[go: up one dir, main page]

RU2469788C1 - ФОТОКАТАЛИЗАТОР НА ОСНОВЕ НАНОРАЗМЕРНОЙ η-МОДИФИКАЦИИ ДИОКСИДА ТИТАНА - Google Patents

ФОТОКАТАЛИЗАТОР НА ОСНОВЕ НАНОРАЗМЕРНОЙ η-МОДИФИКАЦИИ ДИОКСИДА ТИТАНА Download PDF

Info

Publication number
RU2469788C1
RU2469788C1 RU2011122526/04A RU2011122526A RU2469788C1 RU 2469788 C1 RU2469788 C1 RU 2469788C1 RU 2011122526/04 A RU2011122526/04 A RU 2011122526/04A RU 2011122526 A RU2011122526 A RU 2011122526A RU 2469788 C1 RU2469788 C1 RU 2469788C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
titanium dioxide
modification
tio
nanosized
decomposition
Prior art date
Application number
RU2011122526/04A
Other languages
English (en)
Inventor
Елена Владимировна Савинкина
Любовь Николаевна Оболенская
Галина Михайловна Кузьмичева
Андрей Викторович Дорохов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова" (МИТХТ им. М.В.Ломоносова)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова" (МИТХТ им. М.В.Ломоносова) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова" (МИТХТ им. М.В.Ломоносова)
Priority to RU2011122526/04A priority Critical patent/RU2469788C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2469788C1 publication Critical patent/RU2469788C1/ru

Links

Images

Landscapes

  • Catalysts (AREA)

Abstract

Изобретение фотокатализатора. Описан фотокатализатор на основе диоксида титана, характеризующийся тем, что в качестве диоксида титана применяют наноразмерную метастабильную η-модификацию диоксида титана с площадью удельной поверхности 4,5-16 м2/г. Технический результат - повышение фотокаталитической активности. 2 табл., 9 ил., 4 пр.

