| 3.2. Nanouglerod metall oksidi asosidagi nanofotokatalizatorlar.
Toshkent yadro fizikasi institutida nanouglerod metall oksidi asosidagi nanofotokatalizatorlarning kolloid eritmalarini ishlab chiqish ilmiy tadqiqot ishlari olib borilmoqda. Quyoshning ultrabinafsha nurlanishi ta’sirida nanofoto-katalizatorlar kunduzigi paytda suv molekulalari ishtirokida OH-radikallarini hosil qiladi.
OH-radikallar organik birikmalar bilan o’zaro ta’sirlashadi. Toshkent yadro institutida olingan.Natijalar ko’rsatadiki MeO va MeB larning rangsizlanishiga 15-60 minutga erishilgan.
Nonofotokatalizatorlarga asoslangan fotokataliz ifloslangan suvlarni tozalash usullardan biri hisoblanadi. Fotokatalizator atrof-muhit temperaturasiga ishlab biladi va havo, suvda turli kimyoviy va mikrobiologik ifloslantiruvchilarni destruksiyalaydi. Bular:organik metallar, organik kislotalar,bo’yoqlar moylar, mikroorganizimlar (viruslar va xlor rezistent organizmlar shu jumladan).Anorganik molekulalar azot oksidi NOx va simobni ham destruksiyalash mumkin.
Fotokatalizatolarning bir necha tipi mavjud bo’lib, ulardan eng keng tarqalgani titan dioksididir Oddiy katalizator TiO2 ga nisbatan nanozarrachalar kattaroq aktivlikka ega. Chunki ularning solishtirma sirti yirik zarrachalarga nisbatan kattaroq. Suvda erkin nanozarrachalarning ishtirokini bartaraf
etish uchun TiO2 ning nanozarrachalarini yupqa metall plyonka yoki boshqa metallarning sirtiga biriktiriladi.
Ammo malumki nanozarrachalar yashash vaqtini ularning aglomersiyasiga qadar sozlash mumkin.
Bu esa hosil bo’lgan yirik zarrachalarni suv yoki xavodan biror vaqtga olib tashlash imkoniyatini yaratadi. Bunday yo’l tutish kalloid nanofotokatalizatorlar vositasida suv tutish yoki xavoda gomogen taqsimlangan katalizatorlar effektivligini oshiradi. Metodning organik birikmalar va bakteriyalarning nanofotokatalizatorlar (NRS) yordamida destruksiyalashga asoslangan. Bu nanofotokatalizatorlar ultrabinafsha nurlanish natijasida suv malekulalarini ishtirokida ON radikallarini xosil qiladi. Bu radikallar organik moddalar va bakteriyalarni parchalaydi. Bu radikallar organik moddalar va bakteriyalarni parchalaydi. Fotokatalik reaksiyalar quyidagilar:
NRS + hv -> NRS + e-sb +h+vb (3.2.1)
h+vb + OH- (gidrooksid) -> OH (3.2.2)
h+vb +H2 O -> OH +H (3.2.3)
(3.2.4)
(3.2.5)
Bu yerda hv- yoruglik energiya kvanti h+vb – valent zona teshiklarei e-sb – o’tkazuvchanzonasi elektronlari ma’lumki suv va O2 ishtirokida hosil bo’luvchi aktiv O2 va radikallar oksidlanish- qaytarilish reaksiyalarida ishtirok etadi va orgnik molekulalar va bakteriyalar yo’qotadi.
Nonofotokatalizatorlarga quyidagi talablar qo’yiladi:
-ular xavfsiz bo’lishi;
-ularning suvdagi konsentrasiyasi chegaraviy qiymatidan past bo’lishi;
-nonozarrachalar biror vaqtda aglomeryatlarni hosil qilishi koagulyatsiyalanishi va yo’nalishi, ya’ni oddiy yirik zarrachalarga aylanishi lozim.
Fotokatalizatorlar sifatida azotga metallarning turli birikmalari ishlatiladi. Bu birikmalar yarim o’tkazgich xususiyatiga ega bo’lishi kerak.
- Ulardan eng keng tarqalgan TiO2 odatda nanofotokatalizatorlar tashuvchilarga suriladi.
