Please use this identifier to cite or link to this item: http://cmuir.cmu.ac.th/jspui/handle/6653943832/69411
Full metadata record
DC FieldValueLanguage
dc.contributor.advisorSukon Phanichphant-
dc.contributor.advisorNatda Wetchakun-
dc.contributor.advisorBurapat Inceesungvorn-
dc.contributor.authorDuangdao Channeien_US
dc.date.accessioned2020-08-07T03:43:53Z-
dc.date.available2020-08-07T03:43:53Z-
dc.date.issued2014-10-
dc.identifier.urihttp://cmuir.cmu.ac.th/jspui/handle/6653943832/69411-
dc.description.abstractUnloaded CeO2 and nominal 0.50, 1.00, 1.50, 2.00, and 5.00 mol% Fe-loaded CeO2 nanoparticles were synthesized by flame spray pyrolysis (FSP). X-ray diffraction (XRD) results indicated that phase structures of Fe-loaded CeO2 nanoparticles were the mixture of CeO2 and Fe2O3 phases at high iron loading concentrations. High-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) images showed the significant change in morphology from cubic to spherical shape at high iron loading concentrations. Increased specific surface area with increasing iron content was also observed. The results from diffuse reflectance UV-visible spectrophotometry (DRS UV-visible) spectra clearly showed the shift of absorption edge towards longer visible light region upon loading CeO2 with iron. Photocatalytic studies showed that Fe-loaded CeO2 sample exhibited higher activity than unloaded CeO2 for the degradation of formic and oxalic acids under visible light irradiation, with optimal 2.00 mol% of iron loading concentration being the most active catalyst. Furthermore, unloaded CeO2 and 0.50, 1.00, 1.50, 2.00, and 5.00 mol% Fe-loaded CeO2 nanoparticles were prepared by the combination of homogeneous precipitation and impregnation methods, and applied as photocatalyst films prepared by a doctor blade technique. The superior photocatalytic performances of the Fe-loaded CeO2 films compared with unloaded CeO2 film were ascribed mainly to a decrease in band gap energy and an increase in specific surface area of the material. The presence of Fe3+ as found from XPS analysis may act as electron acceptor and/or hole donor to facilitate charge carrier localization and support the charge carrier transfer to the CeO2 catalyst surface. Moreover, the effect of the solution pH on dye adsorption on catalyst surface as well as, the kinetics studies of the effect of Fe3+ loading on photocatalytic degradation of MO over CeO2 films was investigated in this study with the best efficiency obtained from a 1.50 mol% iron loading. In order to estimate the long-term photostability of the 1.50 mol% Fe-loaded CeO2 film, the experiments were carried out for 10 cycles. The synthesized material displayed good stability with regards to photocatalytic performance with less than a 