ارائه کننده: زینب یعقوبی

استاد راهنما: دکتر نادر بهرامی فر

استاد مشاور: دکتر علیرضا اویسی

استاد مشاور دوم: دکتر هاجر آبیار

استاد مشاور سوم: دکتر بنیامین خوشنویسان

استاد ناظر داخلی: دکتر سامره فلاحتکار، دکتر حبیب اله یونسی

استاد ناظر خارجی: دکتر مظاهر معین الدینی، دکتر زهرا قاسمی لله وجه سری

نماینده تحصیلات تکمیلی: دکتر سیدمحمود قاسمپوری

تاریخ: ۱۴۰۵/۰۷/۲۹

ساعت: ۱۴:۰۰

مکان: سالن اصلی کاخ

چکیده:آلودگی منابع آبی ناشی از حضور ترکیبات مقاوم و پایدار، ضرورت توسعه فناوری‌های نوین تصفیه آب با کارایی بالا و سازگاری با الزامات محیط‌زیستی را برجسته ساخته است. در میان فناوری‌های پیشرفته تصفیه آب، فرآیندهای فوتوکاتالیستی مبتنی بر نیمه‌رساناها، به‌ویژه TiO₂، به دلیل توانایی تبدیل انرژی نور به واکنش‌های شیمیایی و حذف آلاینده‌ها مورد توجه گسترده قرار گرفته‌اند. با این حال، محدودیت‌هایی مانند جذب محدود نور مرئی، بازترکیب سریع حامل‌های بار و چالش‌های پایداری، کاربرد عملی TiO₂ را محدود کرده و توسعه فوتوکاتالیست‌های کارآمد و پایدار را به یک ضرورت تبدیل کرده است. در این پژوهش، یک فوتوکاتالیست هیبریدی آلی–معدنی با نام TiPC-H از طریق ایجاد پیوند کووالانسی میان TiO₂ بازیابی‌شده از پسماند فرآیند کلاوس پالایشگاه گازی و شبکه پورفیرین–تری‌آزین توسعه داده شد. هدف از این طراحی، استفاده هم‌زمان از ظرفیت جذب نور مرئی واحدهای پورفیرینی، ایجاد یک ساختار هیبریدی پایدار برای انتقال مؤثر حامل‌های بار و تبدیل یک منبع تیتانیومی پسماندی به ماده‌ای با ارزش افزوده بالا است. ساختار و ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی  TiPC-H با استفاده از مجموعه‌ای از روش‌های  XRD، FTIR، SEM، TEM، STEM-EDS، XPS، UV–Vis DRS و PL بررسی شد. نتایج نشان داد که تثبیت شبکه پورفیرین–تری‌آزین بدون تغییر محسوس در ساختار بلوری TiO₂، موجب ایجاد یک ساختار هیبریدی آلی–معدنی فعال، افزایش جذب نور در ناحیه مرئی و کاهش شکاف انرژی از حدود 24/3 به 50/2  الکترون ولت شد. همچنین، عملکرد فوتوکاتالیستی TiPC-H در دو واکنش با ماهیت متفاوت شامل احیای Cr(VI) و تخریب RhB ارزیابی گردید. این فوتوکاتالیست تحت تابش نور طبیعی خورشید و بدون استفاده از عامل کمکی شیمیایی توانست 47/99 درصد Cr(VI) را در محلول مدل طی 90 دقیقه کاهش و در تصفیه پساب واقعی نیز فعالیت قابل توجهی نشان دهد. همچنین، تخریب کامل RhB طی 60 دقیقه با فعالیت نرمال‌شده جرمی حدود mg RhB g_cat⁻¹ h⁻¹  125 به دست آمد. بررسی مکانیزم واکنش با استفاده از تحلیل‌های Mott–Schottky، PL، EIS، پاسخ جریان نوری و آزمون‌های مهار گونه‌های فعال نشان داد که ساختار هیبریدی ایجادشده، جدایش مؤثر حامل‌های بار و حفظ توان اکسایش–کاهش آن‌ها را تسهیل می‌کند؛ رفتاری که با انتقال بار جهت‌دار در یک معماری سازگار با مدل S-scheme مطابقت دارد. TiPC-H  پس از پنج چرخه استفاده مجدد پایداری ساختاری و عملکردی خود را حفظ کرد و اتصال کووالانسی پورفیرین–تری‌آزین مانع رهایش پورفیرین و کاهش فعالیت فوتوکاتالیستی شد. ارزیابی چرخه حیات (LCA) با مقایسه مسیرهای تولید TiO₂ سنتزی و بازیافتی نیز نشان داد که استفاده از TiO₂ بازیافتی موجب کاهش اثرات محیط‌زیستی در تمامی دسته‌های بررسی‌شده شد؛ به‌طوری‌که بیشترین کاهش در دسته کمبود منابع معدنی (حدود 5/21 درصد) مشاهده شد. تحلیل حساسیت، مصرف انرژی الکتریکی را به‌عنوان عامل اصلی مؤثر بر اثرات محیط‌زیستی شناسایی کرد و تحلیل عدم‌قطعیت مبتنی بر شبیه‌سازی مونت‌کارلو پایداری این مزیت محیط‌زیستی را در سطح اطمینان 95 درصد تأیید کرد. در نهایت، مقدار شاخص قابلیت کاربردپذیری (PAI) برابر 90/0، توازن مناسب میان عملکرد فوتوکاتالیستی، دوام، هزینه و پایداری محیط‌زیستی TiPC-H را نشان داد. این پژوهش نشان می‌دهد که ترکیب بازیافت منابع صنعتی با مهندسی ساختارهای هیبریدی کووالانسی آلی–معدنی می‌تواند رویکردی مؤثر برای توسعه فوتوکاتالیست‌های خورشیدی پایدار، چندمنظوره و سازگار با اصول اقتصاد چرخشی فراهم کند.