پایان نامه نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم

دانلود پایان نامه نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم در قالب word به صورت کامل و آماده در ۱۰۰ صفحه به قیمت ۱۰۵۰۰ تومان که لینک دانلود بلافاصله بعد از پرداخت نمایش داده می شود.

نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم

مقدمه
تیتانیوم چهارمین فلز رایج جهان بعد از آلومینیوم، آهن و منیزیم است و حدود ۶/۰ درصد از پوسته زمین را تشکیل می دهد. تیتانیوم معمولاً به دو شکل فلزی و اکسید قابل مصرف است. شکل فلزی آن بدلیل مشکلات تهیه و خالص سازی کاربرد چندانی ندارد اما اکسید آن به شکل دی اکسید تیتانیوم در صنعت پرکاربرد می باشد. تقریباً ۹۵% تیتانیوم در صنعت به شکل اکسید تیتانیم مصرف می شود.

دی اکسید تیتانیوم به تیتانیا معروف است و نهمین کانی رایج روی زمین است. تیتانیا با فرمول شیمیایی TiO2 بصورت خالص در طبیعت وجود ندارد، اما می توان آن را از سنگ های معدنی روتایل، ایلمینایت و لکسوسین استخراج کرد. در اوایل قرن بیستم در صنعت، جایگزینی تیتانیا به عنوان رنگدانه برای رنگ سفید بجای اکسید های سرب سمی متداول شد. به گونه ای که در حال حاضر استفاده از تیتانیا بعنوان رنگدانه بخش اصلی از کاربرد های آن محسوب می شود.

دی اکسيد تيتانيوم يکي از مهمترين اکسيدهاي فلزات واسطه است که مي‌تواند در توليد انرژي‌هاي تجديدپذير و کاربردهاي زيست‌محيطي ديگر مورد استفاده قرار گيرد. ويژگي هاي فيزيکي و شيميايي بسيار جالب، پایداری شیمیایی، غير سمي بودن، پايداري در برابر نور و مقرون به صرفه بودن اين ماده موجب شده به عنوان کانديدای بسيار خوبی براي کاربردهاي متنوعی همچون فتوکاتاليست‌ها،حسگرهاي گازي، تصفیه کنندگی آب و هوا و سلول هاي خورشيدي حساس‌شده رنگي تبديل شود.

دی اکسید تیتانیوم در طبیعت، معمولاً در چهار ساختار بلوری آناتاس، روتایل، بروکایت و فاز بتا-TiO2 یافت می شود. به لحاظ ترمودینامیکی روتایل پایدارترین فاز دی اکسیدتیتانیوم در فشار معمولی بوده و دو فاز دیگر آناتاس و بروکایت، فازهای نیمه پایدار این سیستم به شمار می روند .

از جمله کاربردهای نانو مواد اکسید تیتانیوم می توان به موارد زیر اشاره کرد:

کاربردهای ضدمیکروبی، ضدویروسی و ضد سرطان، پوشش های تصفیه کننده هوا، پوشش های خودتمیزشونده، تصفیه آب، مه زدایی، سلول های خورشیدی حساس به رنگ، مصارف دارویی و دندانپزشکی، افزایش فعالیت فتوکاتالیستی و ….

خواص و کاربردهای نانوساختارهای دی اکسید تیتانیوم به شدت به اندازه ذرات، ساختار، مساحت سطح موثر و خواص سطحی آن وابسته است. از آنجایی که، این خواص به نوبه خود تحت تاثیر روش های سنتز می باشند، در این فصل پایان نامه بر روش های مختلف سنتز نانوذرات و لایه های نازک TiO2 خواهیم داشت.
واکنش های شیمیایی برای سنتز مواد می تواند در حالت گاز، مایع یا جامد انجام شود. سرعت نفوذ واکنشگرها در فاز گاز یا مایع، چندین برابر از فاز جامد بیشتر است. از این رو روش های سنتز نانوساختارها را می توان به دو دسته ی کلی، روش های سنتز از فاز مایع (محلول) و سنتز از فاز بخار تقسیم کرد.

از جمله این روش ها عبارتند از: سل ژل،هم رسوبی و سولوترمال، هیدروترمال، مایسل معکوس یا میکروامولسیون، احتراقی، الکتروشیمیایی، لایه نشانی بخار شیمیایی، لایه نشانی بخار فیزیکی، کند و پاش، چگالش از بخار شیمیایی، اسپری.
در ادامه این پرژه خواص مختلف نانو ذرات و لایه های اکسید تیتانیوم مانند خواص ساختاری، اپتیکی و مورفولوژی سطح مورد بررسی قرار می گیرد. همچنین تاثیر روش های مختلف سنتز نانو ذرات اکسید تیتانیوم بر روی خواص آن مطالعه می شود.