10% decrease from its initial activity. Forming the core-shell magnetic photocatalyst is considered as one of the efficient ways in photocatalytic application. The first attempt in producing Fe3O4/CeO2 magnetic photocatalyst involved the direct deposition of CeO2 onto the surface of magnetic Fe3O4 particles. However a direct contact of CeO2 onto the surface of magnetic Fe3O4 particles presented unfavorable heterojunction, thus the SiO2 barrier layer between magnetic Fe3O4 and CeO2 was prepared as a core-shell structure to reduce the negative effect by combining three steps of the hydrothermal, sonochemical and homogeneous precipitation methods. HRTEM images confirmed that Fe3O4/SiO2/CeO2 exhibited core-shell structure including a magnetic Fe3O4 core, a SiO2 middle layer and CeO2 particle coating as expected. In this part, CeO2 without modification was applied as photocatalyst with a band gap of energy ~3.2 eV, thus the unmodified CeO2 required UV light for activation. The results of the photocatalytic activity revealed that the pseudo-first order rate constants for formic and oxalic acids degradation was increased in the following orders: Fe3O4/SiO2/CeO2 core-shell magnetic nanoparticles > single-phase CeO2 > Fe3O4/CeO2 nanoparticles. The possible mechanism of the photoexcited electron-hole separation and transport processes was proposed based on the obtained morphology via HRTEM morphology and UV-visible DRS results. Fe3O4/SiO2/CeO2 core-shell magnetic nanoparticles was compared and recovered in the consecutive cycles of use by external magnetic field. The material showed good stability with regards to photocatalytic performance for three cycles of use.en_US
dc.language.isoenen_US
dc.publisherเชียงใหม่ : บัณฑิตวิทยาลัย มหาวิทยาลัยเชียงใหม่en_US
dc.subjectPhotocatalytic activityen_US
dc.subjectIron-loadeden_US
dc.subjectCerium dioxide nanoparticleen_US
dc.titlePhotocatalytic activity enhancement of iron-loaded cerium dioxide nanoparticle and its core-shell compositesen_US
dc.title.alternativeการเพิ่มประสิทธิภาพการเร่งปฏิกิริยาเชิงแสงของอนุภาคนาโนซีเรียมไดออกไซด์ที่เจือด้วยเหล็กและที่มีโครงสร้างแบบเปลือกหุ้มแกนen_US
dc.typeThesis
thailis.classification.ddc620.11-
thailis.controlvocab.thashNanoparticles-
thailis.controlvocab.thashPhotocatalysis-
thailis.manuscript.callnumberTh 620.11 D812P-
thesis.degreedoctoralen_US
thesis.description.thaiAbstractอนุภาคนาโนซีเรียมไดอออกไซด์บริสุทธิ์และอนุภาคนาโนซีเรียมไดอออกไซด์ที่เจือด้วยเหล็ก ที่ความเข้มข้นร้อยละ 0.50, 1.00, 1.50, 2.00 และ 5.00 โดยโมล สังเคราะห์โดยวิธีเฟลมสเปรย์ไพโรลิซิส จากการวิเคราะห์ด้วยเทคนิคการเลี้ยวเบนรังสีเอ็กซ์ พบว่า อนุภาคนาโนซีเรียมไดอ อ อกไซด์ที่เจือด้วยเหล็กมีโครงสร้างเป็นเฟสผสมของซีเรียมไดอออกไซด์และเหล็กออกไซด์ที่ระดับการเจือเหล็กความเข้มข้นสูง