Ірина ІВАНЕНКО, Юрій ФЕДЕНКО, Анна СТЕПАНОВА, Олена БИЦЬ
Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», корп. 4, пр. Перемоги, 37, 03056 Київ, Україна e-mail: fedenkoyura@ukr.netDOI: https://doi.org/10.37827/ntsh.chem.2022.70.138
СИНТЕЗ ТИТАН (IV) ОКСИДУ ТА ПЕРСПЕКТИВИ ЙОГО ЗАСТОСУВАННЯ В АДСОРБЦІЙНИХ І ФОТОКАТАЛІТИЧНИХ ВОДООЧИСНИХ ПРОЦЕСАХ
Синтезовано зразки фотокаталізатора на основі титан(IV) оксиду – чистого (TiO2(нг)) та модифікованого KF із різним відсотковим вмістом допанта: 2, 7, 15% (TiO2(2F), TiO2(7F), TiO2(15F), відповідно) методом низькотемпературного гідролізу. Морфологія та розмір частинок зразків чистого титан(IV) оксиду (TiO2(нг)) та титан (IV) оксиду (TiO2(2F)), допованого фторидом калію, досліджено із застосуванням методу скануючої електронної мікроскопії. Встановлено, що допування фторидом калію не має значного впливу на форму частинок, але дозволяє звузити розподіл частинок за розмірами. Проведено рентгено-фазовий та рентгено-структурний аналізи одержаних зразків TiO2 та встановлено, що перева-жаючими фазами у зразку чистого TiO2 є рутил та брукіт, а при його допуванні KF – анатаз. Встановлено, що в зразку TiO2(нг) присутні грані (110), (111), (002), (200), (220), (202), (221) від рутилу, а також грані (112), (022), (113), (132) від брукіту. У зразках TiO2(2F), TiO2(7F), TiO2(15F) присутні грані (101), (103), (004), (112), (200), (105), (211), (213), (204), (116), (220), (215), (301), що притаманні структурі анатазу. Дані висновки були отримані з використанням стандартних карток International Centre for Diffraction Data №00-015-0875 (для брукіту), №00-021-1272 (для анатазу), №00-021-1276 (для рутилу). Досліджено структуру поверхні синтезованих зразків TiO2 методом низькотемпературної адсорбції-десорбції азоту. Виявлено, що всі одержані зразки TiO2 належать до поруватих адсорбентів, адсорбція на яких є моношаровою. Адсорбційні властивості отриманих зразків TiO2 досліджено на прикладі фенолу. Виявлено, що найкращі адсорбційні властивості проявив зразок TiO2(2F) за всіх трьох досліджених концентрацій полютанту. Максимальний ступінь адсорбційного вилучення зразком TiO2(2F) фенолу з вихідною концентрацією 3,125 мг/дм3 становив 18%, з вихідною концентрацією фенолу 6,25 мг/дм3 – 21,5%, а при вихідній концентрації фенолу 12,5 мг/дм3 він становив 42%. Найвищу фотокататітичну активність показав зразок низькодопованого фтором TiO2, у присутності якого фенол розкладався на 68%.
Ключові слова: титан (IV) оксид, золь-гель метод, допування, адсорбція, фотокаталізатор.
Література:
-
1. Novopysmennyi S. A. The innovative approaches to creation of health saving environment in educational
establishments. P. 16–18. (in Ukrainian). (http://techno.pnpu.edu.ua/zbirnyknaukprac/zbirnykBGD17.pdf).
2. Ola O., Maroto-Valer M. Review of material design and reactor engineering on TiO2 photocatalysis for CO2
reduction. J. Photochem. Photobiol. C: Photochem. Rev. 2015. Vol. 24. P. 16–42. (https://doi.org/10.1016/j.jphotochemrev.2015.06.001).
3. SharmilaDevi R., Venckatesh Dr.R., RajeshwariSivaraj Dr. Synthesis of Titanium Dioxide Nanoparticles by
Sol-Gel Technique. Int. J. Innov. Res. Scie. Eng. Tech. 2014. Vol. 3(8). P. 15206–15211. (https://doi.org/10.15680/IJIRSET.2014.0308020).
4. Chen X., Mao S. Titanium Dioxide Nanomaterials: Synthesis, Properties, Modifications, and Applications. Chem.
Rev. 2007. Vol. 7. P. 2891–2959. (https://doi.org/10.1021/cr0500535).
5. Hanaor D., Sorrell C. Review of the anatase to rutile phase transformation. J. Mat. Scie. 2011. Vol. 46. P.
855–874. (https://doi.org/10.1007/s10853-010-5113-0).
