Το ροφητικό με βάση το διοξείδιο του τιτανίου ελήφθη με επεξεργασία με υπερήχους του αντιδραστηρίου TiO2 σε ένα μέσο διαφόρων ηλεκτρολυτών: απεσταγμένο νερό, διαλύματα NaCl, NaOH, HCl. Έχει μελετηθεί η μικροδομή των λαμβανόμενων ροφητών, η στοιχειακή σύνθεση της επιφάνειας, η θερμική σταθερότητα, η παρουσία λειτουργικών ομάδων στην επιφάνεια και η δραστηριότητα προσρόφησης του διοξειδίου του τιτανίου μετά την υπερήχηση. Έχει διαπιστωθεί ότι η χρήση υπερηχητικής επεξεργασίας του TiO2 αυξάνει τη δραστηριότητα προσρόφησής του αρκετές φορές σε σύγκριση με το μη επεξεργασμένο. Επιπλέον, το ηλεκτρολυτικό μέσο στο οποίο λαμβάνει χώρα η επεξεργασία με υπερήχους αλλάζει τη θερμική σταθερότητα του ροφητή και επηρεάζει τη συμπεριφορά του στις διαδικασίες προσρόφησης-εκρόφησης ακαθαρσιών από την επιφάνεια. Η μέγιστη δραστικότητα προσρόφησης εμφανίστηκε από το ροφητικό που υποβλήθηκε σε επεξεργασία με υπερήχους σε ένα αλκαλικό μέσο και η ελάχιστη δραστικότητα παρουσιάστηκε από το αντιδραστήριο διοξειδίου του τιτανίου. Το διοξείδιο του τιτανίου που υποβάλλεται σε επεξεργασία με υπερήχους σε ουδέτερο μέσο (H2O, NaCl) χαρακτηρίζεται από τα πιο σταθερά χαρακτηριστικά στη διαδικασία ρόφησης-εκρόφησης.
καθαρισμός νερού
διοξείδιο τιτανίου
θεραπεία με υπερήχους
ακαθαρσίες βαρέων μετάλλων
1. Smirnova V. V., Nazarenko O. B. Εφαρμογή οξειδίων και υδροξειδίων του τιτανίου για τον καθαρισμό του πόσιμου νερού // Προοπτικές για την ανάπτυξη των θεμελιωδών επιστημών: πρακτικά του VIII International Conference of Students and Young Scientists (Tomsk, 26-29 Απριλίου 2011). - Tomsk, 2011. - S.383-385.
2. Smirnova V. V., Nazarenko O. B. Ανάπτυξη τεχνολογίας για τη λήψη ενός νανοπορώδους ροφητικού με βάση το διοξείδιο του τιτανίου για τον καθαρισμό του πόσιμου νερού. 9-13 Απριλίου 2012). - Tomsk, 2012. - S.393-394.
3. GOST 4011 - 72. Πόσιμο νερό. Μέθοδοι μέτρησης της συγκέντρωσης μάζας ολικού σιδήρου.
4. GOST 4974 - 72. Πόσιμο νερό. Μέθοδοι προσδιορισμού της περιεκτικότητας σε μαγγάνιο.
5. Smirnova V. V., Nazarenko O. B. Επίδραση των συνθηκών προετοιμασίας και υπερηχητική επεξεργασία του διοξειδίου του τιτανίου στη δραστηριότητα προσρόφησής του // Προοπτικές για την ανάπτυξη των θεμελιωδών επιστημών: πρακτικά του IX διεθνούς συνεδρίου φοιτητών και νέων επιστημόνων (Tomsk, 24-27 Απριλίου, 2012). ). - Tomsk, 2012. - S. 484-486.
ΕισαγωγήΓια να επιτευχθούν ευρωπαϊκά πρότυπα ποιότητας πόσιμου νερού στη Ρωσία, είναι απαραίτητο να αναπτυχθούν τεχνολογίες για τον καθαρισμό του από διάφορες ακαθαρσίες. Το πιο δύσκολο έργο είναι η εξαγωγή διαλυτών ακαθαρσιών βαρέων μετάλλων και αλάτων σκληρότητας από το νερό. Για την επίλυση αυτού του προβλήματος, είναι απαραίτητο να βελτιωθεί η ποιότητα των υπαρχόντων ροφητών (ενεργός άνθρακας, ζεόλιθοι, χαλαζιακή άμμος κ.λπ.) ή να αναπτυχθούν νέα.
Μεταξύ των ανόργανων ροφητών, το διοξείδιο του τιτανίου είναι πολλά υποσχόμενο, το οποίο έχει μια σειρά από θετικές ιδιότητες: είναι βιολογικά ακίνδυνο, ανήκει σε αραιά διαλυτές ενώσεις, παρουσιάζει πολυλειτουργικές ιδιότητες στον καθαρισμό του νερού από ακαθαρσίες διαφόρων φύσεων και παρέχει βακτηριοκτόνες ιδιότητες υπό τη δράση της ακτινοβολίας.
Ο σκοπός αυτής της εργασίας ήταν να αυξήσει τη δραστηριότητα ρόφησης του διοξειδίου του τιτανίου με επεξεργασία της επιφάνειάς του με υπερήχους.