และจากภาพถ่ายจากกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านความละเอียดสูง พบว่าลักษณะสัณฐานวิทยาของอนุภาคนาโนซีเรียมไดออกไซด์ที่สังเคราะห์ได้เป็นรูปทรงสี่เหลี่ยม ในขณะที่รูปทรงของอนุภาคนาโนซีเรียมไดออกไซด์เจือด้วยเหล็กมีรูปทรงสัณฐานวิทยาที่เปลี่ยนไป คือเป็นแบบทรงกลม นอกจากนี้ จากการทดสอบการดูดซับก๊าซไนโตรเจนพบว่า ปริมาณพื้นที่ผิวของตัวเร่งปฏิกิริยาเพิ่มขึ้นตามปริมาณการเจือของเหล็กที่เพิ่มขึ้น สเปกตรัมจากการวัดค่าการดูดกลืนแสงและการสะท้อนแสงในช่วงยูวี-วิสิเบิล พบว่า ค่าขอบเขตการดูดกลืนแสงเลื่อนไปที่ช่วงของความยาวคลื่นที่ยาวขึ้น นั่นคือเลื่อนไปอยู่ในช่วงแสงวิสิเบิลมากขึ้น ซึ่งส่งผลต่อการตอบสนองของตัวเร่งปฏิกิริยาในกระบวนการทดสอบประสิทธิภาพการเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยแสงในการย่อยสลายกรดฟอร์มิก และกรดออกซาลิกภายใต้แสงวิสิเบิล จากผลการทดสอบคุณสมบัติการเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา พบว่าอนุภาคนาโนซีเรียมไดอออกไซด์ที่เจือด้วยเหล็ก แสดงคุณสมบัติการเป็นตัวเร่งด้วยแสงดีกว่าอนุภาคนาโนซีเรียมไดอออกไซด์บริสุทธิ์ และปริมาณของเหล็กที่เจือลงไปร้อยละ 2 โดยโมลนั้นแสดงประสิทธิภาพในการย่อยสลายกรดฟอร์มิกและกรดออกซาลิกได้สูงสุด นอกจากนี้ ได้ทำการสังเคราะห์อนุภาคนาโนซีเรียมไดอออกไซด์และซีเรียมไดอออกไซด์ที่เจือด้วยเหล็กในปริมาณ ความเข้มข้นร้อยละ 0.50, 1.00, 1.50, 2.00 และ 5.00 โดยโมล โดยวิธีการตกตะกอนร่วมเป็นเนื้อเดียวกันร่วมกับวิธีอิมเพรคเนชัน จากนั้นได้นำผงอนุภาคขนาดนาโนเมตรเหล่านี้ไปขึ้นรูปเป็นฟิล์มด้วยเทคนิคดอกเตอร์เบลด พบว่าผลของสมบัติการเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาเชิงแสงของการย่อยสลายเมทิลออเรนจ์ภายใต้แสงวิสิเบิลของฟิล์มซีเรียมไดอออกไซด์ที่เจือด้วยเหล็กดีกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับซีเรียมไดออกไซด์ ผลเกิดจากการลดลงของช่องว่างระดับพลังงานและการเพิ่มขึ้นของค่าพื้นที่ผิวจำเพาะเพิ่มขึ้นของสาร และจากการวิเคราะห์ด้วยสเปกโตรสโคปีของอนุภาคอิเล็กตรอนที่ถูกปลดปล่อยด้วยรังสีเอกซ์ พบว่าเหล็กที่เจือลงไปในซีเรียมไดออกไซด์นั้นแสดงค่าเลขออกซิเดชันเป็น +3 สามารถประพฤติตัวเป็นได้ทั้ง ตัวรับอิเล็คตรอน และ ตัวให้อิเล็คตรอน ซึ่งมีส่วนช่วยสนับสนุนกระบวนการขนส่งอิเล็คตรอนและโฮลให้ไปเกิดปฏิกิริยาที่ผิวของซีเรียมไดออกไซด์ นอกจากนี้ ในงานวิจัยนี้ ได้ศึกษาผลของพีเอชที่มีต่อการดูดซับของสารละลายเมทิลออเรนจ์บนพื้นผิวตัวเร่งปฏิกิริยา รวมไปถึงศึกษาผลของการเจือเหล็กที่มีต่อคุณสมบัติการเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาของซีเรียมไดออกไซด์ ในการย่อยสลายเมทิลออเรนจ์ ผลการวิเคราะห์พบว่าปริมาณการเจือด้วย Fe3+ ที่ให้ค่าคงที่ของการเกิดปฏิกิริยาสูงสุดในการทดลองนี้คือร้อยละ1.50 โดยโมล หลังจากนั้นฟิล์มซีเรียมไดออกไซด์ที่เจือด้วยเหล็ก ที่ปริมาณการเจือร้อยละ1.50 โดยโมล ได้ถูกนำมาศึกษา ถึงประสิทธิภาพการนำกลับมาใช้ใหม่ ภายใต้สภาวะการทดลองเดียวกัน จากผลการทดสอบพบว่า ตัวเร่งปฏิกิริยาสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ถึง 10 รอบของการนำกลับมาใช้ใหม่ โดยตัวเร่งปฏิกิริยาดังกล่าวยังคงมีประสิทธิภาพที่ดีอยู่โดยลดลงจากตอนเริ่มต้นเพียง 10 เปอร์เซ็นต์เท่านั้น นอกจากนี้พบว่า