CC BY
15
396 CHEMICAL PROBLEMS 2020 no. 3 (18) ISSN 2221-8688
O
UOT 504.5-03, 502.51
MAQNETÍK KATALÍZATORLAR SOTHÍNDO ORANGE II ÜZVÍ BOYANIN HÍDROGEN PEROKSÍDLO PARCALANMASINA MÜHÍTÍN pH-nin TOSÍRÍ
E.M. Abdullayeva
Baki Dövldt Universiteti, AZ1148, Z. Xdlilov küg. 23, Baki, Azdrbaycan, e-mail: [email protected]
Daxil olub 21.05.2020 Qapa qdbul edilib 18.09.2020
Tdqdim edildn i^dd müxtdlif maqnetik nanokatalizatorlardan istifadd eddrdk su mühitindd Orange II üzvi boyanin pargalanmasi tddqiq edilmi^dir. Müdyydn olunmu^dur ki, otaq temperaturunda pH-in müxtdlif qiymdtldrindd nanokatalizatorlarin sdthindd boya madddni gevrilmd ddrdcdsi 60-70 %-d tdqkil edir. Mühitin pH-nin qiymdti artdiqca (ddddi qiymdtcd) pargalanma prosesi sürdtldnir. Pargalanma prosesi eyni zamanda spinli ferrit dsasli nanohissdcikldrin pay nisbdtinddn dd asili olaraq 10-15%-d qdddr artir. Agar sózldr: boyaq madddldri, pargalanma, nanomaqnetik katalizator, mühitin pH-i DOI: 10.32737/2221-8688-2020-3-396-402
Giri§
Müasir dünyamizda ahalinin süratli artimi, geyim va qida sanayesinda da süratli artima sabab olmu§dur. Bu sanaye sahalarinda geni§ istifada olunan boyaq maddalarinin intensiv artimi, axar va durgun sularda, transsarhad 9ay sularinda kanserogen maddalarin qatiliginin yüksak daracada artmasini süratlandirmi§, atraf mühitin qorunmasi probleminda 9irklanma risklarini yüksaltmi§, §irin su hövzalari ü9ün böyük problemlar yaratmi§dir. Dünyada har il külli miqdarda hazirlanan yeni növ boyalar tekstil, kosmetik, kagiz, dari, acza9iliq, qida va digar sanaye sahalarinda geni§ tatbiq olunur. istehsal va tatbiq zamani itkiya gedan boyalar suda, torpaqda va havada 9ox ciddi ekoloji problemlar yaradir [1-6].
Boyaq maddalari ila 9irklanma takca mutagen effektlar yaratmir, onlar ham da su sistemlarinda güna§ §üalarinin fotosintetik udulmasini angallayir va naticada su ekosistemlarinin dagilmasina sabab olur. Üzvi boyalarin atraf mühita yayilmasinin qar§isini almaq ü9ün müxtalif üsullar va metodlar i§lanib
hazirlanmi§dir. Bunlardan an samaralisi onlarin deqradasiya edilmasidir [1, 2].
Üzvi boyalarin par9alanmasini tamin edan, daha yüksak iqtisadi va ekoloji göstaricisi olan, yeni tip nano öl9ülü spinli ferrit birla§mali katalizatorlarin sintezi mühüm ahamiyyat kasb edir. Maqnit xassali katalizatorlarin asan ayrilmasi onlardan takrar istifadanin mümkünlüyünü asanla§dirir [5, 6].
Optik, fiziki, kimyavi va maqnit xarakteristikalarina göra nanohissaciklar geni§ tatbiq sahalarina malikdir. Bu tatbiq sahalarina kataliz, informasiyalarin maqnit yazili§i, optoelektron materiallarin alinmasi, maqnit mayelarin, kompozit materiallarin, yanacaq elementlarinin, sensorlarin, darmanlarin, piqmentlarin va qeydedicilarin yaradilmasini aid etmak olar [7-9].
I§in maqsadi müxtalif maqnetik nanohissaciklardan (spinli ferritlar) istifada etmakla, praktikada üzvi boyalarin deqradasiyasinin müxtalif §araitda tatbiqi imkanlarinin ara§dirilmasindan ibaratdir.
