توضیحات

 عنوان فارسی: بررسی پارامترهای عملیاتی موثر بر فرآیند فتوکاتالیستی شکافت آب

• چكیده
•  مقدمه
• مکانیزم واکنش های فتوکاتالیستی
• عوامل موثر بر واکنش شکافت آب
• پارامترهای عملیاتی مختلف
•  )تولید H و O در سیستم های فدا شونده
• روش آزمایش شکافت آب
• نكات قابل توجه در آزمایش تجزیه فتوکاتالیستی آب
•  (i)استوکیومتری تولید O و H
• (ii) نوع و مقدار تابش
• iii)) مقدار فتوکاتالیست مورد استفاده
• (iv) کوانتومی بازده Quantum Yield (QY)
• (v) پاسخ به فوتون
• (vi) نوع و مقدار الکترون دهندهها
• (VII) اثر دما
•  فتوراکتور
•  نگاه کلی به عناصری که ساختار مواد فتوکاتالیست هتروژن را می سازند
•  فتوکاتالیست های پاسخ دهنده به نور مرئی برای تولید H یا O از یک محلول حاوی عوامل فداشونده
•  سیستم ZSheme
• بررسی روش های بهینه سازی نانو فتوکاتالیست TiO به منظور تولیدهیدروژن
• فتوکاتالیست
• افزودن نمک های کربنات به منظور جلوگیری از انجام واکنش های بعد تولید
• لود کردن فلز های نجیب
•  دوپه کردن یون فلزی
• دوپه کردن آنیونها
• استفاده از نیم رساناهای ترکیبی
• نتیجه گیری
• مراجع

چكیده:

یكی از بیشترین جاذبه های آینده هیدروژن بعنوان حامل انرژی آن است كه می تواند از آب تولید شود . هیدروژن بالاترین میزان انرژی را به ازای هر واحد جرم در مقایسه با سایر سوختهای شیمیایی دارد . فرایند سوختن آن هیچ گونه آلودگی تولید نمی كند و از آن در پیلهای سوختی می توان

استفاده نمود . الكترولیز آب یكی از ساده ترین روشها برای بدست آوردن هیدروژن از آب است . هیدروژنی كه از طریق روش الكترولیز آب تولید می شود، می تواند بعنوان یك آلترناتیو، نقش مهمی در مقایسه با سایر سوختهای متداول بازی كند.

فتوکاتالیست ماده ای است که با جذب نور باعث ایجاد یک واکنش شیمیایی در محیط می شود. امروز تحقیقات زیادی بر روی این مواد به منظور تبدیل انرژی خورشید به انرژی شیمیایی شده است. تجزیه فتوکاتالیستی آب تقلیدی از فتوسنتز گیاهان بوده و محققان بر این عقیده اند که می توان با تجزیه فتوکاتالیستی آب به هیدروژن و اکسیژن به منبع مناسبی از انرژی دست یافت و به مصرف سوخت های فسیلی پایان داد. در این بررسی به مكانیزم ها و پارامتر های موثر در تجزیه فتوکاتالیستی آب پرداخته شده است و کار های انجام گرفته توسط محققان مختلف در این حوزه

آورده شده است.

1- مقدمه

با توسعه صنعتی جهان، تقاضای روزافزون انرژی، محدود بودن و لزوم حفظ منابع سوختهای فسیلی برای نسلهای آینده و جلوگیری از خسارات زیست محیطی ناشی از سوختن آنها ،راهی جز استفاده از انرژیهای تجدیدپذیر باقی نگذاشته است.

