الفهرس 
CHAPTER 1 General Introduction and Literature ReviewOnly 14 pages are availabe for public view
 |  | from | 222 |  |  |
| | | from | 222 | | |
Abstract
الهدف الرئيسي من هذه الرسالة هو إنتاج نوعين من تيتانات الإيتريوم (Y2Ti2O7)؛ كطبقة رقيقة نانومترية وجسيمات نانومترية. حيث تم تطبيق الاغشية الرقيقة من Y2Ti2O7 كطبقة حامية لمعدن الستانليس ستيل من التآكل. واستخدمت الجسيمات النانومترية المبنية على تيتانات الإيتريوم النقية والمطعمة باللانثانيدات كحفازات ضوئية لإنتاج الطاقة (الوقود الحيوى و الهيدروجين).
وقد تم استخدام اجهزة القياس و التقنيات الاتية فى إجراء هذه الدراسة:
• التعديل الترددى الكهروكيميائى (EFM) .
• المعاوقة الكهروكيميائية الطيفية (EIS).
• استقطاب تافيل Tafel polarization.
• مفاعلات ضوئية.
• جهاز قياس طيف الآشعة المرئية وفوق البنفسجية.
• جهاز قياس طيف الأشعة تحت الحمراء.
• مجهر القوة الذرية.
• جهاز قياس حيود الأشعة السينية.
• جهاز قياس تحليل مساحة السطح.
• جهاز قياس طيف الانبعاث الضوئى.
• المجهر الالكترونى النافذ و الماسح.
بالإضافة إلى بعض الأجهزة الاخرى مثل جهاز الطرد المركزى – سخان بمقلب - جهاز لقياس درجة الحموضة .علاوة على ذلك، تم وصف الأساليب المستخدمة لمعالجة البيانات ومعالجتها.
تتكون الرسالة من أربعة فصول:
الفصل الأول: يستعرض هذا الباب مقدمة عامة و نتيجة بحث المراجع الحديثة عن مادة تيتانات الاتريوم من حيث خصائصها ، تطبيقاتها، طرق تحضيرها، و خواصها الحفز ضوئية و دور التطعيم لزيادة كفاءة الحفازات الضوئية بصفة عامة. كما تم عرض نبذة عامة عن التآكل الكهروكيميائي والاستراتيجيات المستخدمة للوقاية من التآكل و التقنيات التجريبية المستخدمة لدراسة التآكل الكهروكيميائي. وأخيرا، تم عرض مفهوم و اهمية إنتاج الغاز الحيوي والهيدروجين من خلال التحلل الضوئي للأحماض الكربوكسيلية ومناقشة آليته. كما إنه تم سرد نتيجة بحث المراجع الحديثة وتجميع لنتائج الدراسات المنشورة عن موضوع الدراسة.
الفصل الثاني: يشمل هذا الباب المواد الكيميائية المستخدمة، التجارب المعملية، أجهزة القياس والطرق المستخدمة فى معالجة ونقل النتائج.
الفصل الثالث: يهدف الى تحضير إغشية رقيقة من تيتانات الإتريوم على سطح الستانليس ستيل 304 كأغشية رقيقة حامية من التآكل. تم دراسة تأثير درجة حرارة على الخصائص التركيبية السطحية والمورفولوجية والكارهة للماء. تم إستخدام ثلاث تقنيات كهروكيميائية لتقييم كفاءة الأغشية الرقية فى حماية الستانليس ستيل من التآكل. وتتلخص النتائج التي تم الحصول عليها في هذا الفصل على النحو التالي:
1. يؤكد تحليل حيود الأشعة السينية XRDتكون طورY2Ti2O7 عند معالجة الاغشية الرقيقة عند 700 درجة مئوية وتزداد التبلور بالمعالجة الحرارية الى 900 درجة مئوية.
2. أظهرت نتائج AFM أن الاغشية الرقيقة من تيتانات الإتريوم على سطح الستانليس ستيل المحضرة عند 900 درجة مئوية قبل و بعد التعرض للاوساط الحامضية (1.0 M HCl) لها معاملات خشونة أقل (Ra = 9.4 nm and Rrms = 11.7 nm) مقارنة بستانليس ستيل غير مطلي بتيتانات الإتريوم (Ra = 18.8 nm and Rrms = 22.7 nm) . مما يؤكد فعالية الاغشية الرقيقة من تيتانات الإتريوم فى حماية سطح الستانيلس ستيل.
3. أوضحت صور الميكروسكوب الالكترونى الماسح SEM التوزيع المتجانس للحبيبات النانومترية لتيتانات الإتريوم على سطح الستانليس ستيل بحيث لا يوجد نتوءات او تصدعات مقارنة بالعينات غير المغطاة بتيتانات الاتريوم مما ساهم في تكوين طبقة رقيقة مدمجة وكثيفة، تقوم هذة الطبقة الرقيقة كغشاء واقى لسطح الستانليس ستيل من اختراق المواد المسببة للتآكل مثل الاوساط الحامضية.
4. أكد تحليل EDS وجود التركيب العنصري للستانليس ستيل بالاضافة الىY2Ti2O7 .