CHEMICAL PROBLEMS 2020 no. 3 (18)
www.chemprob.org
Eksperimental hissa
Tacrübalarda boya maddasi qisminda 350,324 va kimyavi qurulu§u §skil 1-da Orange II natrium duzundan - Ci6HiiN2NaÜ4S góstarilmi§dir. istifada olunmu§dur ki, onun da molekul kütlasi
§akil 1. Orange II boya maddasinin kimyavi qurulu§u Ci6HiiN2NaÜ4S (benzenesulfonic acid, 4-[2-(2-hy-droxy-1-naphthalenyl)diazenyl]- sodium salt (1:1)
Orange II üzvi boyanin par9alanmasi laboratoriya §araitinda müxtalif qatiliqli nanomaqnetik markazli katalizatorlar sathinda aparilmi§dir. Par9alanma prosesi mühitin ApH-ni 3^11 intervalinda dayi§makla, ayri-ayriliqda alti katalizator üzarinda aparilmi§ va boyaq maddasinin qatiliginin dayi§masini UB Cary-50 (Varian) ^=200^800 nm spektrofotmetrinda onun udma spektrlari (^= 486 nm) asasinda tayin olunmu§dur.
Mühitin pH-ni tanzimlamak ü9ün 97%-li CH3COOH + 28%-li NH4OH qari§igindan istifada olunmu§dur. Hazirlanmi§ qari§iqdan lazimi miqdar gótürmakla, 1 litr suda hall edilir va ApH=3-11 intervali tanzimlanir Boya maddasindan 0.035 q gótürülür va 100 ml distilla suyunda hall edilir. Sonra 10 müxtalif kolbaya alinan mahluldan 0.5 ml, har birinin üzarina isa 1mq katalizator va 0.1 ml H2O2 alava edilarak, müxtalif zaman intervalinda par9alanan boya maddasinin miqdari müayyan
Naticalar va
edilir. Oksidla§dirici olaraq hidrogen-peroksiddan istifada olunmasi, mühita ekoloji tasirla §artlandirilmi§dir. Bela ki, hidrogen-peroksidin par9alanmasindan alinan son mahsul su va oksigendir. Par9alanan boya maddasinin miqdari analizi spektrofotometrda A r =0^24 saat intervalinda spektrlar 9akilmakla óyranilmi§dir. Katalizator kimi asasan maqnetik nanohissaciklar va onlarin digar nanohissaciklarla kompozitlarindan istifada edilmi§dir. Orange II -nin deqradasiyasi ü9ün funksionalla§dirilmi§ nano Fe (Kat-1), MWCNT + 10% nano Fe3O4 (Kat-2), MWCNT + 30% nano Fe3O4 (Kat-3), §oliz ferrit + TiO2 (Kat-4), nano TiO2+ 1% maqnetik Fe3O4 (Kat-5) va nano TiO2+ 10% maqnetik FesO4 (Kat-6) katalizatorlari gótürülmü§dür. Bu nano katalizatorlar Portuqaliyanin Lissabon Universitetinin "Qurulu§ kimyasi" elmi-tadqiqat markazinda sintez edilmi§dir.
onlarin müzakirasi
Tacrübalarda asasan Fe va onun oksidi olan Fe3O4 nanohissaciklari va onlarin MWCNT, TiO2 nanohissaciklari ila kompozitlarindan istifada edilmi§dir. Bu nanohissaciklardan 6 variantda (Kat1-Kat 6) katalitik xassaya malik yeni nóv maqnetik katalizatorlar hazirlanaraq, boya maddasinin par9alanmasinda istifada edilmi§dir. Boya maddasinin ilkin qatiliginin azalmasi UB udma spektrlarinin intensivliyinin dayi§masi ila müayyan edilir. Bütün variantlarda aparilmi§ prosesin sonunda boya maddasinin udma spektri 9akilmi§ va ona uygun boya maddasinin
9evrilma daracasi hesablanmi§dir. §akil 2-da mühitin pH=7 qiymatinda Orange II boya maddasinin A^=200^800 nm oblastinda 1 saatdan sonra 9akilmi§ UB udma spektrlarinin müqayisasi verilmi§dir.
