چنین اثراتی، رنگ مواد ( به علت تغییر ماکزیمم جذبی نوری) و خواص فوتوکاتالیزوری را تغییر می دهد. انتقال انرژی در باند گپ ∆E به عنوان تابعی از اندازه ذره توسط مدل محدود شده سه بعدی به دست می آید.
(۲-۱۶)
که R شعاع ذره و m_e^* و m_h^*جرم های مؤثر الکترون ها و حفره ها وε ثابت دی الکتریک و E_RY انرژی مؤثر ریدبرگ داده شده به عنوان  می باشد. عبارت اول در معادله موقعیت های انرژی را نشان می دهد، عبارت دوم جاذبه کولمبی و عبارت سوم اثر مرتبط را نشان می دهد. ∆E یک جابجایی آبی در باند گپ ذره را نشان می دهد.
(۲-۱۷) E_TE = E+ E_g^bu
E_TE انرژی انتقال (باند مؤثر) را برای ذره تعیین می کند. افزایش در باند گپ مؤثر و در نتیجه جابجایی آب در جذب برای نیمه هادی هایی با باند گپ کوچک قابل ملاحظه می شود. این اثر باعث می شود پتانسیل احیای حفره های باند ظرفیت و الکترون های باند هدایت افزایش یابد و در نتیجه واکنش های فوتوکاتالیزوری که ممکن است در مورد توده ای صورت نگیرد، به آسانی انجام شود. با این وجود به علت افزایش نوار گپ فوتونی با انرژی فوتونی با انرژی بالاتر برای تهییج الکترون به نوار هدایت مورد نیاز است که این کاربرد از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نیست و به همین دلیل اصلاحاتی برای کاهش نوار گپ بر روی آن انجام می شود ]۴۱-۴۴[.

۲-۱۱-۲ اثرات افزایش مساحت سطح
با کوچک شدن ذرات نسبت سطح به حجم آن ها افزایش پیدا کرده و تعداد اتم ها روی سطح و نیز نقص های روی سطح افزایش پیدا می کند.برای یک واکنش فوتوکاتالیزوری ویژه با افزایش مساحت سطح مولکول های بیشتری می توانند بر روی سطح نیمه هادی جذب سطحی شده و این فعالیت میزان فرایند فوتوکاتالیزوری را افزایش می دهد.
از طرف دیگر وجود نقص های بیشتر بر روی سطح باعث می شود این نقص ها به عنوان مراکز بازترکیب الکترون و حفره عمل نموده و فعالیت فوتوکاتالیزوری کاهش پیدا کنند و بنابراین رقابت دو مورد بالا باعث می شود تا نیمه هادی ها در اندازه ویژه ای، بهترین خاصیت فوتوکاتالیزوری را از خود نشان دهند.
به عنوان مثال وانگ^[۴۲]۱ و همکارانش اندازه بهینه ای برای نانوذرات TiO₂ با ماکزیمم بازدهی فوتوکاتالیزوری در فرایند تجزیه کلروفرم پیدا کردند. آن ها مشاهده کردند هنگامی که اندازه ذرات از nm21به nm11می رسد فعالیت فوتوکاتالیزوری افزایش می یابد، اما کاهش اندازه بیشتر بهnm 6فعالیت فوتوکاتالیزوری را کاهش می دهد ]۴۱-۴۳[.
فصل سوم
روش کار و مواد مورد استفاده
۳-۱ مواد شیمیایی مورد استفاده
۳-۱-۱ آلاینده مورد استفاده
آلاینده مورد بررسی رنگ رودامین B به فرمول شیمیایی C₂₈H₃₁ClN₂O₃از شرکت SIGMA Aldrich آلمانخریداری شد و بدون خالص سازی مورد استفاده قرار گرفت.
۳-۱-۲ ترکیبات شیمیایی
تیواوره (C₃H₆N₂S)، سولفات روی (ZnSO₄)،سدیمهیدروکسید (NaOH)، هیدروکلریک اسید (HCl)، هیدروژن پراکسید (H₂O₂)، پتاسیم پراکسودی سولفات (K₂S₂O₈)، آمونیوم کلراید (NH₄Cl)، سدیم کلراید (NaCl)، سدیم سولفات (Na₂SO₄)، سدیم نیتریت (NaNO₃)، سدیم کربنات (Na₂CO₃)، پتاسیم یدات (KIO₃)، پتاسیم برمات (KBrO₃) و۲- پروپانول همگی از شرکت Merck تهیه شده اند.
