Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)
Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)
การเตรียมและประสิทธิภาพการเร่งปฏิกิริยาเชิงแสงของคอมพอสิตกราฟิติกคาร์บอนไนไตรด์/ซิลเวอร์-ไทเทเนียมไดออกไซด์
Year (A.D.)
2019
Document Type
Thesis
First Advisor
Pornapa Sujaridworakun
Faculty/College
Faculty of Science (คณะวิทยาศาสตร์)
Department (if any)
Department of Material Science (ภาควิชาวัสดุศาสตร์)
Degree Name
Doctor of Philosophy
Degree Level
Doctoral Degree
Degree Discipline
Materials Science
DOI
10.58837/CHULA.THE.2019.331
Abstract
This research aimed to synthesize high efficiency UV-visible light responsive g-C₃N₄/Ag-TiO₂ composite photocatalysts. The photocatalysts preparation method was classified into 3 parts. The first part was to study the influence of calcination temperature, %Ag loading content, and types of reducing agent on the photocatalytic performance of achieved Ag-TiO₂. The second part, effect of calcination temperatures and soaking time on preparation of high performance g- C₃N₄ photocatalysts under visible light irradiation were studied. Finally, the g- C₃N₄/Ag-TiO₂ composite was synthesized. Then, the photocatalytic performance of prepared photocalysts were investigated through cationic and anionic dye degradation under both UV and visible light irradiation. The photocatalyst’s characteristics such as crystallinity, morphology, optoelectronic properties, and surface properties were well characterized. Likewise, the oxidation state of Ag existing in the prepared composites were clearly investigated by using the X-ray absorption near edge structure (XANES). Moreover, the X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) was applied for further confirmation of chemical surface properties. The result showed that the optimal condition for preparation of Ag-TiO₂ was 2 wt.% of Ag loading by using NaBH4 as reducing agent without calcination, while a high performance g- C₃N₄ was achieved by calcining urea at 600 °C for 4 hours. It was obtained that the optimal ratio of g- C₃N₄ to Ag-TiO₂ in g- C₃N₄/Ag-TiO₂ composite was 2 to 1 which possessed the highest photocatalytic performance in anionic/cationic dye degradation under both UV and visible light irradiation. It could degrade 10 mg/L of rhodamine B dye under UV and visible light irradiation for 95.01 % within 60 min and 99.74 % within 15 min, respectively, by using 0.05 g of photocatalysts. In addition, for methyl orange degradation efficiency, as prepared g- C₃N₄/Ag-TiO₂ presented 62.32% within 30 min and 65.71% within 15 min under UV and visible light irradiation, respectively. The results suggested that preparation of photocatalyst as heterostructured g- C₃N₄/Ag-TiO₂ composite could improve photocatalysis activity of g- C₃N₄ under both UV and visible light irradiation. Further, the light-responsive region of Ag-TiO₂ was extended to UV-visible light by using as heterostructured composite. Hence, it was worth noting that the g- C₃N₄/Ag-TiO₂ can possibly be applied as the promising photocatalyst materials.
Other Abstract (Other language abstract of ETD)
งานวิจัยฉบับนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อนเตรียมวัสดุตัวเร่งปฏิกิริยาเชิงแสงชนิดกราฟิติกคาร์บอนไนไตรด์/ซิลเวอร์-ไททาเนียมไดออกไซด์ที่มีประสิทธิภาพสูงในการตอบสนองต่อแสงช่วงยูวีและวิสิเบิล วิธีการเตรียมและการศึกษาวัสดุตัวเร่งปฏิกิริยาเชิงแสงที่ถูกศึกษาในงานวิจัยนี้ถูกแบ่งออกเป็น 3 ส่วน โดยที่ส่วนแรกคือการศึกษาอิทธิพลของอุณหภูมิในการเผาแคลไซน์ ปริมาณของซิลเวอร์ที่เจือ และชนิดของตัวรีดิวซ์ต่อประสิทธิภาพการเกิดปฏิกิริยาเชิงแสงของวัสดุซิลเวอร์-ไททาเนียมไดออกไซด์ที่เตรียมได้ ส่วนที่สองคือการศึกษาผลของอุณหภูมิในการเผาแคลไซน์และเวลาในการยืนไฟต่อการเตรียมวัสดุกราฟิติกคาร์บอนไนไตรด์ให้มีประสิทธิภาพในการเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาเชิงแสงที่ดีภายใต้การกระตุ้นด้วยแสงวิสิเบิล และส่วนสุดท้ายคือการศึกษาการเตรียมวัสดุตัวเร่งปฏิกิริยาเชิงแสงชนิดวัสดุเชิงประกอบกราฟิติกคาร์บอนไนไตรด์/ซิลเวอร์-ไททาเนียมไดออกไซด์ หลังจากนั้นวัสดุเชิงประกอบกราฟิติกคาร์บอนไนไตรด์/ซิลเวอร์-ไททาเนียมไดออกไซด์จะถูกนำมาศึกษาประสิทธิภาพในการย่อยสลายสีย้อมทั้งชนิดประจุบวกและชนิดประจุลบภายใต้การกระตุ้นด้วยแสงทั้งช่วงยูวีและวิสิเบิล สมบัติของวัสดุที่เตรียมขึ้นถูกวิเคราะห์ด้วยกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ อาทิ เฟสองค์ประกอบและโครงสร้างผลึก องค์ประกอบทางเคมี ลักษณะทางสัณฐานวิทยา พื้นที่ผิวและรูพรุน สมบัติเชิงแสง และสมบัติพื้นผิว นอกจากนี้เลขออกซิเดชันของซิลเวอร์ที่ปรากฏอยู่ในวัสดุตัวเร่งปฏิกิริยาเชิงแสงที่เตรียมขึ้นถูกนำมาวิเคราะห์ด้วยสเปกโทรสโกปีการดูดกลืนรังสีเอกซ์ในช่วงใกล้ขอบพลังงานการดูดกลืนและสเปคโตรสโคปีของอนุภาคอิเล็กตรอนที่ถูกปลดปล่อยด้วยรังสีเอกซ์ ยิ่งไปกว่านั้นเทคนิคสเปกโตรสโกปีโฟโสอิเล็กตรอนด้วยรังสีเอกซ์ถูกนำมาใช้เพื่อยืนยันผลการวิเคราะห์สมบัติเคมีพื้นผิวของวัสดุเชิงประกอบอีกด้วย จากผลการศึกษาพบว่าการเจือปริมาณซิลเวอร์ที่ปริมาณ 2 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนักและใช้โซเดียมโบโรไฮไดรด์เป็นตัวรีดิวซ์เหมาะสมที่สุดต่อการเตรียมวัสดุซิลเวอร์-ไททาเนียมไดออกไซด์แบบไม่ผ่านการเผาแคลไซน์ ในขณะที่วัสดุกราฟิติกคาร์บอนไนไตรด์ที่มีประสิทธิภาพการเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาเชิงแสงดีที่สุดถูกเตรียมขึ้นด้วยการเผาแคลไซน์ยูเรียที่อุณหภูมิ 600 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 4 ชั่วโมง และพบว่าอัตราส่วนที่ดีที่สุดสำหรับเตรียมวัสดุเชิงประกอบกราฟิติกคาร์บอนไนไตรด์/ซิลเวอร์-ไททาเนียมไดออกไซด์คือ 2 ต่อ 1 ซึ่งมีประสิทธิภาพในการเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาเชิงแสงสูงที่สุดในการย่อยสลายสีย้อมชนิดประจุบวกและชนิดประจุลบ โดย 0.05 กรัม ของกราฟิติกคาร์บอนไนไตรด์/ซิลเวอร์-ไททาเนียมไดออกไซด์ มีประสิทธิภาพในการย่อยสลายสีย้อมโรดามีนบีที่ความเข้มข้น 10 มิลลิกรัมต่อลิตร ภายใต้การกระตุ้นด้วยแสงช่วงยูวีเป็นเวลา 60 นาที คิดเป็นร้อยละ 95.01 และภายใต้การกระตุ้นด้วยแสงช่วงวิสิเบิลเป็นเวลา 15 นาที คิดเป็นร้อยละ 99.74 นอกจากนี้ยังแสดงประสิทธิภาพในการย่อยสลายสีย้อมชนิดประจุลบเมทิลออเรนจ์ ภายใต้การกระตุ้นด้วยแสงช่วงยูวีเป็นเวลา 30 นาที คิดเป็นร้อยละ 62.30 และภายใต้การกระตุ้นด้วยแสงช่วงวิสิเบิลเป็นเวลา 15 นาที คิดเป็นร้อยละ 65.71 จากผลการศึกษาพบว่าการเตรียมวัสดุตัวเร่งปฏิกิริยาเชิงแสงแบบวัสดุเชิงประกอบกราฟิติกคาร์บอนไนไตรด์/ซิลเวอร์-ไททาเนียมไดออกไซด์สามารถปรับปรุงสมบัติการเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาเชิงแสงของวัสดุกราฟิติกคาร์บอนไนไตรด์ภายใต้การกระตุ้นด้วยแสงช่วงยูวีและวิสิเบิลได้ และยิ่งไปกว่านั้นช่วงการตอบสนองต่อแสงของวัสดุซิลเวอร์-ไททาเนียมไดออกไซด์ยังสามารถขยายให้อยู่ในช่วงของยูวีและวิสิเบิลได้ด้วยการเตรียมเป็นวัสดุเชิงประกอบ ดังนั้นสามารถกล่าวได้ว่าวัสดุเชิงประกอบกราฟิติกคาร์บอนไนไตรด์/ซิลเวอร์-ไททาเนียมไดออกไซด์ สามารถถูกนำมาใช้เป็นวัสดุตัวเร่งปฏิกิริยาเชิงแสงที่มีประสิทธิภาพสูงและสามารถถูกใช้งานภายใต้การกระตุ้นด้วยแสงในช่วงกว้างได้
Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-No Derivative Works 4.0 International License.
Recommended Citation
Narkbuakaew, Tanaporn, "Preparation and photocatalytic efficiency of graphitic carbon nitride/silver-titanium dioxide composite" (2019). Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD). 8707.
https://digital.car.chula.ac.th/chulaetd/8707