تطوير الحفز الكهربائي الضوئي في المجال المرئي لإزالة ملوثات المياه

Abstract

حضرت في هذه الدراسة أنودات ضوئية من TiO2 بطريقة السول جل وبطريقة التوضيع الكهربائي وبطريقة الأنودة الكهركيميائية، كما وصفت الأنودات الضوئية المحضرة مورفولوجياً وكهربائياً وضوئياً، واستعملت الأنودات المحضرة الدراسة تدرك MB و Red131 كملوثات عضوية نموذجية، لدراسة كفاءة الأنودات بتقانة الحفز الكهربائي الضوئي، بالتشعيع بأشعة UVA وتحت أشعة الشمس. أولاً حضرت أنودات ضوئية من TiO2 بطريقة Sol gel على ITO بطريقة الطلي بالغمس الـ dip coating ووصفت الأنودات مورفولوجياً بـ AFM و SEM، وعينت قيمة الفجوة الطاقية لها وكانت E-3.62e7، حيث بينت النتائج أن حركية تدرك MB على الأنودات المحضرة تتبع معادلة من المرتبة الأولى بلغت أعلى نسبة تدرك تم الحصول عليها 75.266 خلال زمن معالجة 120min وبتطبيق شدة تيار ، كما ازدادت نسبة الإزالة بإرتفاع قيمة الـ pH، لكن دون تحسن ملحوظ عند رفع قيمة الـ pH، وانخفضت النسبة المئوية للإزالة بارتفاع التركيز الإبتدائي المدروس لـ MB ثانياً حضرت أنودات ضوئية من TiO2 المطعم بالنحاس والفضة بطريقة Solgel على ITO. ووصفت الأنودات ضوئياً ومورفولوجيا بـ AFM و FTIR و UV-Vis، وحسبت قيم الفجوة الطاقية لها وكانت Erica 3.15e7 ,2.950 Era بينما كانت قيمتها للأنود TiO غير المطعم Ermoz 3.5e كما فحص أداء الأنودات بدراسة تدرك MB بتقانة الحفز الكهربائي الضوئي PEC، حيث بينت النتائج أن حركية تدرك MB على الأنودات المحضرة تتبع معادلة من المرتبة الأولى. وبلغت نسبة إزالة اللون لـ MB %59.88 و 64.29% و %68.45، ونسبة الكربون العضوي الكلية TOC المزالة 31.22 و 32.666% و 39.67% لكل من أنودات TiO2 غير المطعم A والمطعم بالنحاس B والمطعم الفضة C على الترتيب، بالتشعيع بأشعة UVA، بينما بلغت نسبة إزالة اللون لـ MB 31.22% المزالة، %18.92 و %26.16 و TOC 32.76 و %45.55 و %49.70، ونسبة الكربون العضوي لكل من أنودات TiO2 غير المطعم A والمطعم بالنحاس B والمطعم الفضة C على الترتيب، بالتشعيع بأشعة الشمس. ثالثاً حضر أنود ضوئي من TiO2 على ركيزة من الألمنيوم، بطريقة الترسيب الكهربائي. ووصف الأنود مورفولوجياً ويصرياً وكهربائياً بـ AFM و SEM و EDX و UV-Vis و EIS. تشير النتائج إلى أن متوسط أقطار حبيبات TiO2 المتوضعة بلغت 225nm. كما حسبت قيمة الفجوة الطاقية وكانت قيمتها 3.0. ويقدم الأنود TiO2/Al تيارات كهربائية مهمة تحت الإضاءة والتي تمكن استخدام الأنود في التحفيز الضوئي. يشير الميل الموجب للجزء الخطي المنحني (Mott - Schottky (MS، إلى أن عملية ترسيب أكسيد التيتانيوم لم تغير نوع نصف الناقل، والذي يتوافق مع خصائص أنصاف النواقل من النوع ، وبلغت قيمة كمون العصابة المنبسطة 0.43=V. كما فحص أداء الأنود بدراسة تدرك بعض الملوثات تحت إشعاع UVA بتقانة الحفز الكهربائي الضوئي PEC، حيث بينت النتائج أن نسبة إزالة اللون ونسبة الكربون العضوي الكلية المزالة TOC لتدرك الصباغ القاعدي (MB) كانت %81.8% و 49.2% على التوالي. بينما كانت نسبة إزالة اللون ونسبة الكربون العضوي الكلية المزالة %TOC لتدرك الصباغ الحمضي (Red131) %89.5 و 51.7% على التوالي. رابعاً كما حضر الأنود الضوئي Tio Ti بطريقة الأنودة الكهركيميائية، تم الحصول على أنابيب بمتوسط أقطار 65nm وعمق 570nm، كما بلغت قيمة الفجوة الطاقية للانتقالات المسموحة المباشرة 3.5=Eg. حيث بلغت نسبة إزالة كل من الصباغ أزرق الميثيلين والصباغ Red131 بعد 9 240min %95.9% و 75.69% على الترتيب. وللتأكيد على كفاءة المعالجة بيئياً استعمل جهاز Phoenix8000 لتعيين محتوى الكربون العضوي الكلي %TOC والتي بلغت 53.22% و 45.9% لكل من الصباغ أزرق الميثيلين والصباغ Red131 على الترتيب، بالتشعيع بـ UVA خامساً حضر أيضاً الأنود الضوئي TiO2Ti الأزرق المطعم بالتيتانيوم بطريقة الأنودة الكهركيميائية ثنائية المرحلة بين نمط حيود الأشعة السينية XRD وجود البنية TiO2 والبنية Tisoفكانت قيمة الفجوة الطاقية للانتقالات المسموحة المباشرة تساوي 3.0 ، وكانت قيمة الفجوة الطاقية للانتقالات المسموحة غير المباشرة تساوي 2.45 E . بلغت نسب إزالة لون MB ونسبة الكربون العضوي الكلي المزالة TOC %97.2 و 55.37% على الترتيب وبلغت نسب إزالة لون الصباغ الحمضي Red131 ونسبة الكربون العضوي الكلي المزالة TOC %94.5 و %54.7 على الترتيب بالتشعيع بأشعة UVA بالمعالجة التي استمرت أربع ساعات باستعمال الأنود TiO/Ti الأزرق بتقانة PEC بينما بلغت نسب إزالة لون MB ونسبة الكربون العضوي الكلي المزالة 6 TOC 55.82 % و 36.93% على الترتيب، وبلغت نسب إزالة لون الصباغ الحمضي Red131 ونسبة الكربون العضوي الكلي المزالة %TOC، %56.90% و %37.41% على الترتيب، بالتشعيع بأشعة الشمس.