- Ularning o’lchamlari 1mkm dan katta.
Katta yuza va sirtlarda xarajati katta bo`lganligi uchun ular ishlatilmaydi. Shu sababli yuqoridagi talablarga to’la javob beruvchi tipdagi nonofotokatalizatorlarni ishlab chiqarish zarurati mavjud.
Ma’lumki nonokompozitlar o’zida 2 yoki undan ortiq materiallarning xususiyatlarini o’zida jamlagan bo’ladi va yangi mexanik, fizik va kimyoviy xususiyatlarga ega.
Konyugirlangan materiallarning va metallar nonokompozitorlari, nonozarrachalari turli metall polimer molekulalaridan sintezlanadi.
Nonokompozitorlarning boshqa tipi uglerod nonozarrachalari birikmalari va polimer molekulalariga asoslangan. Masalan: elektrokimyoviy usul vositasida olingan nonouglerod kolloidlari o’zining sirtida korbonil gidroksil va korboksil funksional gruppalarga ega. Bunday nonozarrachalar ularga turli ionlar va molekulalar bilan reaksiyaga kirishishi va nonozarrachalarning modifikatsiyasida ishtirok etishi mumkin. Masalan: nonouglerod nonokompoziti- polimer (NC MC) ni nonofotokatolizator sifatida ishlatishga asoslangan.
Maqsadi: nonouglerod metell oksidi asosidagi nonofotokatalizator va ularning tayyorlanish usullarini o’rganish.
-
havo, suv tuproqning nonofotokatalizatorlar yordamida tozalashning ma’lum usullari o’rganiladi.
-
bu usulning boshqa usullardan afzalligi (oddiy katalizatorlar yoki filtrlardan farqi) o’rganiladi.
-
elektrokimyoviy usulda olingan nonofotokotolizatorlarning fizik xarakterstikasini o’rganish.
4. Metall sifatida NCMC (Ti) Titanli nanofotokatalizator metall oksidi nanokompozitlar asosida elektrokimyoviy usul yordamida olingan.
Jarayoni ikki elektrodli asbobni ishlatishga asoslangan bo’lib unda bitta elektrod yuqori zichlikli OEG4 (Rossiya) izotrop grafitdan ikkinchisi titan plastinkadan iborat. Elektrodlar elektroliz sifatida H2 SO4 (sulfat kislota ) foydalanilgan plastik yacheykaga solingan. Asbobning ishi ikkita takrorlanuvchi operasiyalardan iborat:
1) 2-10 minut oralig’idagidagi elektroliz. Bunda Ti - elekt anod hisoblanadi.
2) 2-5 minut oralig’idagi elektroliz. Bund uglerodli elektrod anod hisoblanadi.
Nanokompozitlarning o’lchamlari va shakllari shaffof elektron mikraskop vositasida aniqlangan (TEM) (LEO-912-OMEGA, Carl Jeiss, Germany). Eritmalarda Ti ning konsentryasiyasini neytron aktivligi evaziga analiz vositasida namunalarni O’zFA Yadro fizikasi institutida atom reaktorida nurlantirish vositasida aniqlangan (Toshkent, O’zbekiston).
Nanozarrachalarning fotokatalitik aktivligini aniqlash maqsadida metilen zarg’aldoq va metilen moviy (MeB) ning ultrabinafsha nurlash ta’sirida NCMC (Ti) kalloid eritmalarda fotokatalitik oksidlanish jarayoni tadbiq etildi. 150 ml MeO va MeB eritmalarni Petri chashkasiga solinadi. Eritma sirtidan 25sm masofa quvvati 60 Vt bo’lgan ultrabinafsha lampa (DB-60, Rossiya) o’rnatiladi va u ultrabinafsha nurlanish manbai sifatida foydaliniladi 220 nm dan 320 nm gacha intervalda 1 Vt/m2 nurlanish quvvati ta’minlangan. Eritmalarda MeO va MeB/g konsentrasiyalari kiselon lampasi Caru 50 UV - Vis spektrofotometrlari yordamida aniqlandi.
Bakteriyalar bilan tajribalar E.C0li (272) yordamida 18 -36 0S tempiratura intervalida o’tkazildi.
