنیمتی3، 2018). با توجه به افزایش تقاضا برای انرژی و سوخت و در نتیجه سرعت گرفتن استخراج و کاهش ذخایر نفت و گاز شیرین، موضوع تولید H2S بهعنوان محصول فرعی در این صنایع بهطور جدی مطرح شده است (صلاح و آیش4، 2021؛ رجا و پریثی5، 2020، لشگری و غنیمتی، 2019). استفاده بهینه از این گاز سمی و مخرب نه تنها از نقطهنظر محیط زیستی بلکه از دیدگاه صنعتی و اقتصادی نیز حائز اهمیت است. یکی از روشهای ارزان و کارآمد برای حفظ محیط زیست و تخریب این آلایندهی خطرناک استفاده از نور خورشید و ترکیبات فوتوکاتالیستی نیمرسانا است (لشگری و غنیمتی، 2019ب). برای طراحی و سنتز یک فوتوکاتالیست مناسب و موثر توجه به استفاده از مواد ارزان، فراوان و دوستدار محیط زیست، دارای برهمکنش خوب با واکنشگر، مساحت سطح بالا، جذب قوی فوتون (در بخش وسیع از طیف نور مرئی-فرابنفش)، بازترکیب پایین، سطوح انرژی مناسب (برای انجام فرایندهای فوتوردکس) و پایداری در محیط واکنش ضروری است (ویکرانت6 و همکاران، 2019؛ خان7 و همکاران، 2021؛ یی8 و همکاران، 2018؛ لشگری و غنیمتی، 2020). توجه به موارد مذکور میتواند به تولید و سنتز مواد فوتوکاتالیستی کارآمد و در عین حال مقرون به صرفه و قابل استفاده در مقیاس وسیع منجر شود. علاوه بر موارد فوق جمعآوری آسان ذرات فوتوکاتالیست و جداسازی آنها از محیط واکنش یکی از دغدغهها موجود در کارهای عملی است که سنتز ترکیبات مغناطیسی نیمرسانا میتواند راهحل مناسب برای رفع مشکل و جمعآوری آسان ترکیبات مذکور با استفاده از میدان مغناطیسی خارجی (آهنربا) باشد (کمالی9 و همکاران، 2021؛ وانگ10 و همکاران، 2018).
در میان فوتوکاتالیستهای مختلف، اکسیدهای نانوساختار فلزات واسطه به دلیل داشتن مزایایی همچون پایداری بالا در محیط واکنش و دارا بودن خواص کاتالیزوری، مغناطیسی و الکترونیکی منحصر بفرد، بشدت مورد توجه بوده است (ابیل11 و همکاران، 2020). خانواده اسپنیل فریتها (MFe2O4; M: Mg, Zn, Cu, …) از پرکاربردترین و مطرحترین اکسیدهای فلزی بوده که بطور گسترده برای واکنش فوتوشکافت آب و حذف آلایندهها مورد استفاده قرار گرفتهاند (جیا12 و همکاران، 2019). در بین ترکیبات مذکور، نیمرسانای مغناطیسی نوع n منیزیم فریت (MgFe2O4) با داشتن مزایایی همچون شکاف نواری باریک (1/2-9/1 الکترون ولت)، قیمت پایین، غیرسمی بودن، پایداری نوری خوب، فعالیت فوتوکاتالیستی بالا، موقعیت مناسب نوار هدایت و ظرفیت و دارا بودن جایگاههای کاتالیستی فراوان بیشتر مورد توجه بوده و از آن در واکنشهای حذف الاینده و شکافت آب استفاده شده است. همچنین MgFe2O4 بطور گسترده به عنوان کاتالیست صنعتی و جاذب آلایندههای مختلف مورد استفاده قرار گرفته است (آین13 و همکاران، 2016؛ بوز14 و همکاران، 2021؛ ساهو15 و همکاران، 2018؛ سرایپریا16 و همکاران، 2019؛ وایش17 و همکاران، 2021). علاوه بر آن عناصر سازنده این ترکیب دارای برهمکنش خوب با هیدروژن سولفید هستند (رودریگز18 و همکاران، 2000؛ یاماموتو19 و همکاران، 2015). با این حال، فعالیت فوتوکاتالیستی و بازده این ترکیب بهدلیل بازترکیب الکترون-حفرههای فوتوتولید شده پایین است (فن20 و همکاران، 2016). یکی از مناسبترین راهکارها بهمنظور بهبود جدایش الکترون/حفره (کاهش بازترکیب) و در نتیجه افزایش راندمان فوتوکاتالیست، ساخت ترکیبات نانوکامپوزیتی از فوتوکاتالیست مربوطه است (جیا و همکاران، 2015؛ لشگری و غنیمتی، 2019). در این راستا و باهدف بهرهمندی از مزایای نانولوله کربنی همچون افزایش مساحت سطح فوتوکاتالیست، جذب واکنشگرها، افزایش جذب فوتون، تسهیل فرایند انتقال الکترون/جدایش بهتر الکترون-حفره از این ترکیب برای بهبود خاصیت فوتوکاتالیستی و ساخت کامپوزیت استفاده شد (ژو21 و همکاران، 2017؛ لشگری و همکاران، 2017) و ترکیب نانوکامپوزیتی مغناطیسیCNT/MgFe2O4 به روش ساده هیدروترمال سنتز شد و در فرایند فوتوشکافت محلول قلیایی H2S و تولید هیدروژن با بازده بالا مورد استفاده قرار گرفت.