Description

Изобретение относится к фазовому составу и способу приготовления титаноксидного катализатора, применяемого преимущественно для фотокаталитической очистки воды, загрязненной молекулярными примесями органического происхождения.
Известны фотокатализаторы на основе рутильной и анатазной модификаций диоксида титана [Kazuhito Hashimoto, Hiroshi Irie, and Akira Fujishima, TiO2 Photocatalysis: A Historical Overview and Future Prospects, AAPPS Bulletin December 2007, Vol.17, No.6, 12-29]. Однако скорости реакций разложения органических веществ с их участием являются недостаточно высокими.
Наилучшие результаты для разложения метилового оранжевого с помощью промышленного катализатора Degussa P25 (содержит анатаз и рутил в отношении 3:1) были достигнуты при pH 3, начальной концентрации красителя не более 50 мг/л, содержании катализатора 0.8 г/л; в этих условиях полное разложение красителя было достигнуто за 5 ч [Guettaї N., Ait Amar H. Photocatalytic oxidation of methyl orange in presence of titanium dioxide in aqueous suspension. Pan 1: Parametric study. // Desalination. 2005. V.185 №1-3. PP.427-437]. В случае метиленового синего степень разложения 92.3% была достигнута за 160 мин при использовании наноразмерного (22.5 нм) анатаза при pH 2, концентрации красителя 0.20 г/л и содержании катализатора 1.5 г/л [Jun Yao and ChaoxiaWang, Decolorization of Methylene Blue with TiO2 Sol via UV Irradiation Photocatalytic Degradation, International Journal of Photoenergy, 2010, Volume 2010, Article ID 643182, 6 pages].
Наиболее близким техническим решением является фотокатализатор на основе анатазной модификации диоксида титана с размером частиц менее 20 нм, обработанный в смеси с красителем с помощью ультразвука в течение 10 мин; при концентрации красителя 0.2 ммоль/л и содержании катализатора 0.4 г/л полное разложение метилового фиолетового достигнуто за 75 мин, метиленового синего - за 105 мин, метилового красного, родамина Б, суданового синего и метилового оранжевого - за 120 мин [Azarmidokht Hosseinnia, Mansoor Keyanpour-Rad and Mohammad Pazouki, Photo-catalytic Degradation of Organic Dyes with Different Chromophores by Synthesized Nanosize TiO2 Particles, World Applied Sciences Journal 8(11): 1327-1332. 2010].
В патенте [United States Patent Application Publication. US 2006/0171877) описан фотокатализатор на основе диоксида титана, в котором в качестве диоксида титана применяют наноразмерную η-модификацию диоксида титана с размером кристаллов от 10 до 50 Ǻ, удельной поверхностью 290-320 м2/г, объемом пор 0.36-0.40 см2/г и содержанием поверхностных гидроксильных групп около 2,7 ммоль/г. Результаты каких-либо исследований фотокаталитической активности в данном патенте не приводятся.
Технический результат изобретения заключается в повышении фотокаталитической активности диоксида титана.
Технический результат достигается путем использования в качестве фотокатализатора разложения органических красителей в широком интервале значений pH (1-8) при концентрации красителя 0.33-1.04 ммоль/л и содержании катализатора 2.5-5 ммоль/л диоксида титана наноразмерной η-модификации, отличающегося от применявшихся ранее метастабильностью (фиг.7, 8), меньшим размером частиц (8-14 нм), а также большей гидратированностью и гидроксилированностью поверхности, по сравнению с прототипом (фиг.8, 9). Содержание поверхностных гидроксильных групп более 3 ммол/г (фиг.8, 9).
Наноразмерную η-модификацию диоксида титана (η-TiO2) получали способом, описанным в [United States Patent Application Publication. US 2006/0171877], при этом для более полного осаждения диоксида титана и улучшения его фотокаталитических свойств смешивали порошкообразный оксисульфат титана (IV), сольватированный водой и серной кислотой, (TiOSO4·xH2SO4·yH2O) с водой при массовом отношении TiOSO4·xH2SO4·yH2O:H2O=1:(3,5-6,5), температуре 75-97°C, а в качестве коагулянта использовали раствор хлорида калия при его содержании 1,5-4 моль/л в конечном объеме реакционной смеси.
