بررسی ویژگی جذبی و فتوکاتالیستی نانوچندسازه‌های سنتز شده بر پایه گرافن در حذف مواد رنگ‌زای پساب‌های صنعتی

نوع مقاله: مروری

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری نانوشیمی، پژوهشگاه مواد و انرژی، مشکین‌دشت کرج، ایران

2 استاد سرامیک، گروه سرامیک، پژوهشگاه مواد و انرژی، مشکین‌دشت کرج، ایران

3 استادیار مهندسی شیمی فرایند، گروه رنگ و محیط‌زیست، موسسه پژوهشی علوم و فناوری رنگ و پوشش، تهران، ایران

4 استادیار سرامیک، گروه سرامیک، پژوهشگاه مواد و انرژی، مشکین‌دشت کرج، ایران

چکیده

در این پژوهش، با توجه به بحران جدی کم‌آبی، ارائه راهکارهای پربازده و اقتصادی برای تصفیه و بازیابی دوباره آب‌های مصرفی، در کنار حذف مواد رنگ‌زا از این پساب‌ها مورد توجه و مطالعه قرار گرفته است. در سال‌های اخیر از میان روش‌های متعدد با بهره‌گیری از جاذب‌ها و مواد فتوکاتالیستی، استفاده از مواد کربنی مانند گرافن مورد توجه قرار دارد. گرافن به‌دلیل داشتن ویژگی‌هایی مانند: امکان تولید در مقیاس انبوه با هزینه پایین، ساختار لایه‌ای دوبعدی، سطح بزرگ، حجم منافذ و امکان اصلاح سطح، جاذب خوبی برای پالایش آب به‌حساب می‌آید. وجود ذرات فلزی یا اکسیدهای آن‌ها از انباشتگی صفحه‌های گرافنی جلوگیری کرده در نتیجه حجم منافذ و سطح زیاد گرافن محفوظ می‌ماند. هم‌چنین، گرافن اکسید و مشتقات آن می‌توانند با جذب انتخابی نقش مؤثری در حذف آلاینده‌ها داشته باشند. وجود گروه‌های عاملی، بستر لازم برای تشکیل کمپلکس با یون‌های فلز سنگین را فراهم می‌کند. از سوی دیگر چندسازه‌های گرافن به‌دلیل ساختار مسطح، شفافیت، رسانایی بالا، پایداری، طول عمر بالا، توانایی در کاهش نرخ نوترکیبی و هم‌چنین امکان برهمکنش پای-پای بین فتوکاتالیست و مواد آلی، در معدنی سازی و بهبود فرایند فتوکاتالیستی کاربرد گسترده‌ای پیدا کرده‌اند. در همین راستا، در این مقاله، ضمن بررسی فعالیت‌های پژوهشی صورت گرفته در زمینه سنتز و کاربردهای نانوچندسازه‌های سنتز شده بر پایه گرافن در حذف مواد رنگ‌زای پساب‌های رنگی، به مقایسه بازده عملکرد آن با فرایندهای فتوکاتالیستی پرداخته می‌شود.