การสังเคราะห์ตัวเร่งปฏิกิริยาซีเรียมไดออกไซด์ที่มีคุณสมบัติเป็นแม่เหล็กและมีโครงสร้างแบบเปลือกหุ้มแกนจัดเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาแบบใหม่ที่มีประสิทธิภาพเช่นกัน ดังนั้นในขั้นตอนแรกของกระบวนการสังเคราะห์ ได้ทำโดยการเคลือบอนุภาคนาโนซีเรียมไดออกไซด์โดยตรงบนแกนกลางแม่เหล็กของเหล็กออกไซด์ แต่อย่างไรก็ตาม พบว่าการเชื่อมต่อกันโดยตรงของ เหล็กออกไซด์และซีเรียมไดออกไซด์ทำให้เกิดการถ่ายโอนของอิเล็กตรอนที่ไม่เหมาะสม ดังนั้นเพื่อป้องกันการถ่ายเทอิเล็กตรอนจาก ซีเรียมไดออกไซด์ไปสู่แกนกลางแม่เหล็กของเหล็กออกไซด์ ในการทดลองจึงนำ ซิลิกอนไดออกไซด์มาเป็นชั้นกลางกั้นระหว่างเหล็กออกไซด์และซีเรียมไดออกไซด์ โดยกระบวนการสังเคราะห์นั้นผ่านสามเทคนิค ประกอบด้วย ไฮโดรเทอร์มอล, โซโนเคมีคอล และ ตกตะกอนร่วมเป็นเนื้อเดียวกัน จากการตรวจสอบด้วยเทคนิคกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านความละเอียดสูง และการวัดสมบัติทางแม่เหล็กด้วยเครื่องวัดสมบัติแม่เหล็กแบบตัวอย่างสั่น ยืนยันให้เห็นว่าตัวเร่งปฏิกิริยาดังกล่าวมีคุณสมบัติเป็นแม่เหล็ก และมีโครงสร้างแบบเปลือกหุ้มแกน ประกอบด้วย แกนกลางเป็นเหล็กออกไซด์ซึ่งแสดงคุณสมบัติหลักเป็นแม่เหล็ก, ชั้นกลางเป็นซิลิกอนไดออกไซด์ที่ห่อหุ้มอนุภาคเหล็กออกไซด์ไว้ด้านใน และชั้นนอกสุดคือกลุ่มก้อนของอนุภาคนาโนซีเรียมไดออกไซด์มาเกาะตัวอยู่ เนื่องจากการทดลองนี้ ได้ใช้ซีเรียมไดออกไซด์บริสุทธิ์ที่ไม่ผ่านการดัดแปลงและมีช่องว่างระดับพลังงานประมาณ 3.2 ดังนั้นคลื่นแสงในช่วงยูวีจึงเหมาะสมในการนำมาใช้เป็นพลังงานกระตุ้นการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในแถบระดับพลังงานของซีเรียมไดออกไซด์บริสุทธิ์ และเมื่อเปรียบเทียบประสิทธิภาพของตัวเร่งปฏิกิริยาในการย่อยสลาย กรดฟอร์มิก และกรดออกซาลิก ภายใต้แสงยูวี พบว่าตัวเร่งปฏิกิริยาซีเรียมไดออกไซด์ที่มีคุณสมบัติเป็นแม่เหล็กและมีโครงสร้างแบบเปลือกหุ้มแกน ให้ค่าคงที่ของการเกิดปฏิกิริยาสูงที่สุด ตามมาด้วยอันดับที่สองคือ ซีเรียมไดออกไซด์บริสุทธิ์ และ สุดท้ายคือตัวเร่งปฏิกิริยาวัสดุผสมของเหล็กออกไซด์และซีเรียมไดออกไซด์ จากการวิเคราะห์สเปกตรัมจากการวัดค่าการดูดกลืนแสงในช่วงยูวี-วิสิเบิล และภาพถ่ายจากกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านความละเอียดสูง สามารถนำมาใช้ประโยชน์ในการทำนายกลไกการขนส่งอิเล็คตรอนและโฮลให้ไปเกิดปฏิกิริยาที่ผิวของซีเรียมไดออกไซด์ได้ นอกจากนี้การศึกษาการนำกลับมาใช้ใหม่ของตัวเร่งปฏิกิริยา ทำโดยใช้แรงดึงดูดของสนามแม่เหล็กภายนอก ผลการทดลองพบว่า ตัวเร่งปฏิกิริยาซีเรียมไดออกไซด์ที่มีคุณสมบัติเป็นแม่เหล็กและมีโครงสร้างแบบเปลือกหุ้มแกนดังกล่าว สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ถึงสามครั้ง ดังนั้น ตัวเร่งปฏิกิริยาที่คุณสมบัติเป็นแม่เหล็กนี้ นับเป็นอีกทางเลือกหนึ่งที่ควรพิจารณาในการช่วยลดต้นทุนการผลิตในอุตสาหกรรมเคมีที่ต้องใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาen_US
Appears in Collections:SCIENCE: Theses

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Full.pdf10.35 MBAdobe PDFView/Open    Request a copy


Items in CMUIR are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.