قسمتی از این پایان نامه صفحه ۳۰ :

عملکرد نانوذرات دی اکسید تیتانیوم در پوشش های تصفیه کننده هوا

الکترون ها و حفره هایی که در نتیجه واکنش فتوکاتالیستی بر روی سطح نانوذرات دی اکسیدتیتانیوم شکل می گیرند می توانند آب و اکسیژن موجود در محیط را به یون های سوپراکسید و رادیکال های آزاد هیدروکسیل تبدیل کنند. همچنین حفره های ایجاد شده، آلودگی های آلی را به H2O، CO2 و سایر مواد آلی واسطه بی خطر تبدیل می کنند.

از آنجا که واکنش فتوکاتالیستی TiO2 یک واکنش شیمیایی سطحی است، با کاهش اندازه ذرات، سطح مؤثر برای واکنش با آلودگی های آلی و سایر آلودگی ها نظیر گاز NO2 و غیره افزایش یافته و به این ترتیب تخریب نوری بهتری صورت می گیرد. از سویی طبق قوانین نور و اپتیک، هر چه ذرات ریزتر باشند، طول موج های کوتاه تر را بیشتر جذب می کنند. بنابراین نانو ذرات اکسیدتیتانیوم انرژی UV را بیشتر از ذراتی با اندازه معمولی جذب کرده، لذا بازدهی نوری افزایش چشم گیری خواهد داشت. در پوشش های تصفیه کننده، واکنش اکسیداسیونNO2 ، NO و پس از آن خنثی سازی اسید ایجاد شده را می توان به شکل زیر نشان داد [۱۴]:

TiO2 + hν TiO2 ( h+ + e – )
e- + O2 0O2
h+ + OH- 0OH
NO + OH NO2 + H+
NO2 + OH NO-3 + H +
HNO3 + CaHCO3 CaNO3 + CO2 + H2O

محصول واکنش پس از بارش باران و یا شستشو با آب از سطح پاک می شود. اگرچه CO2 تولید شده نیز جزو گازهای گل خانه ای محسوب می گردد اما درصد تولید این محصول جانبی در مقایسه با آنچه که منابع آلاینده تولید می کنند، بسیار ناچیز است. سرعت وقوع واکنش بستگی به شدت نور آفتاب، شرایط محیطی نظیر دما و رطوبت نسبی و میزان نانوذرات TiO2 در معرض نور و نیز میزان جذب NOx محیط به وسیله پوشش دارد.
۱-۴-۴- تصفیه آب
تصفیه هوای آلوده اغلب موثرتر از آب¬های آلوده است، زیرا سینیتیک فاز گازی این امکان را می¬دهد که واکنشها در فاز گاز سریعتر رخ دهند. بهمین دلیل پیشرفت در تکنولوژی تصفیه آب کندتر از تصفیه هوا رخ می دهد.

شکل ۱-۱۲:سامانه تصفیه کنندگی آب با پوششی از TiO₂[24]

در تصفیه فتوکاتالیستی فاضلاب ها، در بعضی موارد پودر TiO2 را به مایع اضافه می کنند و بعد از فرآیند تجزیه تحت UV، نیاز به یک سیستم بازیابی برای جدا کردن پودر از مایع است که اینکار مقرون به صرفه نیست. روشی کارآمد تر اینست که TiO2را روی یک زمینه سرامیک یا فلز پوشش می دهند و آب زباله های صنعتی را از روی واکنشگر عبور می دهند (شکل ۱-۱۲). در این صورت مواد آلی، غیرآلی و باکتریها سریعتر از آنکه بتوانند روی سطح رشد کنند از بین می روند [۲۴].

۱-۴-۵- پوشش های خود تمیز شونده
عموماً فرایند پاکسازی و تمیز کردن نمای ساختمانها، شیشه ها و برخی دیگر از اجزای داخلی با صرف هزینه و وقت زیادی همراه است و استفاده از پوشش هایی که زمینه های تمیز شدن خود بخودی سطوح را فراهم آورند، بسیار مفید واقع می شود.
سطح دی اکسید تیتانیوم با تابش UVتحریک شده و به شدت آبدوست می شود. مواد آبدوست معمولاً دارای پیوندهای قطبی بوده و می توانند در تماس با مولکول آب آن را جذب کنند. رادیکال های تولیدشده طی واکنش های فتوکاتالیستی آلاینده ها را، که عموماً غیرقطبی اند، به آب و دی اکسید کربن و اسیدهای معدنی تبدیل کرده و پیوندهای ضعیفی با آنها برقرار می کنند، بطوری که چسبندگی مواد به سطح کم خواهد بود و با بارش باران براحتی شسته می شوند.