دانلود ترجمه مقاله نانوذرات CuO تثبیت شده بر روی خاک رس: سنتز و تعیین ویژگی ها

1. مقدمه 2. بخش تجربی 3. نتایج و بحث و بررسی 4. نتیجه‌گیری

چکیده – نانومواد با تخلخل بالا که بر روی بستر خاک‌رس قرار می‌گیرند، پتانسیل بالایی برای پیشرفت در حوزه کاتالیز دارند. در این مطالعه، ما یک نانوکامپوزیت اکسید مس تثبیت‌شده بر روی خاک‌رس (CuO NCPs) را با استفاده از روش هم‌رسوبی سنتز کردیم که به‌طور اختصاصی برای رنگ‌زدایی فوتوکاتالیستی رنگ مالاکیت گرین (MG) طراحی شده است. نانوذرات اکسید مس (CuO NPs (1)) و نانوکامپوزیت‌های CuO تثبیت‌شده روی خاک‌رس (2) با استفاده از تکنیک‌های UV-Vis، FTIR، XRD، BET و SEM-EDX به منظور بررسی خواص نوری، ساختار مولکولی، ساختار کریستالی، مساحت سطح و توزیع اندازه حفرات، مورفولوژی سطح و ترکیب عناصر مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج کمی کلیدی عبارتند از: میانگین اندازه کریستالیت‌ها با استفاده از XRD برابر با 11.73 nm (برای CuO NPs) و 11.97 nm (برای CuO NCPs)؛ و انرژی شکاف باند تقریبی به ترتیب برابر با 2.16 eV و 2.07 eV به‌دست آمد. نانوکامپوزیت‌های CuO تثبیت‌شده روی خاک‌رس (2) به میزان 1.4% ± 89.67 رنگ‌زدایی دست یافتند، در حالی که این مقدار برای نانوذرات CuO بدون بستر (1) در شرایط یکسان، 1.8% ± 82.96 بود که پس از 180 min تابش تحت یک لامپ تنگستن 200 W، بهبودی اندک اما از نظر آماری معنادار (p = 0.012) را نشان داد. جذب سطحی در طول تعادل‌رسانی در تاریکی به ترتیب 9.8% و 11.3% از کل حذف را شامل شد که تأیید می‌کند فرآیندهای فتوشیمیایی غالب هستند. ما در اینجا رنگ‌زدایی (از دست رفتن کروموفور) را گزارش می‌کنیم و نه معدنی‌سازی کامل؛ آنالیز TOC انجام نشده است. خاک‌رس اسمکتیت خام، مساحت سطح BET متوسطی برابر با 73.67 m2/g با حجم کل حفره 0.156 cc/g و میانگین قطر حفره 8.47 nm را نشان می‌دهد که مشخصه آلومینوسیلیکات‌های لایه‌ای 2:1 مزوپور با فضاهای خالی بین‌لایه‌ای و بین‌ذره‌ای است. پس از سنتز نانوذرات CuO بدون بستر (1)، کاهش قابل توجهی در مساحت سطح به 27.05 m2/g مشاهده شد که با کاهش حجم حفره به 0.094 cc/g و افزایش میانگین قطر حفره به 13.90 nm همراه بود. به طور قابل توجهی، نانوکامپوزیت‌های CuO تثبیت‌شده روی خاک‌رس (2) در مقایسه با CuO بدون بستر، مساحت سطح به مراتب بالاتر 36.14 m2/g و حجم حفره 0.132 cc/g را بازیابی کردند، در حالی که میانگین قطر حفره بزرگ 14.61 nm را حفظ نمودند. ما نبود مطالعات قابلیت استفاده مجدد و تست‌های به دام اندازنده (scavenger) را به عنوان محدودیت‌های این مطالعه می‌پذیریم. به طور کلی، مواد کامپوزیتی که جذب سطحی و فوتوکاتالیز را ترکیب می‌کنند، ویژگی‌های نویدبخشی برای حذف رنگ‌های خطرناک از پساب نشان می‌دهند، زیرا بستر خاک‌رس باعث بهبود پراکندگی نانوذرات CuO و افزایش مساحت سطح در دسترس می‌شود. با این حال، پیش از کاربرد صنعتی، بهینه‌سازی‌های بیشتر، مطالعات معدنی‌سازی (TOC/COD) و بررسی‌های مکانیسمی مورد نیاز است.

Highly porous, clay-supported nanomaterials have great potential to advance catalysis. In this study, we synthesized a clay-supported copper oxide nanocomposite (CuO NCPs) using the co-precipitation method, specifically designed for the photocatalytic decolorization of malachite green dye (MG). The copper oxide nanoparticles (CuO NPs (1)) and clay-supported CuO NCPs (2) were characterized using UV-Vis, FTIR, XRD, BET, and SEM-EDX to investigate optical properties, molecular structure, crystal structure, surface area and pore size distribution, surface morphology, and elemental composition. Key quantitative results include: average crystallite sizes of 11.73 nm (CuO NPs) and 11.97 nm (CuO NCPs) by XRD; approximate band gap energies of 2.16 eV and 2.07 eV, respectively. The clay-supported CuO NCPs (2) achieved 89.67 ± 1.4% decolorization compared to 82.96 ± 1.8% for unsupported CuO NPs (1) under identical conditions, a modest but statistically significant improvement (p = 0.012) after 180 min under a 200 W tungsten lamp. Adsorption during dark equilibration accounted for 9.8% and 11.3% of total removal, respectively, confirming that photochemical processes dominate. We report decolorization (loss of chromophore) rather than complete mineralization; TOC analysis was not performed. Raw smectite clay exhibits a moderate BET surface area of 73.67 m2/g with a total pore volume of 0.156 cc/g and an average pore diameter of 8.47 nm, characteristic of mesoporous 2:1 layered aluminosilicates with interlayer and interparticle voids. Upon synthesis of unsupported CuO NPs (1), a significant reduction in surface area to 27.05 m2/g was observed, accompanied by a decrease in pore volume to 0.094 cc/g and an increase in average pore diameter to 13.90 nm. Notably, the clay-supported CuO NCPs (2) recovered a substantially higher surface area of 36.14 m2/g and pore volume of 0.132 cc/g compared to unsupported CuO, while maintaining a large average pore diameter of 14.61 nm. We acknowledge the absence of reusability studies and scavenger tests as limitations of this study. Overall, composite materials combining adsorption and photocatalysis exhibit promising properties for removing hazardous dyes from wastewater, as the clay support improves CuO NPs dispersion and increases accessible surface area. However, further optimization, mineralization studies (TOC/COD), and mechanistic studies are required before industrial application.