۱-۲-۲ فوتوکاتالیزور ZnO:
اکسید روی یک ماده شیمیایی نامحلول در آب و محلول در اسیدها و قلیاهاست. از نظر ظاهری پودرسفید رنگ و در مواردی کریستالی است. ساختار شش گوشه ای آن در شکل (۱- ۹) نشان داده شده است. ساختار مولکولی آن به صورت هگزاگونال و متقارن است که در تقسیم بندی جامدات بلوری به طور ویژه دردسته ورتزیت ها^[۱۶]قرار می گیرد [۴۱]. اکسید روی در طبیعت به صورت معدنی اکسید روی قرمز رنگ وجود دارد [۴۲].

شکل (۱-۹) ساختار شش گوشه ای ZnO
ZnO یک ماده ترموکرومیک است، یعنی با گرم کردن به رنگ زرد درمی آید و دوباره با سرد شدن به رنگ سفید بازمی گردد. کریستالهای ZnO وقتی در معرض نورUV قرار می گیرند سفید باقی می مانند. در دمای حدودC1975تجزیه می شوند. اکسید روی کریستالی دارای خواص پیزوالکتریک است]۴۳[.
اکسید روی در صنایع دارویی، تهیه بیوسنسور^[۱۷][۴۴]، مواد الکترونیک و نیمه رساناها مورد استفاده قرار
میگیرد. درصنایع غذایی به عنوان افزودنی [۴۵] در صنایع شیمیایی و به طور ویژه در صنایع رنگ سازی به عنوان رنگدانه به کار می رود [۴۶ و۴۷].
اکسید روی نیمه رسانایی با انرژی باند گپ ۲/۳ تا ۳۷/۳ الکترون ولت، در دمای اتاق است. دراکثر موارد اکسید روی در دسته نیمه رساناهای نوع n^[18] قرارمی گیرد [۴۸-۵۰].
دو خاصیت مهم اکسید روی که آن را در زندگی بسیار مفید می سازد، خواص فوتوکاتالیستی و فوق آبدوستی آن است. از این دو خاصیت برای تصفیه آب و فاضلاب ها، حذف آلودگی هوا و ساختمان ها، تسریع واکنش فوتوشیمیایی مانند تولید هیدروژن و لایه های ضد مه و شیشه های خود تمیز شونده استفاده می شود.

اکسید روی را به وسیله وقوع پدیده های فوتوالقایی در آن توصیف می کنند.این پدیده ها شامل پدیده فوتوکاتالیستی، فوق آبدوستی و فوتو ولتاییک است.
درتوصیف خواص فوتوکاتالیستی،این ماده در بر خورد با مولکول های آلوده کننده آب، هوا و خاک که عموماً مولکول های آلی کربنی هستند، آنها را تجزیه کرده و به مواد غیر آلی دی اکسید کربن، آب و آنیون های معدنی بی ضرر تبدیل می کند. یک فوتوکاتالیست نیمه رسانای ایده آل باید از نظر بیولوژیکی و شیمیایی خنثی باشد، پایداری فوتوکاتالیستی داشته باشد، به سادگی تولید و مورد استفاده قرار گیرد، بطور موثری توسط نور خورشید فعال شود، بطور موثر واکنش ها را کاتالیز نماید، ارزان باشد و هیچ خطری برای انسان و محیط زیست نداشته باشد. بیشترین استفاده فوتوکاتالیست ها تجزیه فوتونی ترکیبات آلی است.