§akil 2-dan góründüyü kimi, UB udma spektrinda X= 486 nm-a uygun galan pik boya maddasina maxsusdur ki, bu pikin amplitudasi mahlulun qatiliginin dayi§masini ifada edir, onun qiymati ila par9alanma reaksiyasinin effektivliyi va ona tasir edan amillar tadqiq edilir.
300 400 600 600 700 800 Wavefength (nm)
§akil 2. Orange II boya maddasinin katalizatorsuz (K0) va katalitik par9alanmasindan sonra (K1)
UB udma spektrlari. pH=7, reaksiya müddati 1 saat.
Boya maddalarinin katalitik
par9alanmasina tasir edan mühüm amillardan biri da mühitin pH-i oldugundan, bütün tadqiqatlar ilkin kontrolla müqayisali §akilda aparilmi§dir. Orange II boya maddasinin pH-in
müxtalif qiymatlarinda, funksionalla§dirilmi§ katalizatorlar sathinda 9evrilma daracasinin (N/No) kinetikasi müqayisali §akilda cadvalda verilmi§dir.
Cadval. Mühitin pH-nin müxtalif qiymatlarinda Orange II boya maddasinin funksionalla§dirilmi§ katalizatorlar sathinda 9evrilma daracasinin reaksiya müddatindan asliligi
№ Mühitin pH-i Reaksiya müddati, saat
0 0,5 1 3 5 24
Mühit-katalizatorsuz 3 1.00 1.00 0.81 0.94 0.79 0.76
5 1.00 0.73 0.77 1.05 0.73 0.77
7 1.00 0.78 0.82 0.69 0.73 0.67
9 1.00 0.83 0.82 0.78 0.79 0.75
11 1.00 0.66 0.57 0.53 0.50 0.50
Mühit +Kat 1 3 1.00 0.90 0.89 0.87 0.84 0.76
5 1.00 0.89 0.84 0.95 0.85 0.83
7 1.00 0.66 0.63 0.63 0.65 0.67
9 1.00 0.84 0.84 0.78 0.75 0.76
11 1.00 0.54 0.57 0.95 0.52 0.58
Mühit +Kat2 3 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 0.99
5 1.00 0.69 0.66 0.68 0.70 0.66
7 1.00 0.82 0.87 0.72 0.77 0.70
9 1.00 0.37 0.35 0.30 0.28 0.29
11 1.00 0.69 0.60 0.56 0.53 0.53
Mühit +Kat3 3 1.00 1.00 1.00 0.94 0.80 0.96
5 1.00 0.75 0.72 0.44 0.35 0.50
7 1.00 0.93 0.64 0.72 0.57 0.74
9 1.00 0.62 0.36 0.33 0.30 0.47
11 1.00 0.94 0.65 0.62 0.48 0.37
Mühit +Kat4 3 1.00 1.00 0.87 1.00 1.00 0.97
5 1.00 0.96 0.94 0.95 1.05 0.93
7 1.00 0.70 0.69 0.66 0.79 0.61
9 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 0.95
11 1.00 0.55 0.53 0.46 0.44 0.40
Mühit +Kat5 3 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 0.93
5 1.00 0.69 0.70 0.69 0.69 0.64
7 1.00 0.92 0.91 0.91 0.83 0.72
9 1.00 0.85 0.85 0.80 0.79 0.65
11 1.00 0.58 0.56 0.46 0.42 0.18
Mühit +Kat6 3 1.00 0.62 0.62 0.60 0.59 0.48
5 1.00 0.77 0.81 0.80 0.78 0.82
7 1.00 0.82 0.87 0.72 0.77 0.70
9 1.00 0.88 0.87 0.82 0.84 0.79
11 1.00 0.59 0.53 0.43 0.37 0.34
Alinmi§ naticalarin müqayisasindan malum olur ki, pH-in müxtalif qiymatlarinda par9alanma daracasi (^=1-(N/No) reaksiya müddatindan asili olaraq azalir. Bütün tadqiq olunan sistemlar ü9ün pH-in 3 va 11 qiymatlarinda 9evrilma daracasini müqayisa etsak bela bir naticani almaq olur: katalizatorsuz mühitda pH = 3 qiymatinda 9evrilma daracasi 0.24, pH=11 qiymatinda isa 0.25 oldugu halda, sistema katalizatorun alava edilmasila naticalar dayi§ir. Kat1 i§tirakinda 9evrilma daracasi 0.24 - 0.42, kat2 i§tirakinda pH=3 qiymatinda dayi§iklik mü§ahida olunmur, pH=11 qiymatinda 0.47, kat3 