در این بین هیدروژن بعنوان یك سوخت پاك م ی تواند بدلیل دارا بودن تمامی نیازها و خصوصیات یك حامل انرژی مناسب و پاك ، در درازمدت جایگزین مناسبی برای سوختهای فسیلی باشد. هیدروژن از بالاترین میزان انرژی به ازای هر واحد جرم در مقایسه با سایر سوختها برخوردار است . در آینده یكی از جاذبه های مهم هیدروژن آن است كه در مناطق صعب العبور و دور دست با استفاده از روش الكترولیز آب كه انرژی مورد نیاز آن از انرژی خورشیدی تأمین می شود، هیدروژن تولید گردد . هیدروژن م ی تواند در كنار سیستمهای خورشیدی بعنوان حامل انرژی، امكان ذخیره سازی انرژی ودریافت بازده مناسب از این سیستمها را فراهم آورد.

از زمانی که برای اولین بار هندا و فوجی شیما تجزیه فتوکاتالیستی آب را در سال 1992 گزارش کردند، مطالعات زیادی روی مواد فتوکاتالیست انجام شده است. فتوکاتالیست ماده ای است که با جذب نور باعث ایجاد یک واکنش شیمیایی در محیط می شود. وقتی به یک سطح پوشیده شده از فتوکاتالیست پرتو UV برخورد می کند در اثر انرژی فوتون مواد آلی اطراف اکسید شده، تجزیه می گردند. به این ترتیب، گردوغبار و آلودگیهای آلی، مواد دارای بو و باکتری ها پاک می شوند و خاصیت خود تمیز کنی بسیار خوبی را بوجود می آورند. در سال های اخیر توجه زیادی به فتوکاتالیست ها شده است. فتوکاتالیست ها کاربرد های زیادی در حوزه محیط زیست و انرژی دارند. تا به امروز تحقیقات زیادی بر روی این مواد به منظور تبدیل انرژی خورشید به انرژی شیمیایی شده است. این تبدیل انرژی می تواند در قالب اکسایش یا کاهش مواد برای دست یافتن به مواد مفیدی مثل هیدروژن و هیدروکربن، و یا حذف آلودگی ها و باکتری ها از هوا، آب، سطوح و دیوار ها باشد

 [1 [ . در این قسمت به مكانیزم ها و پارامتر های موثر در تجزیه فتوکاتالیستی آب پرداخته شده است و کار های انجام گرفته توسط محققان مختلف در این حوزه آورده شده است.

2-مکانیزم واکنش های فتوکاتالیستی

واکنش فتوکاتالیستی یک واکنش کاتالیستی همگن بوده و هم چون سایر فرایند های هتروکاتالیستی شامل مراحل زیر می باشد:

I ) انتقال واکنشگر ها از سیال به سطح کاتالیست ( نفوذ خارجی)

II ) انتقال ماده واکنشگر از سطح کاتالیست به داخل ساختار حفره ها

III ) جذب واکنشگر ها

IV )واکنش سطحی

V )دفع محصول ها

VI )انتقال محصول های واکنش از حفره های ساختاری به سطح کاتالیست

VII )انتقال محصول ها از سطح کاتالیست به سیال می باشد.

بنا به تعریف IUPAC فرایند فتوکاتالیستی به واکنش های کاتالیستی اطلاق می شود، که با جذب نور توسط کاتالیست صورت گیرد. در واقع فرایند فتوکاتالیستی شامل واکنش های اکسایش و احیا مولكول های آلی و معدنی تحت تاثیر تابش نور مناسب بر روی ذرات نیم رسانا است. بدین ترتیب مرحله واکنش سطحی واکنش کاتالیستی فوق را می توان به مراحل زیر تقسیم کرد.[2[.

الف) تولید جفت های الكترون-حفره تحت تاثیر منبع نوری مناسب

 ب) جدایش الكترون-حفره با به دام انداختن آنها. در واقع نرخ به دام افتادن جفت ها بایستی بیش از نرخ بازترکیب آن ها باشد.

