تأثير الترابط الكيميائي بين السطوح في تيو 2 -SiO 2 المركبات على أدائها لأداء أكاسيد النيتروجين

الهدف العام من هذا الإجراء هو التقييم الكمي لفوائد المحفزات الضوئية المدعومة في التطبيقات البيئية وفهم الآثار المترتبة على الترابط الكيميائي بين المحفزات ودعمها على جوانب DeNOx لإدارة الجودة. تشير مساحة السطح التي يمكن الوصول إليها الأكبر التي توفرها المحفزات الضوئية المدعومة إلى قدرة أكثر كفاءة على تقليل تركيزات أكاسيد النيتروجين في الغلاف الجوي. ومع ذلك ، لا يعرف سوى القليل عن تأثير الدعم على أداء المحفز وخصائصه.

يتكون أكاسيد النيتروجين بشكل أساسي من NO و NO2. أكسيد النيتروجين الأكثر سمية له أكبر تأثير سلبي على جودة الهواء ، لذلك يجب أن تظهر المحفزات الضوئية عاليا حقا بشكل انتقائي لأكسدة أكاسيد النيتروجين إلى النترات. يوفر الواصف الفني هنا رؤى يمكن استخدامها في الحلول الهندسية والعوامل لإدارة جودة الهواء في المناطق الحضرية مثل دعم المحفزات الضوئية على سطح البنية التحتية الخرسانية.

لتحضير مركب QT1 ، أول كوارتز تجاري لمطحنة الكرة لمدة 15 دقيقة. غربلة مسحوق الكوارتز المطحون للحصول على جزيئات الكوارتز بأحجام تتراوح من 20 إلى 100 ميكرون. بعد ذلك ، امزج 2.6 مل من 97٪ بوتوكسيد التيتانيوم مع 29.6 مل من الإيثانول المطلق لإنتاج محلول سلائف التيتانيوم.

ثلاثة جرامات من مسحوق الكوارتز المنخل المطحون في 30 جراما من محلول سلائف التيتانيوم. أضف إلى المعلق 0.3 مل من حمض الهيدروكلوريك 32٪ ويحرك لمدة خمس دقائق. ثم أضف 30 مل من الماء منزوع الأيونات وحرك المعلق طوال الليل.

بعد ذلك ، انقل المعلق اللزج إلى طبق بتري. اترك المذيب المتبقي يتبخر طوال الليل في ظل الظروف المحيطة. بعد ذلك ، اغسل الكوارتز المعالج بالتيتانيوم عن طريق تعليق الكوارتز المعالج بشكل متكرر في الماء منزوع الأيونات ، والطرد المركزي للتعليق وصب المادة الطافية.

جفف المسحوق على حرارة 90 درجة مئوية طوال الليل ثم عالج المسحوق الجاف بالحرارة عند 400 درجة مئوية لمدة 20 ساعة. قم بتبريد المسحوق المركب المعالج حراريا في الهواء وغربلة المسحوق لإزالة الجسيمات التي يقل حجمها عن 20 ميكرون. قم بتخزين المسحوق في وعاء محكم الغلق.

لتحضير مركب QT2 ، امزج أولا 23.3 مل من TEOS مع 29.2 مل من الإيثانول المطلق. أضف إلى هذا المحلول 7.2 مل من الماء منزوع الأيونات و 0.4 مل من حمض الهيدروكلوريك بوزن 3.6 في المائة ويقلب لمدة 10 أيام في درجة حرارة الغرفة. بعد ذلك ، قم بتعليق 0.2 جرام من أناتاز تيتانيا التحفيز الضوئي في 100 مل من الإيثانول المطلق.

أضف إلى هذا 1.46 مل من محلول TEOS للحصول على نسبة مولية من تيتانيا إلى TEOS من واحد إلى واحد. حرك التعليق برفق في درجة حرارة الغرفة طوال الليل. ثم ضع جرامين من الكوارتز التجاري المنخل المطحون في قارورة مستديرة القاع.

جهز القارورة بمكثف وقضيب تحريك وشفاط مائي. ابدأ في إضافة خليط TEOS titania إلى الكوارتز عند 80 درجة مئوية تحت ضغط منخفض. عند إضافة حجم كاف لتعليق الكوارتز ، ابدأ في تقليب التعليق.

استمر في التقليب حتى تكتمل الإضافة. جفف المسحوق الناتج عند 90 درجة مئوية طوال الليل متبوعا بأربع ساعات من المعالجة الحرارية عند 200 درجة مئوية. قم بتبريد المسحوق في الهواء وإزالة الجزيئات الصغيرة عن طريق الغربلة.

لتحضير مركب ST1 ، أضف أولا خمسة ملليلتر من TEOS إلى 40 مل من الإيثانول المطلق وحرك المحلول لمدة 30 دقيقة. في وعاء آخر ، امزج ثمانية ملليلتر من الأمونيا بنسبة 25 في المائة مع 30 مل من الماء منزوع الأيونات و 18 مل من الإيثانول المطلق وحركه لمدة 30 دقيقة أيضا. أضف محلول TEOS إلى محلول الأمونيا وحرك لمدة ثلاث ساعات في درجة حرارة الغرفة للحصول على كريات مجهرية من السيليكا.

جهاز الطرد المركزي لتعليق السيليكا عند 1 ، 252 مرة G لمدة 30 دقيقة وصب المادة الطافية. اغسل السيليكا بالطرد المركزي بأجزاء 40 مليلتر من الإيثانول المطلق ثلاث مرات ثم جفف السيليكا عند 105 درجة مئوية لمدة 48 ساعة. بعد ذلك ، قم بتعليق جرام واحد من كريات السيليكا الجافة في 30 مل من الإيثانول المطلق.