Υλικό και μέθοδοι έρευνας
Για την επίτευξη του στόχου, έγινε μελέτη της επιφανειακής δομής και της θερμικής σταθερότητας του αντιδραστηρίου διοξειδίου του τιτανίου (ποιότητας υψηλής καθαρότητας), των αλλαγών του κατά την υπερήχηση σε ένα μέσο διαφόρων ηλεκτρολυτών (απεσταγμένο νερό, διαλύματα χλωριούχου νατρίου 0,2 N, υδροχλωρικό οξύ και υδροξείδιο του νατρίου).
Κατά την εκτέλεση της εργασίας χρησιμοποιήθηκαν τυπικές μέθοδοι φυσικοχημικής ανάλυσης: ηλεκτρονική μικροσκοπία (EM), διαφορική θερμική ανάλυση (DTA), ανάλυση φάσης ακτίνων Χ (XRF), φασματοσκοπία υπερύθρου (IR) και άλλες. Η φυσική και χημική ανάλυση διεξήχθη χρησιμοποιώντας τα όργανα του Ερευνητικού και Αναλυτικού Κέντρου του Πολυτεχνείου Tomsk (θερμικός αναλυτής Q 600 STD, φασματοφωτόμετρο Nicolet 5700 IR-Fourier, χρωματο-φασματόμετρο μάζας). Η αρχική μέθοδος ήταν η προεπεξεργασία των ροφητών και η ρόφηση υπό την επίδραση υπερήχων (22 kHz, 0,15 W/cm2).
Ως αντικείμενο της μελέτης επιλέχθηκαν οι διαλυτές ακαθαρσίες Fe +2 και Mn +2, που υπάρχουν στην πραγματικότητα στο πόσιμο νερό της πόλης Tomsk. Η περιεκτικότητα σε ακαθαρσίες σιδήρου προσδιορίστηκε με φωτομετρία σύμφωνα με την τυπική μέθοδο. Η μέθοδος βασίζεται στην αλληλεπίδραση ιόντων σιδήρου σε ένα αλκαλικό μέσο με σουλφοσαλικυλικό οξύ και στο σχηματισμό μιας κίτρινου συμπλόκου ένωσης. Η ένταση του χρώματος, ανάλογη με τη συγκέντρωση μάζας του σιδήρου, μετρήθηκε σε μήκος κύματος 400-430 nm. Η περιεκτικότητα σε ακαθαρσίες μαγγανίου αναλύθηκε επίσης με φωτομετρία. Η μέθοδος βασίζεται στην οξείδωση των ενώσεων μαγγανίου σε MnO 4 - . Η οξείδωση λαμβάνει χώρα σε όξινο περιβάλλον με υπερθειικό αμμώνιο ή κάλιο παρουσία ιόντων αργύρου ως καταλύτη. Σε αυτή την περίπτωση, εμφανίζεται ένα ροζ χρώμα του διαλύματος, η ένταση απορρόφησης μετρήθηκε στο εύρος μήκους κύματος 530–525 nm. Για την παρασκευή μοντέλων διαλυμάτων χρησιμοποιήθηκαν χημικά αντιδραστήρια αναλυτικής ποιότητας. Τα διαλύματα για τη μελέτη παρασκευάστηκαν με διάλυση επταυδατικού θειικού σιδήρου (II) και πενταένυδρου θειικού μαγγανίου (II). Η ακρίβεια του πειράματος αυξήθηκε με την κατασκευή γραφήματος βαθμονόμησης και τη στατιστική επεξεργασία των ληφθέντων αποτελεσμάτων με πιθανότητα P = 0,95: για σίδηρο - στο εύρος συγκέντρωσης από 0,01 έως 2,00 mg/l, για μαγγάνιο από 0,005 έως 0,3 mg/ l, σε MPC 0,3 και 0,1 mg/l, αντίστοιχα.
Αποτελέσματα έρευνας και συζήτηση
Σύμφωνα με τα αποτελέσματα της ηλεκτρονικής μικροσκοπίας, το αντιδραστήριο TiO 2 που έχει υποστεί επεξεργασία με υπερήχους σε διάφορα μέσα (H 2 O, NaCl, NaOH, HCl) είναι πορώδη σφαιροειδή με χαρακτηριστικό μέγεθος 5–30 μm και μικρότερα συσσωματώματα σωματιδίων: 2–4 μm με κλάσματα micron και submicron (δείγμα S7). Σε μεγαλύτερη μεγέθυνση (>3000 φορές), είναι ορατά δομικά θραύσματα στη δομή των συσσωματωμάτων, τα μεγέθη των οποίων δεν υπερβαίνουν το 1 μm. Μικρογραφίες των ληφθέντων δειγμάτων φαίνονται στο Σχήμα 1.