مواد و روشها
سنتز فوتوکاتالیست
برای سنتز ترکیبات MgFe2O4 و CNT/MgFe2O4 از روش هیدروترمال استفاده شد (یان22 و همکاران، 2015؛ قنبری و صلواتی23، 2015؛ ایلهان24 و همکاران، چترجی25 و همکاران، 2020). بدین منظور، برای سنتز ترکیب MgFe2O4 ابتدا 50 میلی لیتر محلول حاوی 5 میلیمول منیزیم نیترات (
ساخت شرکت فلوکا با درجه خلوص %98) و 10 میلیمول آهن نیترات (
ساخت شرکت مرک با درجه خلوص %98) تهیه شد سپس همراه با همزدن قطره قطره محلول سدیم هیدروکسید 1 مولار تا رسیدن به 11= pHبه آن اضافه شد. در ادامه، مخلوط بدست آمده به اتوکلاو منتقل شده و در دمای 180 درجهی سلسیوس به مدت 8 ساعت گرما داده شد. در پایان رسوب بدست آمده پس از چند بار شستشو با آب مقطر در دمای 80 درجهی سلسیوس بهمدت 8 ساعت خشک شد. برای ساخت ترکیب نانوکامپوزیتی حاوی نانولوله کربنی، فرایند سنتز در حضور مقدار مناسب (3 درصد وزنی) نانولوله کربنی انجام شد (لشگری و سودی26، 2020؛ لشگری و زینلخانی27، 2018). برای این منظور 50 میلی لیتر محلول آبی حاوی نانولوله کربنی (MWCNT با ابعاد قطر داخلی 5 تا 10 نانومتر و قطر خارجی 10 تا 20 نانومتر؛ محصول شرکت نوترینو) پیش آماده سازی شد (لشگری و سودی، 2020) و به مخلوط بدست آمده، 5 میلیمول منیزیم نیترات و 10 میلیمول آهن نیترات افزوده و مراحل بیان شده برای سنتز ترکیب منیزیم فریت دنبال شد.
روشهای خصیصهیابی فوتوکاتالیست
ساختار بلورشناسي نیمرساناهای سنتز شده با استفاده از فنآوري پراش پرتو ايکس توسط دستگاه فيليپس با پرتو Cukα (طول موج 5/1 انگستروم) تعيين شد. برای مطالعه خواص مغناطیسی فوتوکاتالیستهای سنتزی از دستگاه مغناطیس سنج نمونه ارتعاشی (VSM) مدل Magnetic Daneshpajoh Kavir Kashan® استفاده شد. طيف فرابنفش- مرئي بازتاب نفوذي فوتوکاتاليستها با استفاده از دستگاه طيفسنج Varian Cary5e ثبت شد. منحنيهاي جذب و واجذب نيتروژن و آزمايشات تخلخلسنجي در دماي 77 درجه کلوين توسط دستگاه (BELSORB max-BEL) انجام شد. میزان نشر (بازترکیب) نیمرساناها با استفاده از دستگاه طیفسنج فلوئورسانسCary Eclipse (طول موج تحریک 350 نانومتر) مورد مطالعه قرار گرفت. همچنين، مورفولوژي و ساختار ميکروسکوپي فوتوکاتاليستهاي سنتز شده با استفاده از ميکروسکوپ الکتروني روبشي ميدان گسيل (دستگاه Mira3-XMU) بررسي شد.
فوتوشکافت هیدروژن سولفید و آزادسازی هیدروژن
واکنش فوتوشکافت درون سل دو جداره دست ساز (حجم 50 میلیلیتر) تحت تابش لامپ زنون با شدت 100 میلی وات بر سانتیمتر مربع انجام شد. برای تهیه محلول واکنش (محلول قلیایی حاوی H2S)، به 50 میلی لیتر محلول نیم مولار NaOH گاز H2S (با رعایت نکات ایمنی کار با گازهای خطرناک) دمیده شد تا محلول از هیدروژن سولفید اشباع شود. از آنجائیکه بیشترین میزان آزادسازی هیدروژن طبق گزارشات قبلی در pH ای که میزان بی سولفید آن زیاد است (11=pH) رخ میدهد لذا pH محلول در 11 تنظیم شد. میزان هیدروژن آزاد شده به روش حجمسنجی اندازهگیری شد (لشگری و غنیمتی، 2018).