i§tirakinda pH=3 qiymatinda nisbi dayi§iklik, pH=11 qiymatinda 0.53, kat4 i§tirakinda pH=3 qiymatinda nisbi dayi§iklik, pH=11 qiymatinda 0.60, kat5 i§tirakinda pH=3 qiymatinda nisbi dayi§iklik, pH=11 qiymatinda 0.89 va kat6 i§tirakinda pH=3 qiymatinda 0.52, pH=11 qiymatinda 0.66 pay hesabi ila par9alanma ba§ vermi§dir. Tadqiq olunan nanokatalizatorlarin har biri ü9ün müayyan edilmi§dir ki, pH-in qiymati dayi§dikca par9alanma daracasi, katalizatorlarin novündan va reaksiya müddatindan asili olaraq müxtalif cür dayi§ir.
Tadqiq edilan bütün nov katalizatorlar üzarinda par9alanma proseslarini müqayisa etmakla, bela bir ümumi naticaya galmak olar ki, bu tip katalizatorlar üzarinda proses asasan qalavi mühitda daha süratla ba§ verir.
Digar tarafdan, boya maddasinin adsorbsiya xarakteristikasi va eyni zamanda maqnetik katalizatorlarin sathinin xassasi da pH-dan asili olaraq dayi§a bilar [5]. Hidrogen-peroksidin i§tiraki ila ba§ veran reaksiyalarda maqnetik katalizatorlarin, masalan, funksionalla§dirilmi§ Fe maqnetik
katalizatorunun sathinda (Kat-1) hidroksid ionlari ila müsbat yüklarin reaksiyasi zamani hidroksil radikallar amala gala bilar. pH-in a§agi qiymatlarinda katalizatorun sathinda olan müsbat yüklar oksidla§dirici kimi 9ixi§ edir. Omala galan hidroksil radikallari isa neytral va ya yüksak pH qiymatlarinda üstünlük ta§kil edirlar. Qalavi mühitda hidroksil ionlarinin oksidla§masi ila OH* radikallari asan generasiya olunur va prosesin effektivliyi yüksalir [13]. Bazi fikirlar var ki, boya maddalari pH-dan asili olaraq elektriklana bilarlar va digar naticalara asasan isa elektriklanmanin pH-in dayi§masi ila he9 bir alaqasi olmaya da bilar [3, 4].
Par9alanma proseslari zamani molekullar katalizatorlarin sathina adsorbsiya olunur ki, bu da onlarin sathinin elektron konfiqurasiyasini dayi§a bilar. Naticada fotokatalitik par9alanmalar zamani modifikasiya olunmami§ TiO2 sathina adsorbsiya kation asasli boyalarda, anion asasli boyalara nisbatan daha yüksak olur [4, 9-13]. Odur ki, boya maddalarinin tabiati va pH-in qiymati onlarin par9alanmasinda mühüm rol oynayir. Malumdur ki, az qisim boyalar pH-
in a§agi qiymatlarinda (pH < 6,8) müsbat, yuxari qiymatlarinda isa manfi yüklanir va bu da boyaqlarin katalizator sathina adsorbsiyasina ciddi tasir edir. Naticalar göstarir ki, har §eydan avval müxtalif boyaq maddalarinin kimyavi tabiatini düzgün müayyan etmak va onlarin parçalanmasi ü9ün pH-in qiymatini düzgün seçmak lazimdir. Apardigimiz tadqiqatlardan alda etdiyimiz naticalarin müqayisasindan aydin görünür ki, pH-in a§agi qiymatlarinda katalizatorlardan funksionalla§dirilmi§ nano Fe (Kat-1) va funksionalla§dirilmi§ §oliz ferrit + TiÜ2 (Kat-4) yüksak deqradasiya aktivliyina malikdir. pH-in yüksak qiymatlarinda isa nano TiÜ2+ 1% maqnetik Fe3Ü4 (Kat-5), nano TiÜ2+ 10% maqnetik Fe3Ü4 (Kat-6),
funksionalla§dirilmi§ nano Fe (Kat-1) katalizatorlari daha yüksak aktivlik göstarirlar.