6. Chen X. Liu L., Yu P., Mao S. Increasing Solar Absorption for Photocatalysis with Black Hydrogenated Titanium
Dioxide Nanocrystals. Scie. 2011. Vol. 331. P. 746–750. (https://doi.org/10.1126/science.1200448).
7. Zhang F., Shi F., Ma W., Gao F., Jiao Y., Li H., Wang J., Shan X., Lu X., Meng S. Controlling Adsorption
Structure of Eosin Y Dye on Nanocrystalline TiO2 Films for Improved Photovoltaic Performances. J. Phys. Chem.
2013. Vol. 117 P. 14659–14666. (https://doi.org/10.1021/jp404439p).
8. Haider A.J., Al-Anbari R.H. Exploring potential Environmental applications of TiO2 Nanoparticles. Energ. Proc.
2017. Vol. 119. P. 332–345. (https://doi.org/10.1016/j.egypro.2017.07.117).
9. Kandiel T.A., L. Robben, Alkaimad A. Brookite versus anatase TiO2 photocatalysts: phase transformations and
photocatalytic activities. Photochem. Photobiol. Scie. 2013. Vol. 12. P. 602–609. (https://doi.org/10.1039/C2PP25217A).
10. Ehsani A., Adeli S., Babaei F. Electrochemical and optical properties of TiO2 nanoparticles/ poly tyramine
composite film. J. Electroanal. Chem. 2014. Vol. 713. P. 91–97. (https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2013.12.003).
11. Staudt J. Synthese, Characterization and optoelectronic applications of Nb-TiO2. Diss. 2019 (in German).(http://doi.org/10.22028/D291-31015).
12. Winkler J. Titanium dioxide: production, properties and effective use. Hannover: Vincentz Network, 2013. 415
p. (in German).
13. Riedel E., Janiak C. Inorganic chemistry (De Gruyter studies). Berlin: Walter De Gruyter GmbH, 2015. 386 p.
(in German).
14. Tekin D., Birhan D., Kiziltas H. Thermal, photocatalytic, and antibacterial properties of calcinated
nano-TiO2/polymer composites. Mat. Chem. Phys. 2020. Vol. 1. P. 88–95. (https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2020.123067).
15. Modes T. Structure and properties of TiO2 layers deposited by reactive plasma-activated electron beam
evaporation. Diss. 2006. (in German). (https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2005.02.080).
16. Kamaruddin S. TiO2 coatings for the production of photocatalytically modified SiO2-TiO2 composite materials.
Diss. 2015. (in German).
17. Tian Y., Zhang J. Monodisperse rutile microspheres with ultrasmall nanorods on surfaces: Synthesis,
characterization, luminescence, and photocatalysis. J. Coll. Interf. Scie. 2012. Vol. 385. P. 1–7. (https://doi.org/10.1016/j.jcis.2012.06.086).
18. Anpo M., Kamat P.V. Environmentally Benign Photocatalysts: Applications of Titanium Oxide-based Materials. New
York: Springer. 2010. 757 p. (https://doi.org/10.1007/978-0-387-48444-0).
19. Landmann M., Rauls E., Schmidt W.G. The electronic structure and optical response of rutile, anatase and
brookite TiO2. J. Phys.: Condens. Matter. 2012. Vol. 24. P. 1–6. (https://doi.org/10.1088/0953-8984/24/19/195503).
20. Hashimoto K., Irie H. TiO2 Photocatalysis: A Historical Overview and Future Prospects. Jap. J. Appl. Phys.
2005. Vol. 44. P. 8269–8285. (https://doi.org/10.1143/JJAP.44.8269).
21. Ivanenko I.M., Kukh A.A., Byts O.V., Astrelin I.M. Synthesis and Adsorption Activity of ТiО2/ Activated Carbon
Composites / Ed. G. Neeraja Rani, J. Anjaiah, P. Raju. Hamburg, Germany: American Institute of Physics Publishing.
2020. Vol. 2269(1). P. 030–099. (https://doi.org/10.1063/5.0019932).
22. Kukh A.A., Ivanenko I.M., Astrelin I.M. TiO2 and its composites as effective photocatalyst for glucose
degradation processes. Applied Nanoscience. 2019. Vol. 9. P. 677–682. (https://doi.org/10.1007/s13204-018-0691-2).
Як цитувати:
ІВАНЕНКО І., ФЕДЕНКО Ю., СТЕПАНОВА А., БИЦЬ О. СИНТЕЗ ТИТАН (IV) ОКСИДУ ТА ПЕРСПЕКТИВИ ЙОГО ЗАСТОСУВАННЯ В АДСОРБЦІЙНИХ І ФОТОКАТАЛІТИЧНИХ ВОДООЧИСНИХ ПРОЦЕСАХ. Праці НТШ. Хім. Наук. 2022 Т. LXX. С. 138-150.