5. كما ان زاوية تلامس قطرة الماء بالسطح زادت قيمتها فى حالة السطح المغطى بتيتانات الاتريوم اذا ما قورن بالاسطح الغير معالجة. مما يثبت زيادة الخصائص الكارهة للماء لسطح الاستانليس ستيل فى وجود طبقة تيتانات الاتريوم مما يؤثر بالإيجاب على قدرة هذة الاغشية الرقيقة على حماية السطح من التاكل.
6. تم تحديد الكفاءة الوقائية لاغشيةY2Ti2O7 عند درجات حرارة مختلفة بواسطة تعديل التردد الكهروكيميائي ومطياف المعاوقة الكهروكيميائية واستقطاب التافيل. كل هذه التقنيات أثبتت أعلى كفاءة وقائية لطلاءاتY2Ti2O7 المعالجة عند 900 درجة مئوية.
الفصل الرابع: يتضمن تحضير حفازات ضوئية نانومترية من تيتانات الاتريوم المطعم بعانصر الانثانيدات بتركيزات مختلفة (Sm وEu وGd)Ln3+: Y2Ti2O7 بطريقة السول جل متبوعة بالمعالجة الحرارية واستخدامها لإنتاج الغاز الحيوي والهيدروجين من حمض الأسيتيك بتقنية التحفيز الضوئى تحت ظروف خاملة. تم توصيف العينات باستخدام الطرق التحليلية المختلفة. و تتلخص النتائج التي تم الحصول عليها في هذا الفصل على النحو التالي:
1- يؤكد تحليل XRD أن جميع المواد النانومترية المحضرة بواسطة sol-gel تحتوي على الطور Y2Ti2O7 . كما يقل قيم الحجم البللوري للحفازات المطعمة كلما زاد تركيز اللانثانيدات.
2- أظهر تحليل TEM تأثير التطعيم على مورفولوجيةY2Ti2O7 النقي المحضر بطريقة sol-gel حيث إن وجود الذرات الشائبة (الانثانيدات) يقلل من التكتل و التجمع وعدم إنتظام البللورات مقارنة بتلك الموجودة في نظيرتها النقية.
3- أثبت تحليل EDS التركيب العنصري لـY2Ti2O7 النقي بالاضافة الى وجود Sm وEu وGd للعينات المطعمة.
4- كشفت قياسات مساحة السطح ان جميع العينات المحضرة ذات مساحة سطحية صغيرة جدا بمتوسط قطر المسام حوالي 35 نانومتر.
5- اثبت تحليل XPS التركيب العنصري وحالة الأكسدة للعناصر الموجودة فى الحفازت الضوئية المحضرة النقية و المطعمة كما أكد وجود كل من OV و Ti3+كعيوب بلورية في العينات النقية و المطعمة. علاوة على ذلك، تم تأكيد وجود اللانثانيدات.
6- كما انة تم إثبات وجود العيوب البلورية المختلفة مثل شواغر الأكسجين (OV) وأيونات Ti3+ من خلال دراسات ESR بالاضافة الى XPS.
7- اظهر قياس طيف الانعكاس للأشعة فوق البنفسجية والمرئية طيف امتصاص واسع وشديد في منطقة الأشعة فوق البنفسجية ترجع الى الامتصاص المباشر لـY2Ti2O7 في جميع الحفازات المحضرة. بالاضافة الى وجود طيف امتصاص ضعيف فى منطقة الضوء المرئى و تظهر بوضوح فى العينات الاتية الأكثر نشاطًا في الثلاث سلاسل المحضرة Y2Ti2O7 :0.03 Sm3+ ، 0.03 Eu3+: Y2Ti2O7 و 0.01 Gd3+: Y2Ti2O7. يرجع هذا الامتصاص الى العيوب البللورية مثل (OV و+Ti3).
8- تم تحديد التشوه البللورى للحفازات المحضرة باستخدام حساب طاقة أربخ. تؤكد النتائج أن Y2Ti2O7 0.03 Sm3+:، 0.03 Eu3+: Y2Ti2O7 و 0.01 Gd3+: Y2Ti2O7 تتمتع بدرجة عالية من التشوه البللورى.
9- أظهرت قياسات طيف الانبعاث الضوئى (PL) أن 0,03 مول Sm3+ و 0,03 مول +Eu3 و0,01 مول Gd3+ هى التركيزات المثلى التى عندها يحدث تحسين كفاءه فصل الالكترونات عن الفجوات بصورة فعالة.
أستخدمت هذه الحفازات الضوئية فى إنتاج الوقود الحيوي وغاز الهيدروجين من خلال الحفز الضوئي لتكسير حمض الأسيتيك في ظروف خاملة. اثبتت النتائج ان اعلى نشاط حفزى لتوليد الوقود الحيوي والهيدروجين في العينات الاتية Sm3+: Y2Ti2O7 0.03 ، 0.03 Eu3+: Y2Ti2O7 و0.01 Gd3+: Y2Ti2O7. و هذا يرجع الى وجود العيوب البللورية و قدرة اللانثانيدات على فصل الالكترونات عن الفجوات بفاعلية. تم إقتراح آلية الحفز الضوئي للعوامل الحفازة المحضرة فى ضوء ما توصلنا اليه من نتائج.