بحث و نتیجهگیری
خصیصهیابی فوتوکاتالیست
الگوي پراش پرتو ايکس نانولوله کربنی، منیزیم فریت (MgFe2O4) و ترکیب نانوکامپوزیتی سنتز شده از آنها در شکل 1 آورده شده است. پیکهای مشاهده شده برای MgFe2O4 با رفرنس JCPDS No. 01-073-1960 و پیکهای گزارش شده در مقالات مطابقت داشته که نشاندهندهی ساختار اسپینل28 برای این ترکیب است (یوان29 و همکاران، 2015؛ شبروی30 و همکاران، 2016). در الگوی پراش پرتو ایکس ترکیب نانوکامپوزیتی حاوی CNT علاوه بر پیکهای مربوط به ترکیب MgFe2O4 پیکهای مربوط به نانو لوله کربنی (CNT) نیز مشاهده میشود که این امر گواهی بر سنتز ترکیب CNT/MgFe2O4 است. با استفاده از پهنای پیک در نصف شدت بیشینه و فرمول دبای شرر اندازه ذرات 16 نانومتر بصورت تخمینی بدست آمد (لشگری و غنیمتی، 2015).
شکل 1: الگوی پراش اشعه ایکس فوتوکاتالیستهای سنتزی.
حضور اجزای فوتوکاتالیستی و عناصر سازنده آنها همچنین توسط آنالیز طیف سنجی اشعه ایکس بر اساس تفکیک انرژی31 (EDS) (جدول 1 و شکل 2) مورد تایید قرار گرفت.
شکل 2: نمودار طیف سنجی اشعه ایکس بر اساس تفکیک انرژی (EDS) فوتوکاتالیست مورد استفاده در این کار.
جدول 1: نتایج آنالیز EDS نیمرساناهای سنتز شده بر حسب درصد وزنی (Wt.%).
نیمرسانا | Mg | Fe | C | O |
MgFe2O4 | 02/12 | 16/50 | - | 82/37 |
CNT/MgFe2O4 | 17/11 | 88/47 | 94/2 | 01/38 |
تصاوير ميکروسکوپ الکتروني روبشي میدان گسیل32 (FESEM) فوتوکاتاليست مغناطیسی MgFe2O4 و ترکیب نانوکامپوزیتی CNT/MgFe2O4 سنتز شده از آن در شکل 3 آورده شده است. همانطور که در این شکل مشاهده میشود ترکیب منیزیم فریت سنتزی (شکل 3 الف) متشکل از یکسری نانو ذرات یکنواخت بوده که این مورفولوژی با ساختارهای گزارش شده برای این ترکیب مطابقت داشته که این موضوع نیز به نحوی بیان کننده سنتز این فوتوکاتالیست است (یوان و همکاران، 2015). اثر اضافه شدن نانولوله کربنی و تشکیل نانوکامپوزیت CNT/MgFe2O4 در شکل 3 (ب) مشاهده میشود. حضور نانولولههای کربنی در این کامپوزیت به خوبی مشهود بوده و این شکل نشان میدهد ترکیب نانوکامپوزیتی ساخته شده، مجموعهای متشکل از نانوذرات و نانولولهها است.
شکل 3: تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی میدان گسیل (FESEM) نمونههای سنتزی (الف) منیزیم فریت و (ب) ترکیب نانوکامپوزیتی.
نتایج آزمايشات جذب/واجذب N2 (آناليز BET) نشان داد (جدول 2) ترکیبات سنتز شده از نوع مزوحفره (قطر حفرهها بین 2 تا 50 نانومتر) بوده (لشگری و غنیمتی، 2015) و با افزودن نانولوله کربنی به منیزیم فریت و ساخت ترکیب نانوکامپوزیتی مساحت سطح فوتوکاتالیست به مقدار قابل توجهی افزایش مییابد که این امر میتواند به افزایش عملکرد فوتوکاتالیستی آن منجر شود.
جدول 2: نتایج حاصل از آنالیز BET برای ترکیبات سنتز شده.
فوتوکاتالیست | مساحت سطح ( | قطر متوسط حفرهها (nm) |
MgFe2O4 | 80/16 | 75/17 |
CNT/MgFe2O4 | 04/44 | 39/10 |
حلقههای پسماند مغناطیسی (Magnetic hysteresis loops) ترکیبات سنتز شده در شکل 4 نمایش داده شده است براساس نتایج بدست آمده از این آنالیز فوتوکاتالیستهای سنتزی دارای خاصیت مغناطیسی بوده و این ترکیبات فرومغناطیس نرم با مغناطیس اشباع شدگی به ترتیب 95/21 و 85/0 واحد الکترومغناطیس بر گرم (emug-1) برای MgFe2O4 و CNT/MgFe2O4 هستند. مغناطیس اشباعشدگی مشاهده شده برای ترکیب منیزیم فریت با مقدار گزارش شده در متون مطابقت دارد (وانگ و همکاران، 2016؛ سپهوند33، 2011).