کلیدواژه‌ها


[1] Elimelech, M.Phillip, W.A.; Science, 333, 712-717, 2011.
[2] Shannon, M.A., Bohn, P.W., Elimelech, M., Georgiadis, J.G., Marinas, B.J.Mayes, A.M.; Nature, 452, 301-310, 2008.
[3] R. Marandi., M.K.M.E.O.B.V.M.H.; IET Micro & Nano Letters, 6, 958-963, 2011.
[4] R. Marandi, Olya, M.E., Vahid, B., Khosravi, M., Hatami, M.; Environmental Engineering Science, 29 957-963, 2012.
[5] Santhosh, C., Kollu, P., Doshi, S., Sharma, M., Bahadur, D., Vanchinathan, M.T., Saravanan, P., Kim, B.-S.Grace, A.N.; RSC Advances, 4, 28300-28308, 2014.
[6] Ghasemi, S., Setayesh, S.R., Habibi-Yangjeh, A., Hormozi-Nezhad, M.R.Gholami, M.R.; Journal of Hazardous Materials, 199–200, 170-178, 2012.
[7] Wang, C., Feng, C., Gao, Y., Ma, X., Wu, Q.Wang, Z.; Chemical Engineering Journal, 173, 92-97, 2011.
[8] Dong, M., Lin, Q., Chen, D., Fu, X., Wang, M., Wu, Q., Chen, X.Li, S.; RSC Advances, 3, 11628-11633, 2013.
[9] Fu, Y., Chen, H., Sun, X.Wang, X.; Applied Catalysis B: Environmental, 111–112, 280-287, 2012.
[10] Olya, M.E.Pirkarami, A.; Separation and Purification Technology, 118, 557-566, 2013.
[11] Olya, M.E., Vafaee, M., Jahangiri, M.; Journal of Saudi Chemical Society, xxx-xxx, 2015.
[12] Olya, M.E., Pirkarami, A., Soleimani, M.Bahmaei, M.; Journal of Environmental Management, 121, 210-219, 2013.
[13] Khalid, N., Ahmed, E., Hong, Z.Ahmad, M.; Applied Surface Science, 263, 254-259, 2012.
[14] Neppolian, B., Bruno, A., Bianchi, C.L.Ashokkumar, M.; Ultrasonics sonochemistry, 19, 9-15, 2012.
[15] Chowdhury, S.Balasubramanian, R.; Advances in Colloid and Interface Science, 204, 35-56, 2014.
[16] Geim, A.K.Novoselov, K.S.; Nat Mater, 6, 183-191, 2007.
[17] Wang, X., Tian, H., Yang, Y., Wang, H., Wang, S., Zheng, W.Liu, Y.; Journal of Alloys and Compounds, 524, 5-12, 2012.
[18] Liu, S., Zeng, T.H., Hofmann, M., Burcombe, E., Wei, J., Jiang, R., Kong, J.Chen, Y.; ACS Nano, 5, 6971-6980, 2011.
[19] Castro Neto, A.H., Guinea, F., Peres, N.M.R., Novoselov, K.S.Geim, A.K.; Reviews of Modern Physics, 81, 109-162, 2009.
[20] Ai, L., Zhang, C.Chen, Z.; Journal of Hazardous Materials, 192, 1515-1524, 2011.
[21] Khalid, N.R., Ahmed, E., Hong, Z.Ahmad, M.; Applied Surface Science, 263, 254-259, 2012.
[22] Tang, Y., Luo, S., Teng, Y., Liu, C., Xu, X., Zhang, X.Chen, L.; Journal of hazardous materials, 241, 323-330, 2012.
[23] Marandi, R., Khosravi, M., Olya. M.E., Vahid, B., Hatami, M; Micro & Nano Letters, 6, 958-963, 2011..
[24] Pirkarami, A., Olya, M.E.Raeis Farshid, S.; Water Resources and Industry, 5, 9-20, 2014.
[25] Olya M.E; JARC, 55, 1-9.
[26] Wang, E.N.Karnik, R.; Nat Nano, 7, 552-554, 2012.
[27] Fan, H., Zhao, X., Yang, J., Shan, X., Yang, L., Zhang, Y., Li, X.Gao, M.; Catalysis Communications, 29, 29-34, 2012.
[28] Wang, S., Sun, H., Ang, H.-M.Tadé, M.; Chemical engineering journal, 226, 336-347, 2013.
[29] Theron, J., Walker, J.Cloete, T.; Critical reviews in microbiology, 34, 43-69, 2008.
[30] Cui, S., Mao, S., Lu, G.Chen, J.; The Journal of Physical Chemistry Letters, 4, 2441-2454, 2013.