PCB sifatida transiformator yog’i ishlatildi. Tajribalar ko’rsatdiki elektroliz jarayonida NCMC (Ti) ning chiqishi elektrodlar orasidagi kuchlanish V va eritmaning PH iga bog’liq.
3.2.1 –chizma. Elektroliz jarayonining 6 minut o’tganidan so’ng dCTi /dt titanning chiqishi elektrodlar orasidagi kuchlanish 12 -13 Vgacha oshishi va sekin – asta kamayadi.
3.2.1 –chizmadan ko’rinadiki elektroliz jarayonining 6 minut o’tganidan so’ng dCTi /dt titanning chiqishi elektrodlar orasidagi kuchlanish 12 -13 Vgacha oshishi va sekin – asta kamayadi. Bu yerda CTi - Ti ning elektrolitdagi konsentrasiyasi. Girafikning bunday ko’rinishi Ti elektrod sifatida 3 valentli titanning hosil bo’lishi bilan tushuntiriladi elektrod ko’k rangga bo’yaladi. 3.2.1 chizma dCTi / d lar ning eritmada H2 SO4 konsentratsiyasining elektroliz jarayoni boshlanganida 6 minutdan so’ng , bog’lanishini ifodalaydi. Elektrolidning Pi neytral qiymatga yaqinlashgandan so’ng Ti - elektrod sirtida 3 valentli titan hosil bo’ladi.
3.2.2-chizma. Elektrolitik jarayonning 1- stadidiyasida ya’ni titanli elektrod anod bo’lgan paytda elektrodlar orasidagi elektr toki 3-4 mA/sm2 ga teng Qutblarni o’zgartirgandan so’ng 2- stadiyada 0,1 – 0,2 sekund oralig’ida elektr toki 180 - 200 MA/sm2 gacha ko’tariladi.
Elektrolitik jarayonning 1- stadidiyasida ya’ni titanli elektrod anod bo’lgan paytda elektrodlar orasidagi elektr toki 3-4 mA/sm2 ga teng Qutblarni o’zgartirgandan so’ng 2- stadiyada 0,1 – 0,2 sekund oralig’ida elektr toki 180 - 200 MA/sm2 gacha ko’tariladi. Birinchi stakandan davomida titan elektrodda kislarod ajralib chiqadi va uning sirtida titan oksidlari va sulfatlari hosil bo’ladi. Elektrolitda ajralib chiqqan titan ionlari elektrod sirtiga yaqin nuqtada kislorod bilan oksidlanadi yoki nanozarrachalar sirtida karboksil guruhlarga ega bo’lgan NCC bilan o’zaro ta’sirlashadi. Titan elektrod sirtida shakillantirish yupqa yarim o’tkazgichli qatlam katta qarshilikka ega va elektrodlar orasidagi elektr toki kichik bo’lib taxminan 3 -4 mA/m2 xuddi shu paytda manfiy zaryadlangan uglerod nanazarrachalari, grafit katoddan uzoqlashadi va uglerod Elektrodning sirtida karbonil (>C=0),gidro oksil (-OH) va karbooksil (CooH) guruhlar shakllanadi.
2 – stadiyada uglerod anodda oksidlanish jarayonlari kechadi Grafid qatlamlari orasidagi itarilishish kuchlari miqdori ular orasidagi Van-der-Vaals tortishish kuchlari katta bo’lib, qutblar o’zgartirilsa uglerod nanozarracha shakillanishi uchun shart-sharoit yaratiladi. Titan katod sirti oksidlardan tozalanadi va eelektrodlar orasidagi elektr toki 180-200 mA/m2 gacha oshadi. Titan ionlari va titan oksidlari zaryadlangan zarrachalari uglerod nanozarrachalari bilan o’zaro ta’sirlashadi va NCMC (Ti) larni shakllanadi. Zarrachalar sirtida adsorblashgan kislorod Ti (OH)-O- Ti(OH)- ni shakllantiradi. U o’z navbatida fotogenerasiyalashgan teshiklar vositasida OH –radikallarni hosil qiladi. NCMC(Ti) ning chizmai
| 