شکل 4: حلقه پسماند مغناطیسی نمونههای سنتزی (الف) MgFe2O4 و (ب) CNT/MgFe2O4
یک فوتوکاتالیست مطلوب علاوه بر داشتن مساحت سطح بالا باید بتواند فوتون را نیز به خوبی جذب کند. توانایی جذب فوتون توسط فوتوکاتاليستهاي سنتز شده در کار حاضر در شکل 5 الف آورده شده است. همانطور که در این شکل مشاهده میشود ترکیب MgFe2O4 دارای جذب خوب در ناحیه فرابنفش و مرئی بوده و با افزودن نانولوله کربنی شدت جذب افزایش یافته و جابجایی به سمت طول موجهای بلندتر (انرژیهای کمتر) اتفاق میافتد. با استفاده از دادههای جذب به روش کوبلکا-مانک (لشگری و غنیمتی، 2015) شکاف نواری 9/1 و 54/1 الکترون ولت به ترتیب برای نیمرساناهای MgFe2O4 (شکل 5 ب) و CNT/MgFe2O4 (شکل 5 ج) بدست آمد.
شکل 5: طیف فرابنفش-مرئی نمونههای سنتز شده (الف) و منحنیهای کوبلکا مونک حاصل از آن (ب و ج)
در کنار جذب خوب فوتون در بخش وسیعی از طیف نور فرودی، یک فوتوکاتالیست خوب باید از باز ترکیب پایینی برخوردار باشد که این موضوع را میتوان از طریق مطالعات نشر فوتولومینسانس (شکل 6) مورد بررسی قرار داد (لشگری و غنیمتی، 2019). همانطور که در این شکل مشاهده میشود ترکیب MgFe2O4 میزان نشر فوتولومینسانس بالایی را داشته و پیکهای نشر مشاهده شده در حوالی 447، 450، 460، 486، 500 و 539 نانومتر بعنوان پیکهای نشر شناخته شده برای این ترکیب گزارش شده است (ابیل و همکاران، 2020؛ کائور34 و همکاران، 2018؛ شتی35 و همکاران، 2017؛ وایش و همکاران، 2019). با افزودن نانو لوله کربنی و ساخت ترکیب نانوکامپوزیتی فرایند جدایش بار بهبود یافته و میزان نشر به مقدار قابل توجهی کاهش مییابد. که این امر میتواند باعث افزایش بازده فوتوکاتالیستی شود. بهبود فرایند جدایش بار با اضافه شدن نانولوله کربنی به ترکیب کامپوزیتی را میتوان به تسهیل انتقال الکترون/حفره توسط این هادی الکترونی مربوط دانست (لشگری و همکاران، 2017).
شکل 6: طیف فوتولومینسانس فوتوکاتالیستهای مغناطیسی سنتز شده در کار حاضر
عملکرد فوتوکاتالیست در فوتوتبدیل هیدروژن سولفید و تولید هیدروژن
در ارتباط با مکانیسم تولید فوتوکاتالیستی هیدروژن از H2S بطور خلاصه میتوان گفت حین فرایند فوتوتخریب محلول حاوی هیدروژن سولفید، با تشکیل زوج الکترون-حفره در اثر تابش فوتون به فوتوکاتالیست، فرایند اکسایش بیسولفید (HS-) و کاهش پروتون بر روی سطح فوتوکاتالیست رخ داده که در اثر آن گاز هیدروژن و آنیون دیسولفید تشکیل میشود؛ این موضوع بصورت شماتیک در شکل 7 نمایش داده شده و واکنشهای اکسایش و کاهش مربوطه براساس روابط 1 تا 4 بیان میشود (لشگری و غنیمتی، 2018).
شکل 7: نمایش شماتیک مکانیسم تولید فوتوکاتالیستی هیدروژن از H2S با استفاده از فوتوکاتالیست نانوکامپوزیتی سنتز شده در کار حاضر
همانطور که بیان شد الکترونهای فوتوتولید شده میتوانند با انتقال به پروتونهای متصل شده به سولفید، موجود در سطح فوتوکاتالیست H اتمی و آنیون سولفید را تولید کنند (رابطه 1).
(1) |
|
(2) |
|
(3) |
|
(4) |
|
رایمگ
پیوندهای سایت
مراکز مرتبط
پشتیبانی
صفحات رسمی
حقوق این وب‌سایت متعلق به سامانه مدیریت نشریات رایمگ است.
حق نشر © 1404-1396