تثبیت نانوذره های کاتالیستی نوری TiO2 بر روی جاذب متخلخل مزوروزنه MCM-41 به منظور پالایش آب آلوده به آنتی بیوتیک تتراسایکلین

هدف از این پژوهش، سنتز نانو چندسازه TiO2(10)/MCM-41 به روش هیدروترمال-تلقیح و مقایسه عملکرد آن با نانوذره‌های TiO2 خالص برای بررسی نقش پایه سیلیکایی در حذف آنتی بیوتیک تتراسایکلین می‌باشد. ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی کاتالیست‌های نوری سنتز شده با استفاده از آنالیزهایXRD ، FESEM،EDX ، PL،DRS و جذب-واجذب نیتروژن مورد بررسی قرار گرفت. نتیجه‌های آنالیزهای XRD و EDX بیانگر سنتز موفقیت آمیز نانو چندسازه TiO2/MCM-41 بود. تصویرهای FESEM و EDX وجود ذره‌های کوچک سطحی در مقیاس نانومتری با توزیع اندازه و پراکندگی یکنواخت در نمونه TiO2/MCM-41 را نشان دادند. همچنین، تصویرهای FESEM نشان دادند که با تثبیت نانوذره‌ها، اندازه آن ها کاهش می یابد و از تشکیل کلوخه ها جلوگیری می شود. آنالیزهای PL و DRS تایید کردند که تثبیت نانوذره‌های TiO2 بر روی MCM-41 به ترتیب باعث کاهش باز ترکیب حامل‌های بار و اندازه نانوذره‌های سطحی می‌شود. آنالیز جذب-واجذب نیتروژن نیز نشان داد که نانو چندسازه سنتز شده دارای سطح ویژه‌ بالا (m2/g 972) می‌باشد. بر اساس نتیجه‌های عملکرد راکتوری، درصد تخریب تتراسایکلین توسط نمونه TiO2(10)/MCM-41، 7/67% بیشتر از نانوذره‌های TiO2 می‌باشد. این افزایش راندمان به دلیل ساختار بلوری مناسب TiO2، اندازه کوچک تر و توزیع یکنواخت نانوذره‌های TiO2، سطح ویژه زیاد، کاهش بازترکیب حامل‌های بار و جلوگیری از توده‌ای شدن کاتالیست نوری در اثر حضور MCM-41 می‌باشد. مطالعه‌های سینتیکی نیز بیانگر سرعت تخریب بیشتر آلاینده توسط نانوذره‌های تثبیت شده و تبعیت نتیجه‌ها از واکنش درجه دوم بود. همچنین، در شرایط عملیاتی غلظت تتراسایکلین برابر با mg/L 20، مقدار کاتالیست برابر باg/L 5/1 و زمان دو ساعت میزان تخریب 68% به دست آمد. فعالیت به نسبت بالا و بدون تغییر پس از چرخه اول استفاده مجدد به جداسازی دلخواه و در نتیجه، قابلیت استفاده دوباره مناسب TiO2(10)/MCM-41 اشاره دارد. به این ترتیب می توان نتیجه گرفت که تثبیت TiO2 روی پایه MCM-41 علاوه بر جداسازی آسان تر و بهتر، منجر به بهبود ویژگی‌های نوری و ساختاری و سرانجام، افزایش کارآیی کاتالیست نوری سنتز شده می شود.