[31] Zhang, L.W., Fu, H.B.Zhu, Y.F.; Advanced Functional Materials, 18, 2180-2189, 2008.
[32] Feng, Y., Gong, J.-L., Zeng, G.-M., Niu, Q.-Y., Zhang, H.-Y., Niu, C.-G., Deng, J.-H.Yan, M.; Chemical Engineering Journal, 162, 487-494, 2010.
[33] Kemp, K.C., Seema, H., Saleh, M., Le, N.H., Mahesh, K., Chandra, V.Kim, K.S.; Nanoscale, 5, 3149-3171, 2013.
[34] Upadhyay, R.K., Soin, N.Roy, S.S.; RSC Advances, 4, 3823-3851, 2014.
[35] Zhang, N., Zhang, Y.Xu, Y.-J.; Nanoscale, 4, 5792-5813, 2012.
[36] Wang, X., Tabakman, S.M.Dai, H.; Journal of the American Chemical Society, 130, 8152-8153, 2008.
[37] Liu, L.-H.Yan, M.; Nano Letters, 9, 3375-3378, 2009.
[38] Englert, J.M., Dotzer, C., Yang, G., Schmid, M., Papp, C., Gottfried, J.M., Steinrück, H.-P., Spiecker, E., Hauke, F.Hirsch, A.; Nat Chem, 3, 279-286, 2011.
[39] Pandey, P.A., Bell, G.R., Rourke, J.P., Sanchez, A.M., Elkin, M.D., Hickey, B.J.Wilson, N.R.; Small, 7, 3202-3210, 2011.
[40] Zhou, Y.-G., Chen, J.-J., Wang, F.-b., Sheng, Z.-H.Xia, X.-H.; Chemical Communications, 46, 5951-5953, 2010.
[41] Fu, C., Kuang, Y., Huang, Z., Wang, X., Du, N., Chen, J.Zhou, H.; Chemical Physics Letters, 499, 250-253, 2010.
[42] Xiang, H., Tian, B., Lian, P., Li, Z.Wang, H.; Journal of Alloys and Compounds, 509, 7205-7209, 2011.
[43] Zhou, X., Huang, X., Qi, X., Wu, S., Xue, C., Boey, F.Y., Yan, Q., Chen, P.Zhang, H.; The Journal of Physical Chemistry C, 113, 10842-10846, 2009.
[44] Bai, S., Shen, X., Zhong, X., Liu, Y., Zhu, G., Xu, X.Chen, K.; Carbon, 50, 2337-2346, 2012.
[45] Wu, Q., Feng, C., Wang, C.Wang, Z.; Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 101, 210-214, 2013.
[46] Zhang, H., Lv, X., Li, Y., Wang, Y.Li, J.; ACS Nano, 4, 380-386, 2010.
[47] Chen, Y., Zhang, X., Yu, P.Ma, Y.; Journal of Power Sources, 195, 3031-3035, 2010.
[48] Tang, L., Feng, H., Cheng, J.Li, J.; Chemical Communications, 46, 5882-5884, 2010.
[49] Zhang, H., Zhang, X., Zhang, D., Sun, X., Lin, H., Wang, C.Ma, Y.; The Journal of Physical Chemistry B, 117, 1616-1627, 2013.
[50] Yin, Z., Wu, S., Zhou, X., Huang, X., Zhang, Q., Boey, F.Zhang, H.; Small, 6, 307-312, 2010.
[51] Zhang, L.-W., Fu, H.-B.Zhu, Y.-F.; Advanced Functional Materials, 18, 2180-2189, 2008.
[52] Xiang, Q., Yu, J.Jaroniec, M.; Nanoscale, 3, 3670-3678, 2011.
[53] Liu, X., Pan, L., Zhao, Q., Lv, T., Zhu, G., Chen, T., Lu, T., Sun, Z.Sun, C.; Chemical Engineering Journal, 183, 238-243, 2012.
[54] Zhou, X., Wang, F., Zhu, Y.Liu, Z.; Journal of Materials Chemistry, 21, 3353-3358, 2011.
[55] Lung-Hao Hu, B., Wu, F.-Y., Lin, C.-T., Khlobystov, A.N.Li, L.-J.; Nat Commun, 4, 1687, 2013.
[56] Batzill, M.; Surface Science Reports, 67, 83-115, 2012.
[57] Lin, J., Zhang, C., Yan, Z., Zhu, Y., Peng, Z., Hauge, R.H., Natelson, D.Tour, J.M.; Nano Letters, 13, 72-78, 2013.
[58] Li, B., Cao, H., Yin, J., Wu, Y.A.Warner, J.H.; Journal of Materials Chemistry, 22, 1876-1883, 2012.