Фазовый состав и размер кристаллитов (областей когерентного рассеяния) в полученных образцах контролировали традиционным рентгенографическим методом (фиг.1, табл.1), размер наночастиц - методом малоуглового рентгеновского рассеяния, морфологию - методами сканирующей (фиг.2) и просвечивающей электронной микроскопии с электронографией (фиг.3), характеристики микроструктуры - методом Брунауэра-Эммета-Теллера, содержание поверхностных групп -OH - методом дифференциальной сканирующей калориметрии (фиг.8, 9).
Характеристики образцов с наноразмерной η-модификацией диоксида титана:
Таблица 1
Рентгенометрические данные
d, Ǻ (межплоскостные расстояния) I, % (относительная интенсивность):
18.86 60
3.526 100
2.711 15
2.365 10
1.877 30
Размер кристаллитов (области когерентного рассеяния): 3-6 нм
Размер наночастиц: 8-14 нм
Размер микрочастиц: 200-300 нм
Удельная поверхность: 4.5-16 м2
Объем пор: 0.001-0.03 см3
Содержание поверхностных групп -OH: 10-21 ммоль/г
В примерах приведены результаты по фотокаталитическому разложению с помощью η-TiO2 таких соединений, как органические красители метиловый оранжевый, метиленовый синий и ксиленоловый оранжевый, под действием УФ-облучения (облучатель УФО-В-4, λ=250-400 нм, E=3.11-4.97 эВ, объем реакционной смеси 50 мл, площадь облучения 0.09 м2, постоянное перемешивание реакционной смеси) (табл.2).
Полное разложение метилового оранжевого происходит за 70-110 мин, метиленового синего - за 115-180 мин без предварительной обработки реакционной смеси и за 60-95 мин после обработки ультразвуком (фиг.4). Константа скорости реакции не уменьшается при повторном использовании образцов η-TiO2 (фиг.5). Установлено, что фотокаталитическая активность образцов η-TiO2 резко возрастает с повышением pH среды в реакционной смеси (фиг.6). В широком интервале pH фотокаталитическая активность образцов η-TiO2 существенно выше, чем ранее описанных фотокатализаторов (табл.2, фиг.6).
Пример 1.
Порошкообразный диоксид титана η-модификации смешивают с 1.04 М раствором индикатора метилового оранжевого при массовом содержании η-TiO2, равном 0.4 г/л, и pH реакционной смеси 2-3, перемешивают магнитной мешалкой в течение 30 мин, затем, не прекращая перемешивания, облучают УФ-лампой в течение 60 мин до полной деструкции хромофорной группировки, устанавливаемой по исчезновению пика поглощения на длине волны 492-510 нм. Константа скорости реакции разложения равна 0.077 мин-1.
Пример 2.
Порошкообразный диоксид титана η-модификации смешивают с 0.33 М раствором индикатора метиленового синего при массовом содержании η-TiO2, равном 0.4 г/л, и pH реакционной смеси 2-3, диспергируют ультразвуком в течение 3 мин, затем, при перемешивании, облучают УФ-лампой в течение 85 мин до полной деструкции хромофорной группировки, устанавливаемой по исчезновению пика поглощения на длине волны 620-650 нм. Константа скорости реакции разложения равна 0.017 мин-1.
Пример 3.
Порошкообразный диоксид титана η-модификации смешивают с 0.33 М раствором индикатора метиленового синего при массовом содержании η-TiO2, равном 0.4 г/л, и pH реакционной смеси 7-9, перемешивают магнитной мешалкой в течение 30 мин, затем, не прекращая перемешивания, облучают УФ-лампой в течение 114 мин до полной деструкции хромофорной группировки, устанавливаемой по исчезновению пика поглощения на длине волны 620-650 нм. Константа скорости реакции разложения равна 0.040 мин-1.
Пример 4.
Порошкообразный диоксид титана η-модификации смешивают с 0.66 М раствором индикатора метиленового синего при массовом содержании η-TiO2, равном 0.4 г/л, и pH реакционной смеси 7-9, перемешивают магнитной мешалкой в течение 30 мин, затем, не прекращая перемешивания, облучают УФ-лампой в течение 95 мин до полной деструкции хромофорной группировки, устанавливаемой по исчезновению пика поглощения на длине волны 620-650 нм. Константа скорости реакции разложения равна 0.050 мин-1.
Таблица 2
Фотокаталитическая активность образцов катализатора с η-TiO2 (k - константа скорости реакции разложения красителя: 1 - метиловый оранжевый, 2 - ксиленоловый оранжевый, 3 - метиленовый синий)
Образец k, мин-1
1 2 3
pH 2 pH 3.5 pH 5 pH 8 pH 3.5 pH 2 pH 3.5 pH 8
1 0.034 0.053 0 0.038
2 0.017
3 0.037 0.046
4 0.016 0 0.027
5 0.067 0.055
6 0.077
7 0.043
8 0.019 0.025 0 0.032
Degussa P25 (анатаз: рутил ~3:1) [1] 0.0142 0.0086 0.0026 0.0011
Hombikat UV-100 (анатаз) [1] 0.0056
Анатаз [2] 0.016 0.0014
Анатаз [3] 0.0083 0.0095
Источники информации
Figure 00000001