Ρύζι. Εικ. 1. Μικρογραφίες διοξειδίου του τιτανίου που έχει υποστεί επεξεργασία με υπερήχους σε αλκαλικό μέσο: α - μεγέθυνση κατά 100 φορές, β - μεγέθυνση κατά 3000 φορές
Η επιφάνεια του TiO 2 που υποβλήθηκε σε υπερήχους αναλύθηκε για ακαθαρσίες χρησιμοποιώντας φασματοσκοπία φωτοηλεκτρονίου ακτίνων Χ, τα αποτελέσματα παρουσιάζονται στον Πίνακα 1. Η δράση προσρόφησης του διοξειδίου του τιτανίου είναι τόσο υψηλή που σε ορισμένες περιπτώσεις, πιθανώς από ανεπαρκώς καθαρισμένο απεσταγμένο νερό, μια ακαθαρσία πυριτίου (0,95 wt %) και χαλκός (0,68 wt %).
Πίνακας 1. Στοιχειακή σύνθεση δειγμάτων διοξειδίου του τιτανίου που υποβλήθηκαν σε επεξεργασία με υπερήχους σε διάφορους ηλεκτρολύτες
|
Στοιχειακή σύνθεση, κ.β. % |
|||||||
Σύμφωνα με το DTA, για όλα τα δείγματα διοξειδίου του τιτανίου που έχουν υποστεί επεξεργασία με υπερήχους, παρατηρείται εκρόφηση νερού όταν θερμαίνεται στους 500 ˚С. Ένα τυπικό θερμόγραμμα (δείγμα S1) φαίνεται στο Σχήμα 2.
Ρύζι. Εικ. 2. Τυπικό θερμόγραμμα δειγμάτων διοξειδίου του τιτανίου που υποβλήθηκαν σε επεξεργασία με υπερήχους σε H 2 O, NaOH και HCl - a, σε NaCl - b
Όπως φαίνεται από το σχήμα, το θερμόγραμμα του δείγματος TiO 2 που υποβλήθηκε σε επεξεργασία με υπερήχους σε διάλυμα χλωριούχου νατρίου (δείγμα S4) διαφέρει σημαντικά (Εικ. 2.β) από τα δεδομένα DTA των άλλων δειγμάτων (Εικ. 2.α. ). Όταν θερμαίνεται στους 200 ˚C, το ασθενώς δεσμευμένο νερό αφαιρείται από το δείγμα S4, αλλά η ποσότητα του είναι αρκετές φορές μικρότερη από ό,τι για άλλα δείγματα. Ταυτόχρονα, με περαιτέρω θέρμανση στην περιοχή των 650 - 900 ˚С, εμφανίζεται μια πιο σημαντική μείωση του βάρους του δείγματος (6,0 wt.%), η οποία σχετίζεται με τη θερμική αποσύνθεση του οξοχλωριούχου TiOCl 2 και τη μετάβασή του σε Διοξείδιο TiO2.
Τα φάσματα υπέρυθρης μετάδοσης των δειγμάτων διοξειδίου του τιτανίου με υπερήχους χαρακτηρίζονται από δύο ζώνες έντονης απορρόφησης υ (Ti - O) = 650 cm -1 και υ (O - H) = 3000 - 3700 cm -1 .
Ρύζι. 3. Φάσμα υπέρυθρης μετάδοσης δείγματος διοξειδίου του τιτανίου που υποβλήθηκε σε επεξεργασία με υπερήχους
Επιπλέον, όπως φαίνεται από το Σχήμα 3, το IR περιέχει ζώνες απορρόφησης χαμηλής έντασης, οι οποίες είναι χαρακτηριστικές των ενώσεων που υπάρχουν στην επιφάνεια του ροφητικού μετά την επεξεργασία και ξήρανση του. Οι ζώνες απορρόφησης υ (Ti - Cl) στο IR υπάρχουν σε χαμηλότερους αριθμούς κυμάτων (< 400 см -1), для записи которых требуется иной спектрофотометр.
Για τη μελέτη των διαδικασιών καθαρισμού του νερού, παρασκευάστηκαν πρότυπα διαλύματα σιδήρου και μαγγανίου με διάλυση ενός ακριβούς βάρους των αντίστοιχων αλάτων: 3,0 και 1,0 mg/l. Πριν από την προσρόφηση των ακαθαρσιών, η σκόνη διοξειδίου του τιτανίου υποβλήθηκε σε επεξεργασία με υπερήχους σε διάφορα μέσα: απεσταγμένο νερό, 0,2Ν. Διαλύματα NaOH, NaCl και HCl. Η διάρκεια της θεραπείας ήταν 10 λεπτά σε ισχύ υπερήχων 0,15 W/cm2. Στο αρχικό διάλυμα, με όγκο 100 ml και που περιείχε 3,0 mg/l ιόντων Fe+2, προστέθηκαν 0,2 g του ροφητικού, αναδεύτηκε και αναλύθηκε το δείγμα για την υπολειμματική περιεκτικότητα σε ακαθαρσίες σιδήρου (πίνακας 2). Παρομοίως, 0,2 g του ίδιου δείγματος ροφητή προστέθηκαν σε 100 ml ενός διαλύματος που περιείχε 1,0 mg/l ιόντων Mn+2, αναμίχθηκαν και μετά από ορισμένο χρόνο προσδιορίστηκε η υπολειμματική συγκέντρωση ιόντων μαγγανίου (Πίνακας 2). Τα αποτελέσματα φαίνονται στον πίνακα 2.
