سنتز و شناسایی نانوکامپوزیت‌های پلی‌وینیل الکل/اکسید روی (PVA/ZnO) به دلیل کاربردهای گسترده در حوزه‌های محیط زیستی، اپتوالکترونیک و پزشکی اهمیت زیادی دارد. این نانوکامپوزیت‌ها با داشتن خواص فوتوکاتالیستی و نوری ویژه، توانایی بالایی در تخریب آلاینده‌ها و رنگ‌های آلی مانند کریستال ویولت دارند. در این پژوهش، سنتز، شناسایی و بررسی عملکرد فوتوکاتالیستی نانوکامپوزیت PVA/ZnO با روش رسوب‌دهی شیمیایی مورد مطالعه قرار گرفته است.
بخش اول: آلودگی محیط زیست و اهمیت فوتوکاتالیست‌ها
آلودگی محیط زیست از چالش‌های مهم جهانی است و ورود آلاینده‌هایی مانند فلزات سنگین و پساب‌های رنگی اثرات زیانباری دارد. رنگ کریستال ویولت به عنوان یک رنگ کاتیونی با جذب بالا در طول موج ۵۹۰ نانومتر یکی از آلاینده‌های خطرناک محسوب می‌شود. سنتز و استفاده از فوتوکاتالیست‌های کارآمد مانند نانوکامپوزیت پلی‌وینیل الکل/اکسید روی می‌تواند نقش مهمی در تجزیه این آلاینده‌ها ایفا کند.
بخش دوم: سنتز و شناسایی نانوکامپوزیت PVA/ZnO
در این تحقیق، نانوذرات ZnO و نانوکامپوزیت‌های PVA/ZnO با روش رسوب‌دهی شیمیایی به‌عنوان یک روش پایین به بالا سنتز شدند. شناسایی ساختار و خواص مواد با استفاده از تکنیک‌های مختلف از جمله:
- پراش اشعه ایکس (XRD)
- طیف‌سنجی FTIR
- UV-Vis و PL
- میکروسکوپ الکترونی (SEM, TEM)
انجام شد. نتایج XRD نشان داد که افزودن پلی‌وینیل الکل به ZnO باعث کاهش شدت پیک‌های پراش به دلیل تشکیل فازهای مخلوط می‌شود. اندازه ذرات در محدوده کمتر از ۵۰ نانومتر بود و توزیع اندازه یکنواختی نداشت.
بخش سوم: خواص نوری و مکانیکی نانوکامپوزیت‌ها
بررسی‌های اپتیکی نشان داد که گپ باند نانوذرات ZnO و PVA/ZnO به ترتیب ۳.۱۴ و ۳.۰۹ الکترون‌ولت است. پوشش PVA باعث بهبود کیفیت نوری ZnO از طریق کاهش بازترکیبی غیررادیواکتیو حامل‌های بار و افزایش جذب نور شد. همچنین، نتایج نشان داد که PVA/ZnO تنش‌های بالاتر و چگالی انرژی بیشتری نسبت به ZnO خالص دارد.
بخش چهارم: عملکرد فوتوکاتالیستی
کارایی فوتوکاتالیستی نانوکامپوزیت‌های پلی‌وینیل الکل/اکسید روی در تجزیه رنگ کریستال ویولت بررسی شد. پس از ۹۰ دقیقه، بازده تجزیه برای ZnO خالص حدود ۴۹٪ و برای PVA/ZnO حدود ۴۸٪ بود. نرخ واکنش‌ها نیز به ترتیب ۰.۰۰۷۴۷ و ۰.۰۰۶۹۴ برآورد شد که نشان‌دهنده عملکرد قابل مقایسه این دو ماده است. این نتایج نشان داد که نانوکامپوزیت PVA/ZnO می‌تواند یک فوتوکاتالیست امیدبخش برای پاکسازی پساب‌های رنگی باشد.
کلام آخر
این پژوهش نشان داد که سنتز و شناسایی نانوکامپوزیت پلی‌وینیل الکل/اکسید روی (PVA/ZnO) با روش رسوب‌دهی شیمیایی امکان‌پذیر است و این نانوکامپوزیت‌ها خواص ساختاری، نوری و فوتوکاتالیستی قابل توجهی دارند. به‌ویژه نقش پلی‌وینیل الکل در بهبود خواص نوری و پایداری ZnO اهمیت ویژه‌ای دارد. نتایج به دست آمده نشان‌دهنده پتانسیل بالای این نانوکامپوزیت در کاربردهای محیط زیستی و اپتوالکترونیکی است.
