کارایی فتوکاتالیست TiO2 آناتاز مغناطیسی لود شده توسط گرافن کوانتوم دات در حذف داروی ایمی پرامین از محیط آبی

صنایع داروسازی در رده چهارم تولید فاضلاب قرار دارند و حاوی مقادیر قابل توجهی از داروها و پیش ماده‌های مورد نیاز در داروسازی هستند که سمی بوده و با روش‌های سنتی به‌راحتی حذف نمی‌شوند و استفاده از روش‌های پیشرفته جهت پاک سازی مورد نیاز است. هدف از این پژوهش، سنتز Fe3O4 ، سنتز فتوکاتالیست TiO2 آناتاز، نشاندن TiO2 بر روی Fe3O4، سنتز GQD از مالتوز برای اولین بار، نشاندنGQD بر روی Fe3O4/TiO2 و تولید نانوکامپوزیت Fe3O4/TiO2/GQD و بررسی میزان کارایی فتوکاتالیست سنتزی در تخریب فتوکاتالیستی ایمی‌پرامین از محیط آبی است.

فتوکاتالیست سنتزی Fe3O4/TiO2/GQDs شامل سه جزء است که در چهار مرحله سنتز گردیده است. در ابتدا، اکسید آهن به فرم مگنتیت و به روش هم‌رسوبی تهیه شد. سپس Fe3O4/TiO2 با استفاده از روش سل-ژل و از تیتانیوم ایزوپروپوکساید (IV) به‌عنوان منبع تیتانیوم و در فرم بلوری آناتاز سنتز گردید. در مرحله سوم، از مالتوز به‌عنوان منبع کربن برای تولید GQD به روش هیدروترمال استفاده شد. در پایان، فتوکاتالیست به‌روش هیدروترمال از نشاندن GQD در ساختار Fe3O4/TiO2 حاصل شد. ویژگی‌های ساختاری و کیفیت فتوکاتالیست با استفاده از روش‌های FT-IR، ایزوترم جذب/واجذب نیتروژن، FESEM و HRTEM بررسی شد. در پایان، کارایی تخریب فتوکاتالیستی تحت تاثیر متغیرهای مختلف بررسی شد.

 نتایج طیف‌سنجی FT-IR نانو پودرها و فتوکاتالیست سنتزی مبین وجود پیک‌های جذبی C=C، C-H، C-O، Fe–O و Ti-O-Ti است. همچنین پیک‌های جدید در cm-1 1400 و cm-1 1170 احتمالا مربوط به تشکیل پیوند Fe–O بین آهن Fe3O4 و گروه کربوکسیل GQDS است که حاکی از تشکیل موفقیت‌آمیز Fe3O4/TiO2/GQD است. مساحت سطح ویژه فتوکاتالیست بر پایه ایزوترم جذب/واجذب m²/g 38 است. همچنین براساس طبقه‌بندی آیوپاک، این ایزوترم‌ها از نوع IV و مربوط به ساختارهای متخلخل مزوپور و حلقه هیستریس H2 است. تصاویر FESEM مبین ریخت‌شناسی تقریبا کروی فتوکاتالیست سنتزی و توزیع یکنواخت نانوذرات TiO2 در سطح مگنتیت است که بدون تغییر در مورفولوژی و فقط با تغییر اندازه ذرات پس از نشستن TiO2 روی سطح نانوذرات اکسید آهن مغناطیسی همراه بوده است. تصاویر HRTEM حاکی از شکل کروی ذرات با قطر عمدتا کمتر از nm 50 و فاصله مشبک مربوط به آناتاز (TiO2) و GQDs است. همچنین عملکرد فتوکاتالیستی نانوکامپوزیت سنتزی و دستیابی به بیشینه درصد حذف ایمی‌پرامین متاثر از متغیرهای مختلف دوز فتوکاتالیست، pH، دمای محیط، مدت زمان تابش مورد سنجش قرار داده شد. شرایط بهینه حذف شامل دوز فتوکاتالیست 5/0 گرم بر لیتر، pH برابر با 3، دما برابر با C° 40 در مدت زمان تابش 120 دقیقه با راندمان بالغ‌بر 90% در پساب آزمایشگاهی و تقریبا 70% برای پساب واقعی بدست آمد. آزمایش‌های بازیابی فتوکاتالیست مبین پایداری فتوکاتالیست سنتزی است که می‌تواند بدون از دست دادن فعالیت اولیه قابل ‌استفاده مجدد برای فرایند تصفیه باشد.

 نتایج نشان می‌دهد که مکانیسم تخریب ایمی‌پرامین از نوع تخریب اکسیداسیونی از طریق حفرات نوری تولیدشده است و از سینتیک درجه اول تحت تابش نور UVA پیروی می‌نماید. همچنین یافته‌ها حاکی از قابلیت کاربرد صنعتی فتوکاتالیست سنتزی Fe3O4/TiO2/GQDs در تصفیه پساب حاوی آلاینده‌های آلی پایدار تحت شرایط بهینه است.