Πίνακας 2. Υπολειμματική περιεκτικότητα σε προσμίξεις Fe +2 και Mn +2 μετά την ρόφησή τους από δείγματα TiO 2
|
Δείγματα ροφητών |
Αντιδραστήριο TiO 2 |
||||||||||
|
Εισήλθε - Βρέθηκε |
Εισήχθη 3,0 mg/l Fe +2 |
Εισήχθη 1,0 mg/l Mn +2 |
Εισήχθη 3,0 mg/l Fe +2 |
Εισήχθη 1,0 mg/l Mn +2 |
Εισήχθη 3,0 mg/l Fe +2 |
Εισήχθη 1,0 mg/l Mn +2 |
Εισήχθη 3,0 mg/l Fe +2 |
Εισήχθη 1,0 mg/l Mn +2 |
Εισήχθη 3,0 mg/l Fe +2 |
Εισήχθη 1,0 mg/l Mn +2 |
|
|
Βρέθηκε, mg/l |
Σε 20 λεπτά |
||||||||||
|
Μετά από 60 λεπτά |
|||||||||||
|
Μετά από 24 ώρες |
|||||||||||
Σύμφωνα με τα ληφθέντα αποτελέσματα, η ρόφηση των ακαθαρσιών από το διοξείδιο του τιτανίου προχώρησε για σχετικά σύντομο χρονικό διάστημα: η συγκέντρωση των ιόντων σιδήρου από 3,0 mg/l μειώνεται στο ελάχιστο σε 1,42 mg/l (αντιδραστήριο) και στο μέγιστο 0,53 mg/l. l (δείγμα S7), την ίδια στιγμή, παρατηρήθηκε μείωση της συγκέντρωσης των ιόντων μαγγανίου από 1,0 mg/l για το ίδιο δείγμα ροφητή όπως και για την πρόσμειξη σιδήρου - ελάχιστα σε 0,56 mg/l, μέγιστο σε 0,24 mg/l . Τα καλύτερα αποτελέσματα λήφθηκαν για το δείγμα διοξειδίου του τιτανίου S7 που υποβλήθηκε σε επεξεργασία με υπερήχους σε διάλυμα NaOH, ενώ το αρχικό TiO 2 που δεν υποβλήθηκε σε επεξεργασία με υπερήχους και δεν ενεργοποιήθηκε με χημικά αντιδραστήρια είχε τα χαμηλότερα χαρακτηριστικά προσρόφησης. Έτσι, η μείωση της συγκέντρωσης των ακαθαρσιών σιδήρου ήταν 5,7 φορές, του μαγγανίου - 4,2 φορές.
Με την αύξηση του χρόνου επαφής του ροφητικού με διαλύματα μοντέλου, η περιεκτικότητα σε ακαθαρσίες δεν άλλαξε για το δείγμα που δεν υποβλήθηκε σε επεξεργασία με TiO 2, για τα δείγματα που ελήφθησαν σε νερό (S1) και διάλυμα χλωριούχου νατρίου (S4), η περιεκτικότητα σε Οι ακαθαρσίες ουσιαστικά δεν άλλαξαν μέσα σε 48 ώρες. Ταυτόχρονα, το δείγμα ροφητικού που παρασκευάστηκε σε υδροξείδιο του νατρίου (S7) χαρακτηρίστηκε από αύξηση της συγκέντρωσης σιδήρου σε 0,90–1,06 mg/l και αύξηση της συγκέντρωσης ιόντων μαγγανίου σε 0,47–0,74 mg/l. Σε αντίθεση με τα παραπάνω δείγματα, το TiO 2 επεξεργασμένο σε υδροχλωρικό οξύ (S10) χαρακτηρίστηκε από σταδιακή μείωση της συγκέντρωσης ιόντων σιδήρου στο διάλυμα από 1,12 σε 0,53 mg/l και μείωση της συγκέντρωσης των ιόντων μαγγανίου από 0,31 σε 0,25 mg/l. l.
συμπεράσματα
- Η υπερηχητική επεξεργασία του TiO 2 δίνει ένα θετικό αποτέλεσμα: σε σύγκριση με το μη επεξεργασμένο ροφητικό, η υπολειμματική συγκέντρωση ακαθαρσιών σιδήρου και μαγγανίου μειώθηκε αρκετές φορές. Η επεξεργασία του ροφητή, που πραγματοποιείται σε διάφορα μέσα, αλλάζει τη συμπεριφορά του στις διαδικασίες ρόφησης - εκρόφησης με την πάροδο του χρόνου.
- Το ροφητικό που υποβλήθηκε σε υπερήχους σε αλκάλιο είχε τη μέγιστη ροφητική δράση, αλλά με παρατεταμένη επαφή, οι ακαθαρσίες, τόσο ο σίδηρος όσο και το μαγγάνιο, ξεπλύθηκαν. Ταυτόχρονα, το δείγμα ροφητικού που ελήφθη σε όξινο μέσο χαρακτηρίστηκε από μια σταδιακή μείωση της συγκέντρωσης ακαθαρσιών σιδήρου και μαγγανίου στο διάλυμα.