از اکسید روی به عنوان فوتوکاتالیست در رفع آلودگی های (ضد عفونی) محیطی گوناگون مانند مواد آلی، ویروس ها، باکتری ها، قارچ ها، جلبک ها و سلول های سرطانی استفاده می شود و می توان آنها را بطور کامل تجزیه کرده و تبدیل به مواد غیر آلی دی اکسید کربن و آب و آنیون های غیر آلی بی ضرر نماید. این کارایی به اکسیداسیون بالای حفره ها و رادیکال های هیدروکسیل که به عنوان عوامل اکسیداسیون قوی شناخته می شوند نسبت داده می شود.خاصیت دیگری که این ماده از خود نشان می دهد خاصیت فوق آبدوستی آن است. این خاصیت که با خاصیت فوتوکاتالیستی رابطه تنگاتنگ دارد باعث پدیده خود تمیز شوندگی می شود. به همین دلیل لایه ی نازک از این ماده را روی سطح شیشه کاشی و بعضی ظروف می نشانند تا مانع از کثیف شدن آنها شوند. با تابش UVبه سطح فوتوکاتالیست، می توان آمیزه ای از خاصیت فوق آب دوستی را در سرتاسر سطح ایجاد کرد و باعث پهن شدن آب شد. این فوق آب دوستی فتوولتایی به همراه فعالیت فوتوکاتالیستی، دو پدیده هایی هستند که پایه مشترک دارند؛ یعنی آلاینده های سطح بوسیله نور تجزیه شده و بوسیله آب شسته خواهند شد. یک کاربرد مناسب از این خاصیت شیشه های خود تمیز شونده است.
هرچند بررسی ها نشان دادند که فوتوکاتالیزور TiO₂بهترین فوتوکاتالیزور است و قابلیت حذف انواع سموم و آلوده کننده ها را از پساب ها دارد [۵۱-۵۳].با این وجود استفاده گسترده از TiO₂(دراشل های صنعتی) مقرون به صرفه نیست، بنابراین توجهات به سمت یک جایگزین مناسب برای آن معطوف شد. دراین راه مطالعات زیادی جهت بررسی قدرت فوتوکاتالیزوری سایر نیمه رساناها از قبیلZrO₂ ، ZnO،CdS وSnO₂ انجام شد [۵۴-۵۸].
ازاین میان،ZnO بیشترین کارآیی را از خود نشان داد، به طوریکه حتی در برخی موارد نتایج مطلوب تری نسبت به TiO₂بدست داده است [۵۵ و۵۷]. مکانیسم اثرZnO مشابه با TiO₂است [۵۹].
بزرگترین مزیت آن نسبت به TiO₂، توانایی بیشتردرجذب تابش است، به همین دلیل ازZnOبیشتر در تخریب های نوری که منبع تابش نورطبیعی باشد، استفاده می شود [۶۰].
در حقیقت بنابر گزارشات زیر اثبات شده که پودر ZnO تأثیر فوتوکاتالیزوری زیادتری نسبت به TiO₂دارد [۵۷ و ۷۱]. فوتواکسیداسیون ۲- فنیل فنول و اکسایش فوتونی فنول ها [۶۵] در تخریب Pesticide carbetamide and Herbicide triclopyr نسبت به TiO₂.
Lizamatel و همکارانش [۷۴] گزارش کرده اند که ZnO فعالیت کاتالیزوری بیشتری از TiO₂در تخریب فوتوکاتالیزوری C. I. Reactive Blue19 دارد.
نور خورشید برای تخریب فوتوکاتالیزوری C. I. Reactive Blue4 توسط Neppolianetal [25] در یک رآکتور دوغابی گزارش شد. تخریب رنگ در یک PH قلیایی و در حضور پرسولفات و یون کربنات انجام شد. بهینه مقدار کاتالیست ZnO، mg400 در ۱۰۰ میلی لیتر محلول گزارش شد.
Pandurga Genetal [75] تخریب فوتوکاتالیزوری رنگ Auramine O، با بهره گرفتن از ZnO تحت نور خورشید مورد مطالعه قرار گرفت. فرایند طبق سینتیک درجه اول پیگیری شد. ثابت سرعت با افزایش در غلظت اولیه رنگ کاهش یافت.
PH پایین مناسبتر از بقیه گزینه ها بود حضور Fenton’s reagent نیز سبب شتاب دادن به سرعت تخریب شد و معدنی شدن با بهره گرفتن از کاهش COD محلول مشخص شد. تخریب C. I. Acid Green 16 مطالعه شد به وسیله Sakthiveletal [78] با بهره گرفتن از ZnO تحت تابش قرار گرفته با نور خورشید در این جا تأثیر تخریب فوتونی با افزایش در غلظت اولیه رنگ کاهش می یابد، بهینه مقدار کاتالیزور mg250 در ۱۰۰ میلی لیتر بود.