۳-۱-۳ فوتوکاتالیزورها
فوتوکاتالیزور ZnO آلوده شده با C,N,S سنتز شده در آزمایشگاه با سایزذرات ۱۲٫۶۲ nm با سطح مقطع m²/g50و درصد خلوص %۹۰، ZnO آلوده شده با Cu سنتز شده در آزمایشگاه،ZnO سنتز شده به روش pechini در آزمایشگاه،TiO₂ تجاری مورد استفاده “Degussa-P25″ با سایز ذرات nm30 و با مساحت m²/g50 از شرکت Merck و فوتوکاتالیزور SnO₂ از شرکت Merck خریداری شده اند و بدون خالص سازی بیشتر مورد مطالعه قرار گرفتند.
۳-۲ دستگاه های مورد استفاده
۳-۲-۱ طیف سنج ماوراء بنفش ـ مرئی (UV-Vis)
پیشرفت واکنش ها توسط دستگاه (UV-Vis) مورد بررسی قرار گرفت. دستگاه به کار رفته JENWAY مدل (۶۴۰۵) بود.
۳-۲-۲ سانتریفیوژ
برای جدا کردن فوتوکاتالیزور پودری از مخلوط ناهمگن از دستگاه سانتریفیوژ KOKUSAN مدل H-11n استفاده گردید.
۳-۲-۳ ترازوی دیجیتال
جهت توزین مواد در مراحل مختلف از ترازوی دیجیتال آلمانی Sartious به مدل AND HR-200 با دقت ۰۰۰۱/۰ استفاده شد.
۳-۲-۴ دستگاه آب مقطرگیری
جهت تهیه آب مقطر مورد استفاده جهت تهیه محلول ها از دستگاه GFL 2001/4 استفاده شد.
۳-۲-۵ PH متر
جهت تنظیم و کنترل PH محلول از دستگاه PH متر Metrohmمدل (۸۲۷) استفاده شد.
۳-۲-۶ راکتور فتوشیمیایی
تخریب فوتوکاتالیزوری در دستگاهی که در شکل (۳-۱) نشان داده شده انجام گردید. محفظه چوبی دستگاه دارای ابعاد ۷۵×۶۰×۹۰ سانتی متر است که یک لامپ پرفشار جیوه با قدرت ۴۰۰ وات در آن تعبیه شده است. درون راکتوریک همزن مغناطیسی قرار دارد و برروی آن یک بشری به حجم دو لیتر وجود دارد که به وسیله دوراه ورودی و خروجی به حمام ترموستاتی (HaakE مدل F122) مرتبط می باشد. آب با دمای معین از مخزن حمام ترموستاتی به وسیله پمپ به داخل بشر فرستاده می شود و با پرشدن آب از لوله خروجی دوباره به مخزن ترموستات بر می گردد و به این وسیله به طور دائم دمای محیط ثابت نگهداشته می شود.سل تهیه شده دارای قطری حدود ۳ سانتی متر و ارتفاع ۱۰ سانتی متر است. این سل ها درون بشر دولیتری قرار دارند و مخلوط واکنش توسط همزن مغناطیسی هم زده می شود.در انتهای محفظه یک دستگاه تهویه هوا دقیقاً در زیر لامپ قرار گرفته است و تأمین کننده هوای محفظه می باشد طراحی محفظه به طوری است که از نفوذ نور به بیرون جلوگیریمی شود.
شکل (۳-۱) شمای دستگاه فوتوشیمیایی برای انجام واکنش های فوتوکاتالیزوری
قسمتهای مشخص شده در شکل عبارتند از :
۱- لامپ ۴۰۰ وات جیوه پرفشار
۲- محفظه واکنش فوتوکاتالیزوری
۳- خنک کننده
۴- همزن مغناطیسی
۵- بشر آب
۶- سل واکنش
۷- دستگاه تنظیم کننده دمای آب
۳-۳ نرم افزار مورد استفاده
۳-۳-۱ نرم افزار Minitab 15
برای طراحی آزمایش و بدست آوردن شرایط بهینه به روش تاگوچی از نرم افزار Minitab استفاده گردید.
۳-۴ سنتز فوتوکاتالیست ZnO/C,N,S
تیواوره وسولفات روی مواد اولیه برای سنتز این فوتوکاتالیست میباشند.فوتوکاتالیست ZnO/C,N,S طی مراحل زیر در آزمایشگاه سنتز شد:
۱٫به حجم رساندن ۷۵/۴ گرم از تیواوره و ۱۲/۱۱ گرم سولفات روی در یک بالن به حجم ml250.
۲٫محلول حاصل را به یک بشر منتقل کرده و به مدت ۳ ساعت روی همزن قرار می دهیم.
۳٫برای تنظیم PH محلول به آن آمونیاک اضافه می کنیم تا PH آن برابر با ۷ شود.
۴٫پس از آن محلول برای ۲ساعت دیگر استیر شده سپس رسوبات آن صاف می گردد.