التعليق في حمام بالموجات فوق الصوتية لمدة 10 دقائق ثم حرك التعليق لمدة 30 دقيقة. أضف بعناية ملليلتر واحد من 97٪ بوتوكسيد التيتانيوم إلى معلق السيليكا وحرك الخليط في درجة حرارة الغرفة لمدة 24 ساعة. ثم أضيفي إلى الخليط ملليلترين من الماء منزوع الأيونات وثمانية ملليلتر من الإيثانول المطلق واستمري في التقليب لمدة ساعتين أخريين.

الطرد المركزي للخليط ، صب المادة الطافية وغسل المسحوق ثلاث مرات بأجزاء 40 مليلتر من الإيثانول المطلق. جفف المسحوق على حرارة 105 درجة مئوية لمدة 48 ساعة ثم عالج المسحوق بالحرارة عند 500 درجة مئوية لمدة ثلاث ساعات. تبرد وتنخل المسحوق.

لتحضير مركب ST2 ، امزج أولا 58.4 مل من الإيثانول المطلق و 14.4 مل من الماء منزوع الأيونات و 0.8 مل من حمض الهيدروكلوريك بوزن 3.6 في المائة. أضف 0.89 مل من TEOS إلى هذا المحلول وحرك الخليط في درجة حرارة الغرفة لمدة ساعة واحدة. ثم أضف 4.74 مل من رباعي إيزوبروبوكسيد التيتانيوم وحركه في درجة حرارة الغرفة طوال الليل.

بعد ذلك ، سخني الخليط إلى 80 درجة مئوية وقلبي لمدة ساعة لإحداث تحويل سول جل. جفف الجل على حرارة 90 درجة مئوية طوال الليل. قم بمعالجة الجل بالحرارة لمدة خمس ساعات عند 450 و 500 درجة مئوية للحصول على المسحوق المركب.

قم بتبريد المسحوق المركب في الهواء وغربال المسحوق لإزالة الجزيئات الصغيرة. لإجراء اختبارات النشاط المحفز الضوئي ، قم بتعبئة المسحوق المركب محل الاهتمام في حامل عينة لجهاز اختبار التحفيز الضوئي. قم بإشعاع العينة بضوء الأشعة فوق البنفسجية 320 نانومتر بين عشية وضحاها.

يجب أن تتعرض كل عينة للإشعاع المنبعث قبل إدخالها في مفاعل Heraeus. هذا يلغي تأثير الملوثات الممتصة مسبقا على الأداء المحفز الضوئي. يعد وضع العينة أمرا بالغ الأهمية أيضا من أجل الحصول على ظروف التدفق المطلوبة.

قم بتغطية العينة المشعة بزجاج البورسليكات. ضع العينة تحت جهاز محاكاة للطاقة الشمسية وقم بتوصيل المفاعل الضوئي بخطوط مدخل ومخرج الغاز لجهاز الاختبار. ثم قم بتدفق NO و N2 في الهواء المضغوط فوق العينة عند 40٪ رطوبة.

مراقبة وتسجيل تركيزات NO و NO2 و NOx في تدفق الغاز المخرج. أظهر حيود الأشعة السينية للمركبات التيتانيا النقية والكوارتز غير المطلي أن التيتانيا موجودة على شكل أناتاز في جميع المركبات تقريبا بدرجات متفاوتة. أكد المجهر الإلكتروني الناقل وجود كريات نانوية من التيتانيا المتكتلة في جميع العينات المركبة.

أظهرت أطياف FTIR للمواد المركبة قمم مخصصة للوضع الاهتزازي الممتد للسيليكون والأكسجين والتيتانيوم. تم تقدير درجة الارتباط الكيميائي بين السيليكا والتيتانيا لكل مادة مركبة من نسبة المناطق الواقعة تحت قمم السيليكون والأكسجين والتيتانيوم وقمم السيليكا المقابلة. تم حساب الكفاءات الضوئية للمواد المركبة والكوارتز الداعم ومساحيق التيتانيا من قياسات تحويل أكاسيد النيتروجين وأكاسيد النيتروجين وتكوين أكسيد النيتروجين.

كانت الكفاءة بالنسبة للنسبة المئوية لتحميل التيتانيا أكبر لجميع المواد المركبة. والجدير بالذكر أن مادة QT2 حققت 73٪ من أداء أكسدة NO للمحفز الضوئي المقابل مع 6.5٪ فقط من كتلة المحفز الضوئي. تمت مقارنة انتقائية النترات لكل مادة مركبة بتلك الخاصة بمسحوق تيتانيا السليفة المقابل.

لوحظ أكبر انخفاض في الانتقائية بين T2 و ST2. يحتوي مركب ST2 على نسبة عالية نسبيا من روابط التيتانيوم والأكسجين والسيليكون مما يشير إلى أن مستوى الترابط يؤثر على انتقائية النترات. يوفر هذا الإجراء وسيلة فعالة لهندسة الهياكل المركبة التحفيزية الضوئية عالية الكفاءة والتحقق من صحتها.

يمكن دعم هذه المحفزات الضوئية على الهياكل الخرسانية في المراكز الحضرية حيث يكون تلوث أكاسيد النيتروجين من انبعاثات المركبات مرتفعا للغاية.