- Τα δείγματα διοξειδίου του τιτανίου που παρασκευάστηκαν σε απεσταγμένο νερό και διάλυμα χλωριούχου νατρίου είχαν σταθερά χαρακτηριστικά σε σχέση με τη διαδικασία ρόφησης-εκρόφησης: μετά την απορρόφηση, η συγκέντρωση των ακαθαρσιών δεν άλλαξε όταν ο ροφητής ήρθε σε επαφή με διαλύματα μοντέλου για 48 ώρες. Η επίδραση της επεξεργασίας με TiO2 και το pH του μέσου στη ροφητική του δραστηριότητα πιθανώς σχετίζεται με το σχηματισμό δομών οξοϋδροξειδίου σε αλκαλικά και όξινα μέσα ικανά για ανταλλαγή κατιόντων και κατακράτηση ακαθαρσιών βαρέων μετάλλων.
Αξιολογητές:
- Korobochkin Valery Vasilievich, Διδάκτωρ Τεχνικών Επιστημών, Καθηγητής, Προϊστάμενος του Τμήματος Γενικής Χημικής Τεχνολογίας, National Research Tomsk Polytechnic University, Tomsk.
- Ilyin Alexander Petrovich, Διδάκτωρ Φυσικών και Μαθηματικών Επιστημών, Καθηγητής, Υποκριτική Επικεφαλής του Τμήματος Γενικής και Ανόργανης Χημείας του Εθνικού Ερευνητικού Πανεπιστημίου του Tomsk Polytechnic, Tomsk.
Βιβλιογραφικός σύνδεσμος
Smirnova V.V. ΕΠΙΡΡΟΗ ΔΟΜΗΣ, ΙΔΙΟΤΗΤΩΝ ΚΑΙ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΣ ΣΤΗ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ ΡΟΦΗΣ ΤΟΥ ΔΙΟΞΕΙΔΙΟΥ ΤΟΥ ΤΙΤΑΝΙΟΥ // Σύγχρονα προβλήματα επιστήμης και εκπαίδευσης. - 2012. - Νο. 5.;URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=6958 (ημερομηνία πρόσβασης: 02/01/2020). Εφιστούμε στην προσοχή σας τα περιοδικά που εκδίδονται από τον εκδοτικό οίκο "Academy of Natural History"
ΠΕΡΙΟΔΙΚΟ ΦΥΣΙΚΗΣ ΧΗΜΕΙΑΣ, 2015, τόμος 89, αρ.1, σελ. 133-136
ΦΩΤΟΧΗΜΕΙΑ ΚΑΙ ΜΑΓΝΗΤΟΧΗΜΕΙΑ
UDC 544.526.5+549.514.6.352.26
ΦΩΤΟΚΑΤΑΛΥΤΙΚΗ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ ΚΑΙ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΡΟΦΗΣ ΤΟΥ ΔΙΟΞΕΙΔΙΟΥ ΤΟΥ ΤΙΤΑΝΙΟΥ ΤΡΟΠΟΠΟΙΗΜΕΝΟΥ ΑΣΒΕΣΤΙΟΥ Khalyavka, N.N. Tsyba, S.V. Kamyshan, Ε.Ι. Kapinus
Εθνική Ακαδημία Επιστημών της Ουκρανίας, Ινστιτούτο Προσρόφησης και Προβλημάτων Ενδοοικολογίας, Κίεβο
ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΔΙΕΥΘΥΝΣΗ: [email προστατευμένο]Λήψη 5 Φεβρουαρίου 2014
Έχουν συντεθεί μεσοπορώδη δείγματα διοξειδίου του τιτανίου τροποποιημένου με ασβέστιο. Έχουν μελετηθεί οι δομικές, φωτοκαταλυτικές και προσροφητικές τους ιδιότητες. Έχει διαπιστωθεί ότι τα τροποποιημένα δείγματα διαφέρουν από το διοξείδιο του τιτανίου ως προς τα χαρακτηριστικά και τις ιδιότητές τους: η ειδική επιφάνεια και ο μέσος όγκος πόρων αυξάνονται, ενώ η μέση ακτίνα πόρων μειώνεται. Η φωτοκαταλυτική και προσροφητική δραστηριότητα σε σχέση με τις βαφές και το διχρωμικό ανιόν αυξάνεται.
Λέξεις-κλειδιά: διοξείδιο του τιτανίου, ασβέστιο, φωτοκατάλυση, ρόφηση, βαφές, διχρωμικό ανιόν. DOI: 10.7868/S0044453715010124
Στη φωτοκαταλυτική μέθοδο καθαρισμού υδατικών διαλυμάτων από τοξικές ουσίες, στις περισσότερες περιπτώσεις χρησιμοποιείται διοξείδιο του τιτανίου, το οποίο είναι φθηνός και μη τοξικός καταλύτης. Επιπλέον, μετά την ολοκλήρωση της αντίδρασης, μπορεί εύκολα να διαχωριστεί από το διάλυμα με διήθηση ή φυγοκέντρηση. Επί του παρόντος, οι φωτοκαταλυτικές μέθοδοι για την απομάκρυνση επιβλαβών ουσιών από υδατικά διαλύματα με χρήση διοξειδίου του τιτανίου γίνονται όλο και πιο σημαντικές.