Poulios and Tsachpinis [79] برای تخریب C. I. Reactive Black 5 با بهره گرفتن از نیمه رسانا اکسید فلزی مختلف مثل TiO₂ (P-25 Degussa) و  و  چهار لامپ موازی فلورسانت به عنوان منبع نور UV استفاده شد و خاصیت رنگبری  از همه کندتر و ZnO از همه تندتر می باشد و فعالیت فوتوکاتالیزوری ماکزیمم در PH حدود ۶ است. سرعت تخریب طبق رابطه هینشل وود ـ لانگمایر از معادله درجه اول پیروی می کند.
Poulios etal [80] تخریب فوتوکاتالیزوری Auramine O در یک سوسپانسیون محلول ZnO و TiO₂ تحت منبع تابش UV توسط چهار لامپ به صورت موازی w18 مورد بررسی قرار گرفتند. معدنی کردن فرایند با بهره گرفتن از ZnO سریعتر انجام می شود. PH از ۶/۲ تا ۸/۲ افزایش می یابد.
در چنین موردی، سرعت تخریب آلودگی ZnO سریعتر از TiO₂(P25) می باشد [۷۹ و ۸۰]. یک نوع از مکانیسم های شامل کاربرد اکسید روی به عنوان فوتوکاتالیست در ادامه آمده است.
تخریب فوتوکاتالیزوری ماده آلی در محلول آبی با برانگیخته شدن نوری نیمه رسانا آغاز می شود و با تولید جفت الکترون حفره در سطح کاتالیزور ادامه می یابد (معادله۱-۲۱). پتانسیل بالای اکسیداسیون حفره در کاتالیست منجر به بروز فرایند اکسیداسیون مستقیم و تولید حد واسط های فعال می شود (معادله۱-۲۲).
از طرفی تخریب مولکولهای آب، رادیکال های بسیار فعال هیدروکسیل را تولید می کنند(معادله ۱-۲۳). این رادیکال های فعال هیدروکسیل که اکسید کننده های قوی و غیرانتخابی هستند (E=+3/06V)، می توانند محصول بر همکنش بین حفره وOHباشند (معادله ۱-۲۴)، محصول اکسیداسیون معدنی شدن جزئی یا کامل ترکیبات آلی می شوند. الکترون های موجود درلایه هدایت مولکول اکسیژن به آنیون سوپراکسید کاهش
می یابند (معادله ۱-۲۵).
این رادیکال ها به ترتیب طبق معادلات (۱-۲۶) و (۱-۲۷) در حضور آلودگی های آلی به پراکسیدهای آلی یا هیدروژن پراکسید تبدیل می شوند [۷۳]. انتقال الکترونی که منجر به انجام واکنش می شود در شکل (۱-۱۰) نشان داده شده است .
(۱-۲۱)
(۱-۲۲)
(۱-۲۳)
(۱-۲۴)
(۱-۲۵)
(۱-۲۶)
(۱-۲۷)
شکل (۱-۱۰) مکانیسم فوتوکاتالیزوری با حضور نیمه رسانای ZnO
رنگ رودامین B(Rhodamine B)
رودامین از دسته رنگهای زانتن و سنتزی و بسیارسمی است این رنگ ازترکیبات ناجور کننده استروژن است بدلیل اثرات خطرناک و سرطان زایی به خصوص سرطان سینه باید ازپساب های صنعتی و فاضلاب ها حذف شود.
رودامین B در صنعت نساجی، صنعت چرم، داروسازی (در ساخت قرص و کپسول ها)، به عنوان رنگ افزودنی در لوازم آرایشی به کار می رود و همچنین در گذشته به عنوان رنگ غذایی مورد استفاده قرار گرفته است امروزه با توسعه ی روز افزون چاپ رنگی موارد استفاده آن بالا رفته است.
