تهیه الکترودهای فوتوکاتالیستی برای تخریب آلاینده های آلی و بررسی کارایی آن ها در پیل های سوختی

نوع: Type: پایان نامه

مقطع: Segment: دکتری

عنوان: Title: تهیه الکترودهای فوتوکاتالیستی برای تخریب آلاینده های آلی و بررسی کارایی آن ها در پیل های سوختی

ارائه دهنده: Provider: مهشید پرویزی

اساتید راهنما: Supervisors: دکتر جلال بصیری پارسا

اساتید مشاور: Advisory Professors:

اساتید ممتحن یا داور: Examining professors or referees: دکتر جواد صاین - دکتر علیرضا ختایی - دکتر عبدالله سلیمی

زمان و تاریخ ارائه: Time and date of presentation: یکشنبه 20 شهریور 1401 ساعت 10

مکان ارائه: Place of presentation: آمفی تئاتر پروفسور اردشیر خزایی

چکیده: Abstract: هدف کار پژوهشی حاضر تهیه ی الکترود های فوتوکاتالیستی و بررسی کاربرد آن ها در پیل های سوختی فوتوکاتالیستی به منظور تخریب آلاینده های آلی و همزمان تولید جریان الکتریسیته می باشد. در این راستا طی سه کار پژوهشی، فوتوکاتالیست های کامپوزیتی مختلف به روش الکتروشیمیایی با اعمال ولتاژ ثابت بر روی بستر تیتانیومی تهیه شدند. در کار پژوهشی اول، نانولوله های تیتانیوم دی اکسید به روش اکسیداسیون آندی تهیه گردیدند. همچنین، الکترود گرافیت با نانوکامپوزیت پلی پیرول/نانولوله های کربنی چنددیواره به روش ترسیب الکتروشیمیایی اصلاح گردید. به منظور بهبود خواص فوتوکاتالیست، نانو ذرات گرافن اکساید کاهش یافته به ساختار تیتانیومی اضافه شدند. در نهایت، الکترود های اصلاح شده در سیستم ترکیبی پیل سوختی فوتوکاتالیستی/پریدات برای تخریب آلاینده رنگی اسید قرمز 14 و همزمان تولید جریان الکتریسیته مورد استفاده قرار گرفتند. بر اساس نتایج بدست آمده، کارایی تخریب آلاینده و حداکثر توان الکتریکی خروجی بعد از افزودن پریدات به ترتیب به 95% و mWcm-2 94/0 رسید که به میزان 54 درصد و 87 درصد نسبت به پیل سوختی فوتوکاتالیستی بدون پریدات افزایش نشان داد. تاثیر متغیر های عملیاتی (pH اولیه، غلظت اولیه آلاینده آلی و غلظت پریدات) بر روی کارایی سیستم ترکیبی پیل سوختی فوتوکاتالیستی/پریدات با استفاده از روش پاسخ سطح بررسی گردید. بالاترین میزان تخریب (99درصد) و ماکزیمم توان الکتریکی خروجی (mWcm-2 5/1) در حضور اسید سیتریک به عنوان ماده اولیه در شرایط بهینه حاصل گردید. شرایط بهینه بدست آمده از روش پاسخ سطح، pH اولیه 82/3، غلظت آلاینده 73/63 میلی گرم بر لیتر و غلظت پریدات 72/2 میلی مولار بودند. در کار پژوهشی دوم، فوتوکاتالیست تیتانیوم دی اکسید دوپ شده با نانوذرات نیکل اکسید و الکتروکاتالیست پلی آنیلین اصلاح شده با نانو لوله های چند دیواره ی کربنی تهیه شدند و عملکرد آن ها به منظور تخریب آلاینده رنگی اسید آبی 113 و همزمان تولید جریان الکتریسیته در سیستم ترکیبی پیل سوختی فوتوکاتالیستی/سدیم هیپو کلریت/ Cu(II)مورد بررسی قرار گرفت. بر اساس نتایج به دست آمده، سیستم هیبریدی پیل سوختی فوتوکاتالیستی/سدیم هیپو کلریت/Cu(II، کارایی تخریب آلاینده رنگی اسید آبی 113 و حداکثر توان الکتریکی خروجی را به ترتیب به میزان 1/48% و38/59% نسبت به سیستم پیل سوختی تنها افزایش داد. تاثیر متغیر های عملیاتی ( pHاولیه، نسبت NaOCl/Cu+2 و غلظت اولیه آلاینده آلی) بر روی کارایی سیستم ترکیبی پیل سوختی فوتوکاتالیستی/سدیم هیپو کلریت Cu(II با استفاده از روش پاسخ سطح بررسی گردید. بالاترین میزان تخریب (2/98 درصد) و حداکثر توان الکتریکی تولیدی ( mWcm-212/1) درحضور اسید سیتریک به عنوان ماده اولیه در شرایط بهینه حاصل گردید. شرایط بهینه بدست آمده، pH‌‌‌ اولیه 3، نسبت NaOCl/Cu+42/178 و غلظت اولیه ی آلاینده 27/40 میلی گرم بر لیتر بودند. در کار پژوهشی سوم، عملکرد فوتوکاتالیست نانو لوله های تیتانیوم دی اکسید/ Ag/AgBr به عنوان فوتوآند و الکتروکاتالیست پلی آنیلین/نانو لوله های کربنی چند دیواره/ Fe3O4به عنوان کاتد در سیستم ترکیبی جدید و موثر پیل سوختی فوتوکاتالیستی/پرسولفات/هیدروکسید دولایه مس-آهن (PFC/PS/CuFeLDH) به منظور تخریب کینولین و همزمان تولید جریان الکتریسیته مورد بررسی قرار گرفت. بازده تخریب کینولین و توان الکتریکی خروجی در سیستم ترکیبی پیل سوختی PFC/PS/CuFeLDHبه ترتیب به 2/98% و mWcm-2 76/2 رسید که حدود 76/42% و 26/80% نسبت به پیل سوختی فوتوکاتالیستی بدون پرسولفات/هیدروکسیدهای دولایه مس-آهن افزایش نشان داد. تاثیر متغیر های عملیاتی ( pHاولیه، CuFe-LDH/PS و غلظت اولیه آلاینده آلی) بر روی کارایی سیستم ترکیبی PFC/PS/CuFeLDH با استفاده از روش پاسخ سطح بررسی گردید. بالاترین میزان تخریب (6/99 درصد) و ماکزیمم توان الکتریکی خروجی ( mWcm-275/1) در حضور اسید سیتریک به عنوان ماده اولیه حاصل گردید. شرایط بهینه بدست آمده از روش پاسخ سطح، pH اولیه 5/4، نسبت NaOCl/Cu+2077/0 و غلظت اولیه آلاینده 12/14 میلی گرم بر لیتر بودند.