Το κύριο μειονέκτημα αυτού του φωτοκαταλύτη είναι η ανεπαρκής υψηλή δραστηριότητα. Υπάρχουν διάφορες μέθοδοι για να αυξηθεί η φωτοδραστηριότητά του, για παράδειγμα, αυξάνοντας την προσρόφηση του υποστρώματος ή αυξάνοντας τη σταθερά του κινητικού ρυθμού. Η προσρόφηση μπορεί να αυξηθεί αυξάνοντας την ειδική επιφάνεια, τη χωρητικότητα της μονοστιβάδας και τον όγκο πόρων, ενώ η σταθερά του κινητικού ρυθμού μπορεί να αυξηθεί με διαχωρισμό φορτίου και μείωση του ρυθμού ανασυνδυασμού ζεύγους ηλεκτρονίων-οπών.
Σκοπός της εργασίας είναι η λήψη και η μελέτη δειγμάτων διοξειδίου του τιτανίου τροποποιημένα με κιτρικό ασβέστιο, τα οποία χαρακτηρίζονται από υψηλή ειδική επιφάνεια, μεσοπορώδη δομή και αυξημένη φωτοκαταλυτική δράση στις αντιδράσεις καταστροφής της χρωστικής και φωτοαναγωγής του διχρωμικού ανιόντος.
ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ
Για τη λήψη δειγμάτων διοξειδίου του τιτανίου τροποποιημένα με ασβέστιο με τη μέθοδο κιτρικού
Παρασκευάστηκαν αρχικά μείγματα: πολυμερές τετραβουτοξυ τιτάνιο (IV) (Aldrich) (3 g), κιτρικό οξύ (0,06 g), γλυκερίνη (2 ml), καθώς και πρόσθετα χλωριούχου ασβεστίου - 0,05 g, 0,1, 0,2, 0,5 και 1 g , αντίστοιχα, τα δείγματα που προκύπτουν χαρακτηρίζονται ως 1Ca/1O2, 2Ca/1O2, 3Ca/1O2, 4Ca/1O2, 5Ca/1O2. Για να ληφθεί καθαρό διοξείδιο του τιτανίου, λήφθηκε το ίδιο μείγμα, αλλά χωρίς την προσθήκη άλατος χλωριούχου ασβεστίου. Αυτή η μέθοδος σύνθεσης καθιστά εύκολη τη μεταβολή των αναλογιών των συστατικών στα δείγματα.
Τα μίγματα πυρώθηκαν στους 500°C για 2 ώρες παρουσία ατμοσφαιρικού οξυγόνου σε κλίβανο σιγαστήρα με ρυθμό θέρμανσης 2 Κ/λεπτό. Μετά την ψύξη, οι σκόνες που προέκυψαν αλέστηκαν προσεκτικά μέχρι να ληφθεί μια ομοιογενής μάζα.
Η ανάλυση φάσης ακτίνων Χ πραγματοποιήθηκε σε περιθλασίμετρο "DR0N-4-07" (Ρωσία) με ακτινοβολία Cu2 (με άνοδο χαλκού και φίλτρο νικελίου) σε ανακλώμενη δέσμη και γεωμετρία καταγραφής σύμφωνα με την Brague-Brentano (2© = 10-70°). Το μέσο μέγεθος κρυσταλλίτη προσδιορίστηκε από τη διεύρυνση της πιο έντονης ζώνης χρησιμοποιώντας την εξίσωση Debye-Scherrer: D = 0,9X/(B x cos©), όπου 0,9 είναι μια σταθερά, X είναι το μήκος κύματος, nm. Τα μεγέθη των κρυσταλλιτών προσδιορίστηκαν από τις πιο έντονες κορυφές χαρακτηριστικές της ανατάσης.
Η ειδική επιφάνεια των δειγμάτων (05sp), καθώς και η κατανομή των πόρων, προσδιορίστηκαν χρησιμοποιώντας ένα όργανο Quantachrom NovaWin2. Η ειδική επιφάνεια των δειγμάτων (Ssp) προσδιορίστηκε με τη μέθοδο Brunauer-Emmett-Teller (BET) από ισόθερμες προσρόφησης-εκρόφησης αζώτου. Η ακτίνα πόρων (R), καθώς και ο όγκος πόρων (V), υπολογίστηκαν από τους κλάδους εκρόφησης των ισοθερμικών με τη μέθοδο Barrett-Joyner-Halenda.
KHALYAVKA και άλλοι.
Ρύζι. 1. Διθλασιογραφήματα των ληφθέντων δειγμάτων: 1 - TiO2, 2 - 3Ca/TiO2, 3 - 5Ca/TiO2. Δείτε το κείμενο για άλλους χαρακτηρισμούς.
Ρύζι. Εικ. 2. Ισόθερμες ρόφησης-εκρόφησης αζώτου που λαμβάνονται στους 20°C για δείγματα: 1 - 5Ca/TiO2, 2 - 4Ca/TiO2, 3 - 3Ca/TiO2, 4 - TiO2.