ج) واکنش اکسایش-احیا بین الكترون ها و حفره های جدایش یافته وترکیب های جذب شده بر سطح بدین ترتیب در محاسبه های سینتیک فرایند های فتوکاتالیستی، مراحل برانگیختگی نوری، حرکت و به دام افتادن بار های فتوتولید شده، واکنش بارهای به دام افتاده، جذب سطحی واکنشگرها و واکنش نامطلوب بازترکیب الكترون- حفره از اهمیت بسیاری برخوردار است[3.[

جذب انرژی نور یا فوتون توسط سطوح نیمه هادی منجر به برانگیختگی آن ها می شود. عامل تعیین کننده در این فرآیند، فاصله بین تراز های انرژی غیر همپوشان نیم رسانا می باشد. از این رو برانگیختگی فوتونی انتقال الكترون از ترازی به تراز دیگر می باشد. یعنی انتقال الكترون از بالاترین تراز پر شده (لایه ظرفیت) به نزدیكترین تراز خالی (لایه رسانش) که فاصله بین این دو، گاف انرژی نامیده می شود. تابش نور با انرژی فوتونی برابر و یا بیشتر از فاصله گاف انرژی منجر به برانگیختگی الكترونی و در نتیجه تشكیل جفت الكترون-حفره در نیمه هادی می گردد. این الكترون ها وحفره های تولید شده طی فرایند تابش مراحل مختلفی را می توانند طی کنند. دو امكان وجود دارد، یا مجددا ترکیب شده و انرژی خود را به شكل گرما از دست دهند و یا تاسطح نیم رسانا حرکت کرده تا در واکنش های اکسایش-کاهش با اجزا جذب شد در سطح شرکت کنند] 3 [ . باز ترکیب الكترون در نیم رسانا به دو صورت سطحی و حجمی رخ می دهد که نسبت حجمی بیشتر از سطحی است. در ذرات ریز با کاهش نسبت حجم به سطح امكان رسیدن بار به سطح بیشتر می شود. البته کاهش بیش از حد اندازه ذره نیز منجر به افزایش عیوب شده در نهایت رسیدن بار به سطح را با مشكل مواجهه می کند پس رسیدن به یک مقدار بهینه اندازه ذره باید مد نظر باشد] 6 [ .

یک فرآیند فتوکاتالیستی به منظور حذف آلاینده ها، با جذب پرتو UV و ایجاد یک جفت الكترون-حفره آغاز می گردد. حفره تولیدی به سطح فتوکاتالیست رفته و با مولكول آب جذب شده بر روی سطح واکنش داده و رادیكال های هیدروکسیل (OH) را تشكیل می دهد. سپس این رادیكال های هیدروکسیل و حفره ها، مولكول های آلی نزدیک سطح را اکسید می کنند. بیشتر حفره های تولیدی به طور مستقیم با ماده آلی وارد واکنش شده و یا جذب مولكول های آب می شوند و OH ایجاد می کنند.

در مورد TiO₂ مقدار کمی از حفره ها توسط اکسیژن های شبكه به دام می افتند و موجب ضعیف شدن پیوند اکسیژن و تیتانیم می شوند. این در حالی است که الكترون های موجود در نوار رسانش در واکنش های کاهشی شرکت می کنند. یعنی الكترون ها عموما با اکسیژن هوای )موجود در آب( واکنش داده و رادیكال آنیونی سوپر اکسید (O₂) را ایجاد می کنند. در نهایت این رادیكال سوپراکسید وارد واکنش های تجزیه ای می شود ]5 [. با توجه به مكانیزم گفته شده هرچه قابلیت جذب مواد آلی و مولكول های آب بر سطح فتوکاتالیست بیشتر باشد، سرعت تجزیه بیشتر است

توجه:

• برای دانلود فایل word کامل ترجمه از گزینه افزودن به سبد خرید بالا استفاده فرمایید.
• لینک دانلود فایل بلافاصله پس از خرید بصورت اتوماتیک برای شما ایمیل می گردد.

سفارش تحقیق

به منظور سفارش تحقیق مرتبط با رشته تخصصی خود بر روی کلید زیر کلیک نمایید.

سفارش تحقیق