Damir tarkibli katalizator tur§ mühitda Orange II boyaq maddasini daha effektiv parçalayir, bu onunla alaqadar ola bilar ki, H+ ionlari onun sathina daha yax§i adsorbsiya olunmaqla, parçalanmaya kömak edir. Ona göra da, mühitin pH-i parçalanma reaksiyalarinin mexanizmina uygun olaraq
rasionallaçdinlmalidir. Boya maddalarinin parçalanmasina pH-in 3 mümkün tasiri ola bilar: 1- hidroksil radikallarinin birbaça tasiri, 2-katalizatorun sathinda müsbat yüklarin olmasi va 3-nanokatalizatorlarin sathindan ayrilan elektronlarla reduksiya [14-15].
Natica
Aparilmi§ tadqiqatlarin naticasi olaraq müayyaii. edilmiçdir ki, otaq temperaturunda maqnetik nanokatalizatorlarin sathinda Ürange II boya maddasinin süratla parçalanma prosesi ba§ verir va mühitin pH-nin qiymati artdiqca, parçalanma prosesi süratlanir, an yüksan çevrilma daracasi 50-60% taçkil edir.
Boya maddasinin parçalanmasinin pH-dan va zamandan müqayisali asililiqlari göstarir ki, pH ila barabar, istifada olunan katalizatorlarin tarkibinda spinli ferrit asasli nanohissaciklarin pay miqdari ardiqca çevrilma daracasi 10-15% artir.
9dabiyyat
1. Abdullah A. Al-Kahtani Manal F. Abou Taleb Photocatalytic degradation of Maxilon C.I. basicdyeusing CS/CoFe2O4/GONCs as a heterogeneous photo-Fenton catalyst prepared by gamma irradiation. Journal of Hazardous Materials. 2016, vol. 309, pp. 10-19.
2. Afsaneh Safavi, Safieh Momeni. Highly efficient degradation of azo dyes by palladium/hydroxyapatite/Fe3O4 nanocatalyst. Journal of Hazardous Materials. 2012, vol. 201-202, pp.125-131.
3. Baran W., Makowski A., and Wardas W. The effect of UV radiation absorption of cationic and anionic dye solutions on their photocatalytic degradation in the presence of TiO2. Dyesend Pigments. 2008, 76, pp. 226-230.
4. Baran W., Makowski A. and Wardas W. The influence of FeCl3 on the photocatalytic degradation of dissolved azo
dyes in aqueous TiO2 suspensions. Chemosphere. 2003, vol. 53, pp. 87-95.
5. Bahnemann D.W., Cunningham J., Fox M.A., Pelizzetti E., Pichat P., and Serpone N. in: R.G. Zepp, G.R. Heltz, D. G. Crosby (Eds.). Aquatic Surface Photochemistry, Lewis Publishers, Boca Raton, 1994, p. 261.
6. Harikumar PS, Litty Josephand Dhanya A. Photocatalytic degradation of textile dyes byhydrogel supported titanium dioxide nanoparticles. Journal of Environmental Engineering & Ecological Science. 2013, pp. 1-9.
7. Klaus Hunger; Peter Mischke; Wolfgang Rieper; Roderich Raue; Klaus Kunde; Aloys Engel (2005). "Azo Dyes". Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Weinheim: Wiley-VCH. doi:10.1002/14356007.a03_245)
8. Nasser Dalali, Mahboobe Khoramnezhad, Mina Habibizadehand Mohammad Faraji.
Magnetic Removal of Acidic Dyes from Waste Waters Using Surfactant- Coated Magnetite Nanoparticles: Optimization of Process by Taguchi Method. 2011 International Conference on Environmental and Agriculture Engineering IPCBEE vol.15 (2011.) pp.87-93.
