اثر هیدرودینامیک در طی سنتز نانوذرات تیتانیوم دی اکسید (TiO2) به روش سل ژل: از مورفولوژی تا خواص فتوکاتالیستی

Effect of hydrodynamics during sol–gel synthesis of TiO_۲ nanoparticles: From morphology to photocatalytic properties

چکیده

در این مطالعه، نقش هیدرودینامیک اختلاط در طول سنتز نانوذرات تیتانیوم دی اکسید و نتیجه آن بر خواص فوتوکاتالیستی آن ها مورد بررسی قرار گرفت. برای اولین بار سه هندسه مختلف از  T- میکسرها (مخلوط کننده) مورد آزمایش قرار گرفت. محلول های الکلی تیتانیوم تترا ایزو پروپوکساید و آب در سه  T-میکسر با تقویت کننده های تلاطم و در نتیجه ویژگی های اختلاطی مختلف مخلوط شدند. تغییرات در اندازه نانوذرات در طول زمان القا در فرآیند سل-ژل توسط پراکندگی نور دینامیک دنبال و میدان های سرعت و تلاطم توسط دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) برای سه هندسه T-میکسرها شبیه سازی شد.

نتایج نشان داد که اختلاط در مقیاس ماکرو در طول مرحله اول بسیار مهم است، زیرا سرعت جوانه زایی و سپس اندازه ذرات اولیه را تعیین می کند. اختلاط در مقیاس میکرو بر خواص ذرات، به خصوص بر ثبات ذرات اثر دارد. نانوذرات دی اکسید تیتانیوم سنتز شده با فرآیند سل-ژل بر روی زیر پایه های آلومینا نشانده شد. در تمام موارد، فیلم یکنواختی حدود ۲۰۰ نانومتر نشانده شد. برای ارزیابی فعالیت فوتوکاتالیستی پوشش های نانوذرات TiO2 از تخریب اسید اورانژ ۷ (AO7)  استفاده شد. هیچ تفاوتی بین فوتواکتیویته (فعالیت نوری) TiO2 سنتز شده مشاهده نشد. مینرالیزه شدن (تجزیه معدنی) کل رنگ بعد از ۲۴ ساعت تابش اتفاق افتاد.

جهت دانلود ترجمه تخصصی و فارسی این مقاله می توانید وجه آنرا پرداخت نموده و بلافاصله دریافت نمایید.

ABSTRACT

In this study, the role of mixing hydrodynamics during the sol–gel synthesis of titania nanoparticles and the consequences on their photocatalytic properties were investigated. For the first time three different T-mixer geometries were tested. Alcoholic solutions of titanium tetra-isopropoxide and water were mixed in three different T– mixers with turbulence promoters and thus different mixing characteristics. The changes of nanoparticle sizes during the induction time of the sol–gel process were followed by dynamic light scattering and velocity and turbulence fields were simulated by Computational Fluid Dynamics (CFD) for the three T-mixer geometries.

The results indicated that macro-mixing is crucial during the first step as it determines the nucleation rate and then the primary particle size. The micro-mixing has an influence on particle properties, especially on particle stability. Titanium dioxide nanoparticles synthesized by the sol–gel process were deposited on alumina supports. A homogeneous film of about 200 nm was deposited in all cases. Degradation of Acid Orange 7 (AO7) was used to evaluate the photocatalytic activity of TiO_۲ coatings. No difference was observed between the photoactivity of synthesized TiO_۲. Total mineralization of the dye occurred after 24 h irradiation.