Claims (1)

  1. Фотокатализатор на основе диоксида титана, отличающийся тем, что в качестве диоксида титана применяют наноразмерную метастабильную η-модификацию диоксида титана с площадью удельной поверхности 4,5-16 м2/г.
RU2011122526/04A 2011-06-03 2011-06-03 ФОТОКАТАЛИЗАТОР НА ОСНОВЕ НАНОРАЗМЕРНОЙ η-МОДИФИКАЦИИ ДИОКСИДА ТИТАНА RU2469788C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011122526/04A RU2469788C1 (ru) 2011-06-03 2011-06-03 ФОТОКАТАЛИЗАТОР НА ОСНОВЕ НАНОРАЗМЕРНОЙ η-МОДИФИКАЦИИ ДИОКСИДА ТИТАНА

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011122526/04A RU2469788C1 (ru) 2011-06-03 2011-06-03 ФОТОКАТАЛИЗАТОР НА ОСНОВЕ НАНОРАЗМЕРНОЙ η-МОДИФИКАЦИИ ДИОКСИДА ТИТАНА

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2469788C1 true RU2469788C1 (ru) 2012-12-20

Family

ID=49256448

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011122526/04A RU2469788C1 (ru) 2011-06-03 2011-06-03 ФОТОКАТАЛИЗАТОР НА ОСНОВЕ НАНОРАЗМЕРНОЙ η-МОДИФИКАЦИИ ДИОКСИДА ТИТАНА

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2469788C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2540336C1 (ru) * 2013-12-04 2015-02-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова" (МИТХТ им. М.В. Ломоносова) СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ФОТОКАТАЛИЗАТОРА НА ОСНОВЕ η-МОДИФИКАЦИИ ДИОКСИДА ТИТАНА, ДОПИРОВАННОГО ВАНАДИЕМ, АКТИВНОГО В ВИДИМОЙ ОБЛАСТИ СПЕКТРА

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060171877A1 (en) * 2004-08-05 2006-08-03 Mazakhir Dadachov Novel titanium dioxide, process of making and method of using same
RU2318781C2 (ru) * 2002-05-29 2008-03-10 Эрлус Акциенгезелльшафт Керамическое формованное изделие с фотокаталитическим покрытием и способ его получения
CN101773841A (zh) * 2010-01-29 2010-07-14 苏州科技学院 一种用于水处理的光催化剂
CN101780404A (zh) * 2009-01-20 2010-07-21 华东交通大学 具有高比表面积介孔二氧化钛光催化剂的一种新型制备方法
RU2408428C1 (ru) * 2009-07-20 2011-01-10 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный университет Способ получения фотокатализатора на основе нанокристаллического диоксида титана

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2318781C2 (ru) * 2002-05-29 2008-03-10 Эрлус Акциенгезелльшафт Керамическое формованное изделие с фотокаталитическим покрытием и способ его получения
US20060171877A1 (en) * 2004-08-05 2006-08-03 Mazakhir Dadachov Novel titanium dioxide, process of making and method of using same
CN101780404A (zh) * 2009-01-20 2010-07-21 华东交通大学 具有高比表面积介孔二氧化钛光催化剂的一种新型制备方法
RU2408428C1 (ru) * 2009-07-20 2011-01-10 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный университет Способ получения фотокатализатора на основе нанокристаллического диоксида титана
CN101773841A (zh) * 2010-01-29 2010-07-14 苏州科技学院 一种用于水处理的光催化剂

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
AZARMIDOKHT HOSSEINNIA, MANSOOR KEYANPOUT-RAD, «PHOTO-CATALYTIC DEGRADATION OF ORGANIC DYES WITH DIFFERENT CHROMOPHORES BY SYNTHESIZED NANOSIXE TiO2 particles», WORLD APPLIED SCIENCE JOURNAL 8(11):1327-1332, 2010. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2540336C1 (ru) * 2013-12-04 2015-02-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова" (МИТХТ им. М.В. Ломоносова) СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ФОТОКАТАЛИЗАТОРА НА ОСНОВЕ η-МОДИФИКАЦИИ ДИОКСИДА ТИТАНА, ДОПИРОВАННОГО ВАНАДИЕМ, АКТИВНОГО В ВИДИМОЙ ОБЛАСТИ СПЕКТРА