[59] Liu, J., Cao, H., Xiong, J.Cheng, Z.; CrystEngComm, 14, 5140-5144, 2012.
[60] Liu, Y., Jiang, X., Li, B., Zhang, X., Liu, T., Yan, X., Ding, J., Cai, Q.Zhang, J.; Journal of Materials Chemistry A, 2, 4264-4269, 2014.
[61] Song, Y.-B., Song, X.-D., Cheng, C.-J.Zhao, Z.-G.; RSC Advances, 5, 87030-87042, 2015.
[62] Dong, X., Chen, J., Ma, Y., Wang, J., Chan-Park, M.B., Liu, X., Wang, L., Huang, W.Chen, P.; Chemical Communications, 48, 10660-10662, 2012.
[63] Nguyen-Phan, T.-D., Pham, V.H., Kim, E.J., Oh, E.-S., Hur, S.H., Chung, J.S., Lee, B.Shin, E.W.; Applied Surface Science, 258, 4551-4557, 2012.
[64] Chong, S., Zhang, G., Tian, H.Zhao, H.; Journal of Environmental Sciences,
[65] Sun, L., Shao, R., Tang, L.Chen, Z.; Journal of Alloys and Compounds, 564, 55-62, 2013.
[66] Wang, W., Yu, J., Xiang, Q.Cheng, B.; Applied Catalysis B: Environmental, 119–120, 109-116, 2012.
[67] Liang, Y., Wang, H., Sanchez Casalongue, H., Chen, Z.Dai, H.; Nano Research, 3, 701-705, 2010.
[68] Du, J., Lai, X., Yang, N., Zhai, J., Kisailus, D., Su, F., Wang, D.Jiang, L.; ACS Nano, 5, 590-596, 2011.
[69] Gopalakrishnan, K., Joshi, H.M., Kumar, P., Panchakarla, L.S.Rao, C.N.R.; Chemical Physics Letters, 511, 304-308, 2011.
[70] Shi, Y., Zhou, K., Wang, B., Jiang, S., Qian, X., Gui, Z., Yuen, R.K.K.Hu, Y.; Journal of Materials Chemistry A, 2, 535-544, 2014.
[71] Zhang, J., Xiong, Z.Zhao, X.S.; Journal of Materials Chemistry, 21, 3634-3640, 2011.
[72] Hou, C., Zhang, Q., Li, Y.Wang, H.; Journal of Hazardous Materials, 205–206, 229-235, 2012.
[73] Lv, T., Pan, L., Liu, X., Lu, T., Zhu, G.Sun, Z.; Journal of Alloys and Compounds, 509, 10086-10091, 2011.
[74] Gao, E., Wang, W., Shang, M.Xu, J.; Physical Chemistry Chemical Physics, 13, 2887-2893, 2011.
[75] Wang, P., Ao, Y., Wang, C., Hou, J.Qian, J.; Carbon, 50, 5256-5264, 2012.
[76] Hu, H., Wang, X., Liu, F., Wang, J.Xu, C.; Synthetic Metals, 161, 404-410, 2011.
[77] Ullah, K., Ye, S., Zhu, L., Meng, Z.-D., Sarkar, S.Oh, W.-C.; Materials Science and Engineering: B, 180, 20-26, 2014.
[78] Chen, P., Xiao, T.-Y., Li, H.-H., Yang, J.-J., Wang, Z., Yao, H.-B.Yu, S.-H.; ACS Nano, 6, 712-719, 2012.
[79] Xiong, Z., Zhang, L.L.Zhao, X.S.; Chemistry – A European Journal, 17, 2428-2434, 2011.
[80] Ullah, K., Ye, S., Lei, Z., Cho, K.-Y.Oh, W.-C.; Catalysis Science & Technology, 5, 184-198, 2015.
[81] Khalid, N.R., Ahmed, E., Hong, Z., Zhang, Y., Ullah, M.Ahmed, M.; Ceramics International, 39, 3569-3575, 2013.
[82] Li, B.Cao, H.; Journal of Materials Chemistry, 21, 3346-3349, 2011.
[83] Chen, G., Sun, M., Wei, Q., Zhang, Y., Zhu, B.Du, B.; Journal of Hazardous Materials, 244–245, 86-93, 2013.
[84] Chen, G., Sun, M., Wei, Q., Zhang, Y., Zhu, B.Du, B.; Journal of hazardous materials, 244, 86-93, 2013.
[85] Xian, T., Yang, H., Di, L.J.Dai, J.F.; Research on Chemical Intermediates, 41, 433-441, 2013.
[86] Zhou, F.Zhu, Y.; Journal of Advanced Ceramics, 1, 72-78, 2012.
[87] Sun, J., Fu, Y., Xiong, P., Sun, X., Xu, B.Wang, X.; Rsc Advances, 3, 22490-22497, 2013.