9. Naeim Ezzatahmadi, Teng Bao, Hongmei Liu, Graeme J. Millar, Godwin A. Ayoko, Jianxi Zhu, Runliang Zhu, Xiaoliang Liang, Hongping Hee and Yunfei Xi. Catalytic degradation of Orange II in aqueous solution using diatomite-supported bimetallic Fe/ Ni nanoparticles. RSC Adv., 2018, 8, pp. 7687-7696.
10. Olga Sacco, Marco Stoller, Vincenzo, Vaiano, Paolo Ciambelli, Angelo Chianese, and Diana Sannino, Photocatalytic degradation of organic dyes under visible light on N-doped TiO2 photocatalysts. International Journal of Photoenergy, 2012, pp.1-8.
11. Saraschandra Naraginti, Finian Bernard Stephen, Adhithya Radhakrishnan A. Sivakumar Zirconium and silverco-doped TiO2 nanoparticles as visible light catalyst
for reduction of 4-nitrophenol, degradation of methyl orange and methyleneblue. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy. 2015, vol. 135, pp. 814-819.
12. Saber Ahmed, Rasul M.G., Wayde Martens, Richard Brown and Hashib M.A. Advances in Heterogeneous photocatalytic degradation of phenols and Dyes in wastewater: A reivew. Water, Air Soil Pollutant. 2011, vol. 215, pp.3-29.
13. S. Tunesi, and M. Anderson, Influence of chemisorption on the photodecomposition of salicylic acid and related compounds using suspended titania ceramic membranes, J. Phys. Chem. 1991, vol. 95, pp. 3399-3405.
14. Wei Wang,Yilin Cheng,Tao Kong, Guosheng Cheng. Iron nanoparticles decoration on to three-dimensional graphene for rapid and efficient degradation of azodye. Journal of Hazardous Materials. 2015, vol. 299, pp. 50-58.
15. https://en.wikipedia.org/wiki/Industrial d ye_degradation
THE INFLUENCE OF pH MEDIUM ON DECOMPOSITION OF ORGANIC DYE ORANGE II BY HYDROGEN PEROXIDE ON THE SURFACE OF MAGNETIC
CATALYSTS
E.M. Abdullayeva
Baku State University, AZ1148, Z. Khalilov str. 23, Baku, Azerbaijan, e-mail: [email protected]
The decomposition of organic dye Orange II in aqueous medium in the presence of various magnetic nanocatalysts was analyzed. It found that the decomposition of organic dye takes place on the surface of nanocatalysts at room temperature at different pH values. The decomposition process is accelerated in alkaline conditions to increase up to 60-70%. The rate of decomposition increases by 10-15% depending on the quantity of ferrite-based spinal nanoparticles in catalyst. Keywords: dye compounds, decomposition, nanomagnetic catalyst, pH of medium
ВЛИЯНИЕ рН СРЕДЫ НА РАЗЛОЖЕНИЕ ОРГАНИЧЕСКОГО КРАСИТЕЛЯ ORANGE II ПЕРЕКИСЬЮ ВОДОРОДА НА ПОВЕРХНОСТИ МАГНИТНЫХ
КАТАЛИЗАТОРОВ
Э.М. Абдуллаева
Бакинский Государственный Университет,ти AZ1148, ул. З. Халилова. 23, Баку, Азербайджан e-mail:[email protected]
Исследовано разложение органического красителя Orange II в водной среде в присутствии различных магнитных нанокатализаторов. Установлено, что при комнатной температуре при различных pH среды на поверхности нано-катализаторов происходит разложение органического красителя. В щелочной среде процесс разложения ускоряется и достигает 6070%. В то же время степень разложения увеличивается на 10-15 % в зависимости от количества в катализаторе спиновых нано-частиц на основе ферритов. Ключевые слова: органические красители, разложение, магнитные катализаторы, pH среды