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Farhadian et al. Chitosan modified N, S-doped TiO2 and N, S-doped ZnO for visible light photocatalytic degradation of tetracycline
Bansal et al. Comparative study of catalytic activity of ZrO2 nanoparticles for sonocatalytic and photocatalytic degradation of cationic and anionic dyes
Kargar et al. Synthesis of modified beta bismuth oxide by titanium oxide and highly efficient solar photocatalytic properties on hydroxychloroquine degradation and pathways
Teixeira et al. Photocatalytic degradation of recalcitrant micropollutants by reusable Fe3O4/SiO2/TiO2 particles
Ghosh et al. Preparation of Cu nanoparticle loaded SBA-15 and their excellent catalytic activity in reduction of variety of dyes
Zangeneh et al. A novel L-Histidine (C, N) codoped-TiO2-CdS nanocomposite for efficient visible photo-degradation of recalcitrant compounds from wastewater
Al-Hetlani et al. Detachable photocatalysts of anatase TiO2 nanoparticles: Annulling surface charge for immediate photocatalyst separation
Chong et al. Bacterial inactivation kinetics of a photo-disinfection system using novel titania-impregnated kaolinite photocatalyst
Murcia et al. Study of the effectiveness of the flocculation-photocatalysis in the treatment of wastewater coming from dairy industries
Dao et al. Removal of antibiotic from aqueous solution using synthesized TiO 2 nanoparticles: characteristics and mechanisms
Tseng et al. Synthesis of TiO2/SBA-15 photocatalyst for the azo dye decolorization through the polyol method
Oviedo et al. Synthesis and characterization of nanozeolite from (agro) industrial waste for application in heterogeneous photocatalysis
Belghiti et al. Fast and non-selective photodegradation of basic yellow 28, malachite green, tetracycline, and sulfamethazine using a nanosized ZnO synthesized from zinc ore
Tran et al. Novel N, C, S-TiO2/WO3/rGO Z-scheme heterojunction with enhanced visible-light driven photocatalytic performance
CN107876036A (zh) 一种CQDs/TiO2太阳光光催化剂的制备方法
Al-Musawi et al. Efficient photocatalytic degradation of metronidazole in wastewater under simulated sunlight using surfactant-and CuS-activated zeolite nanoparticles
Costa et al. Synthesis, characterization, and photocatalytic activity of Ag3PO4/SBA-15 in ciprofloxacin degradation under polychromatic irradiation
Panahi et al. Green auto-combustion synthesis and characterization of TmVO4 nanostructures in the presence carbohydrate sugars and their application as visible-light photocatalyst
Gharaghani et al. Photocatalytic degradation of Acid Red 18 by synthesized AgCoFe2O4@ Ch/AC: recyclable, environmentally friendly, chemically stable, and cost-effective magnetic nano hybrid catalyst
Khan et al. Synthesis of titanium doped hydroxyapatite using waste marble powder for the degradation of Congo Red dye in wastewater
Mahdavi et al. Enhanced selective photocatalytic and sonocatalytic degradation in mixed dye aqueous solution by ZnO/GO nanocomposites: Response surface methodology
Daneshvar et al. Photocatalytic activity of ZnO nanoparticles towards tinidazole degradation: experimental design by response surface methodology (RSM)
Derakhshani et al. Biosynthesis of MnFe2O4@ TiO2 magnetic nanocomposite using oleaster tree bark for efficient photocatalytic degradation of humic acid in aqueous solutions
Andrade et al. Post-synthetic modification of aluminum trimesate and copper trimesate with TiO2 nanoparticles for photocatalytic applications
Mandor et al. A flow-circulation reactor for simultaneous photocatalytic degradation of ammonia and phenol using N-doped ZnO beads

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170604