Η φωτοκαταλυτική δράση μελετήθηκε στο παράδειγμα αντιδράσεων μοντέλου καταστροφής των χρωστικών σαφρανίνη Τ και ροδαμίνης, καθώς και φωτοαναγωγής του διχρωμικού ανιόντος σε υδατικά διαλύματα σε περιεκτικότητα φωτοκαταλύτη 2 g/L του διαλύματος. Η ακτινοβόληση πραγματοποιήθηκε με μια λυχνία υδραργύρου BUV-30 με μέγιστη ακτινοβολία στα 254 nm σε θερμοκρασία δωματίου σε έναν κυλινδρικό αντιδραστήρα χαλαζία εξοπλισμένο με έναν ηλεκτρικά κινούμενο μηχανικό αναδευτήρα. Οι αλλαγές στη συγκέντρωση της βαφής παρακολουθήθηκαν φασματοφωτομετρικά (Lambda 35, PerkinElmer Instruments).
Η ΣΥΖΗΤΗΣΗ ΤΩΝ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ
Η κρυσταλλική δομή των δειγμάτων μελετήθηκε χρησιμοποιώντας ανάλυση φάσης ακτίνων Χ (Εικ. 1). Τα μοτίβα περίθλασης ακτίνων Χ όλων των δειγμάτων δείχνουν έντονες, καλά καθορισμένες αντανακλάσεις χαρακτηριστικές του κρυσταλλικού πλέγματος ανατάσης (Α). Έτσι, στο σχέδιο περίθλασης του δείγματος διοξειδίου
Πίνακας 1. Χαρακτηριστικά δειγμάτων
Sample Bud, m2/g Kav, cm3/g Gav, nm
TiO2 43,4 0,13 5,89
1Ca/TiO2 46,7 0,13 5,4
2Ca/TiO2 71,2 0,14 4,8
3Ca/TiO2 75,3 0,15 4,1
4Ca/TiO2 83,9 0,18 4,25
5Ca/TiO2 76,2 0,19 5
Ονομασίες: Bud - ειδική επιφάνεια, Usr - μέσος όγκος πόρων, gsr - μέση ακτίνα.
το τιτάνιο δείχνει την παρουσία έντονων κορυφών 20 = 25,5, 37,8, 54,0, 55,0, οι οποίες αποδίδονται στη φάση ανατάσης (Εικ. 1).
Το έγγραφο αναφέρει ότι σε σκόνες διοξειδίου του τιτανίου που έχουν τροποποιηθεί με διάφορα ιόντα μετάλλων αλκαλικών γαιών, υπάρχει μόνο η φάση ανατάσης, την οποία οι συγγραφείς εξηγούν από τη χαμηλή περιεκτικότητα τροποποιητών στα δείγματά τους. Σε αντίθεση με αυτή την εργασία, στην περίπτωσή μας (Εικ. 1) εντοπίσαμε και κορυφές 20 = 27,4, 41,2, οι οποίες ανήκουν στη φάση του ρουτιλίου (P).
Για τα τροποποιημένα δείγματα, παρατηρούνται κορυφές στο 20 = 31, οι οποίες είναι χαρακτηριστικές του brookite (B). Η έντασή τους αυξάνεται με την αύξηση της περιεκτικότητας σε ασβέστιο στις σκόνες. Οι ίδιες κορυφές βρέθηκαν από τους συγγραφείς για μεμβράνες TiO2 τροποποιημένες με ιόντα ασβεστίου.
Τα μεγέθη των κρυσταλλιτών σε συσσωματώματα διοξειδίου του τιτανίου, που υπολογίζονται χρησιμοποιώντας την εξίσωση Debye-Scherrer, είναι 9 nm· στην περίπτωση τροποποιημένων δειγμάτων, το μέγεθός τους αυξάνεται στα 12,4 nm, κάτι που είναι σύμφωνο με τα δεδομένα της βιβλιογραφίας, καθώς η παρουσία τροποποιητών επιταχύνει την κρυστάλλωση του διοξειδίου του τιτανίου και οδηγεί σε αύξηση του μεγέθους των κρυσταλλιδίων.
Η μελέτη των ισόθερμων προσρόφησης-εκρόφησης αζώτου που λήφθηκαν στους 20°C για τα συντιθέμενα δείγματα έδειξε την παρουσία ενός βρόχου υστέρησης (Εικ. 2), που υποδεικνύει τη μεσοπορώδη δομή των κόνεων.
Η ειδική επιφάνεια των τροποποιημένων δειγμάτων διπλασιάζεται σε σύγκριση με το καθαρό διοξείδιο του τιτανίου (Πίνακας 1). Στη σειρά δειγμάτων από TiO2 έως 5Ca/TiO2 (Πίνακας 1), η τιμή του μέσου όγκου πόρων αυξάνεται από 0,13
ΦΩΤΟΚΑΤΑΛΥΤΙΚΗ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ
σε 0,19 cm3/g, ενώ η μέση ακτίνα πόρων, αντίθετα, μειώνεται από 5,89 σε 5 nm. Η περιοχή κατανομής μεγέθους πόρων φαίνεται στο Σχ. . 3. Όπως φαίνεται, για τα δείγματα 4Ca/TiO2 και 3Ca/TiO2, παρατηρείται στενότερη κατανομή πόρων σε σχέση με το καθαρό διοξείδιο του τιτανίου και το δείγμα με τη μεγαλύτερη ποσότητα ασβεστίου - 5Ca/TiO2.