استعمال خوراکی آن سبب سوزش چشم و پوست و همچنین مشکلات تنفسی می شود. اثرات سرطان زایی، سمی های شدید و مشکلات عصبیآن بر روی موجودات زنده به اثبات رسیده است. ورود آن به چرخه ی محیط زیست اثرات سمی طولانی مدت ایجاد میکند.این رنگدانه بصورت کریستال های براق سبز ارغوانی است که به خوبی در آب و الکل حل میشود و رنگ آن به صورتی تغییر میکند.از دیگر موارد کاربردرودامین B ، به عنوان رنگدانه ردیاب درآب برای تعیین سرعت و هدایت جریان نیز است. این رنگدانه خاصیت فلورسانس کنندگی خوبی دارد و در بیوتکنولوژی نیز کاربرد دارد . برای نگه داری از آن باید از ظروف شیشه ای استفاده کرد زیرا براحتی جذب ظروف پلاستیکی میشود.
نام آیوپاک این ترکیب شیمیایی ]۹- ( ۲- کربوکسیفنیل)-۶-(دی اتیل آمینو)- ۳-زانتن ایلیدن] -دی اتیل آمونیوم کلراید است. رودامین Bرا رودامین ۶۱۰ نیز مینامند. فرمول مولکولی این رنگدانه C₂₈H₃₁ClN₂O₃
و جرم مولی ان ۲٫/۴۷۹ میباشد. نقطه ذوب آن ۲۱۱-۲۱۰ درجه سانتی گراد است. ۲ پیک جذبی در دو طول موج nm 354 و nm549 دارد. رودامین Bاز دسته رنگدانه های کاتیونی است که ساختار آن در شکل زیر نشان داده شده است.
ساختار رودامین B
فصل دوم
بررسی متون و مطالعات دیگران در این زمینه

۲-۱ مقدمه
رنگ امواج الکترومغناطیسی است که در محدوده مرئی طیف بین طول موج های ۲۸۰ تا ۷۶۰ نانومتر قرار دارد و دارای دو اثر روانی و فیزیکی است. مواد رنگ زا موادی هستند که برای رنگ کردن یک کالا به کار می روند. مواد رنگ زا از دیرباز مورد استفاده قرار می گرفتند تا جایی که می توان گفت ایرانیان قدیم، مصری ها و حتی رومی ها در این زمینه متبحر بودند. در گذشته مواد رنگ زای کاربردی (در اکثریت موارد) ریشه گیاهی یا حیوانی داشتند. به عنوان مثال می توان به قرمزدانه (موجود در انواع خاصی از کرم ها) و ایندیگوتین (موجود در گونه خاصی از حلزون) اشاره کرد. این رنگ های طبیعی از ثبات خوبی برخوردار بودند به همین دلیل در الیاف پروتئینی (الیاف پشم و ابریشم) بسیار مورد استفاده قرار می گرفتند تا جایی که فرش های دست باف ایرانی هنوز در جهان طرفداران زیادیدارد.
اما با این همه کاربرد رنگ های طبیعی خالی از مشکل نبود. به عنوان مثال تهیه این رنگ ها حتی در مقیاس های جزیی نیاز به مواد گیاهی یا حیوانی فراوانی داشت. (یک گرم ماده رنگ زای ایندیگوتین به ۹ هزار حلزون نیاز داشت.) یا هزینه سنگین این رنگ ها آنها را متعلق به قشر خاصی می کرد. اما در سال ۱۹۶۷ این مشکل تا حدودی حل شد و تحول جدیدی در صنعت رنگ به وقوع پیوست.
در این سال دانشجویی به نام «پرکین» تصادفاً رنگی مصنوعی به نام مووین ساخت که از ویژگی های متعددی برخوردار بود از قبیل درخشندگی فراوان، رنگ آمیزی راحت تر و قابلیت تهیه و کاربرد آسان. از این زمان به بعد رنگ ها سیر تکاملی بیشتری را طی کرده و فرمول های شیمیایی جدیدتری ساخته شدند، تا جایی که امروزه تقسیم بندی های مختلفی برای انواع رنگ های مصنوعی نظیر رنگ های آلی و معدنیقائل شده اند، اما این تحولات جدید که می خواست بشر را به یک آسودگی نزدیک کند، چندان هم بدون مشکل نبودند.