Για να προσδιοριστούν οι βέλτιστες συνθήκες για την καταστροφή τοξικών ουσιών σε υδατικά διαλύματα, είναι σημαντικό να μελετηθεί η κινητική της ρόφησής τους σε φωτοκαταλύτες. Έχει διαπιστωθεί ότι η ισορροπία ρόφησης στο σύστημα φωτοκαταλύτη-σαφρανίνης Τ εδραιώθηκε σε περίπου 1 ώρα και για τα συστήματα φωτοκαταλύτη-ροδαμίνης και φωτοκαταλύτη-διχρωμικού καλίου σε 2 ώρες.
Οι μελέτες που έγιναν έδειξαν ότι για όλα τα προσροφητικά και προσροφητικά που μελετήθηκαν, οι κινητικές καμπύλες προσρόφησης έχουν τον συνήθη ομαλό χαρακτήρα: ομαλή πορεία και μικρές τιμές προσρόφησης (Πίνακας 2).
Σε όλες τις περιπτώσεις που μελετήθηκαν, η φωτοκαταλυτική αντίδραση περιγράφεται ικανοποιητικά από μια κινητική εξίσωση πρώτης τάξης.
Για τον προσδιορισμό της βέλτιστης ποσότητας φωτοκαταλύτη στις αντιδράσεις που μελετήθηκαν, η συγκέντρωσή τους αυξήθηκε σε σταθερή συγκέντρωση υποστρώματος. Βρέθηκε ότι σε χαμηλή συγκέντρωση του φωτοκαταλύτη (<2 г/л) наблюдается рост констант скорости деструкции красителей и фотовосстановления бихромат-аниона с увеличением содержания фотокатализатора в растворе с последующим выходом на плато при концентрациях фотокатализатора вблизи 2 г/л. Все последующие фотокаталитические реакции проводили при концентрации фотокатализатора 2 г/л.
Στη σειρά από 1Ca/TiO2 έως 4Ca/TiO2, υπάρχει αύξηση της φωτοκαταλυτικής δραστηριότητας στις αντιδράσεις αποικοδόμησης της χρωστικής (Πίνακας 2). Έτσι, η σταθερά ταχύτητας της φωτοκαταλυτικής αποδόμησης της σαφρανίνης Τ αυξάνεται από 3,5 σε 5,7 x 10-4 s-1, και της ροδαμίνης - από 1,7 σε 2,5 x 10-4 s-1. Παρόμοια δεδομένα ελήφθησαν από τους συγγραφείς για δείγματα
Ρύζι. 3. Κατανομή μεγέθους πόρων για συντιθέμενα δείγματα: 1 - 4Ca/TiO2, 2 - 3Ca/TiO2, 3 - 5Ca/TiO2, 4 - TiO2; r - ακτίνα πόρων, Ktot. - συνολικός όγκος πόρων.
διοξείδιο του τιτανίου εμποτισμένο με ιόντα ασβεστίου χρησιμοποιώντας τη μέθοδο sol-gel και τιτανικό ασβέστιο στην εργασία.
Επιπλέον, στη σειρά δειγμάτων από 1Ca/TiO2 έως 4Ca/TiO2, αυξάνεται η ικανότητα ρόφησής τους σε σχέση με τις βαφές (Πίνακας 2), γεγονός που σχετίζεται με τα δομικά τους χαρακτηριστικά (Πίνακας 1). Το δείγμα 5Ca/TiO2, σε σύγκριση με τις σκόνες 3Ca/TiO2 και 4Ca/TiO2, έχει σημαντικά χαμηλότερη προσρόφηση και φωτοκαταλυτική δράση σε σχέση με τις βαφές.
Στην περίπτωση της φωτοαναγωγής του διχρωμικού ανιόντος, το δείγμα 5Ca/TiO2 αποδείχθηκε ότι ήταν το πιο φωτοκαταλυτικά ενεργό (kA = 3,9 × 104, s
Πίνακας 2. Φωτοκαταλυτική (k x 104, s 1) και προσροφητική (τιμή προσρόφησης A, mg/g) δραστηριότητα δειγμάτων διοξειδίου του τιτανίου τροποποιημένα με ασβέστιο σε σχέση με βαφές και διχρωμικό ανιόν
Δείγμα Safranin T Rhodamine Bichromate Anion
ky x 10-4, s "1 A x 10 4, mg / g ky x 10-4, s" 1 A x 10 4, mg / g ky x 10-4, s "1 A x 10-6, mg /ΣΟΛ
M. L. Belikov, E. P. Lokshin, T. A. Sedneva - 2012
T. A. Khalyavka, T. I. Viktorova, E. I. Kapinus - 2009
KAPINUS E.I. - 2012
UDC 677.077.62
M. A. Salyakhova, I. Sh. Abdullin, V. V. Uvaev, E. N. Pukhacheva
ΜΕΛΕΤΗ ΤΩΝ ΙΔΙΟΤΗΤΩΝ ΠΡΟΣΡΟΦΗΣΗΣ ΣΥΝΘΕΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ
ΜΕ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΔΙΟΞΕΙΔΙΟ ΤΙΤΑΝΙΟΥ
Λέξεις κλειδιά: σύνθετο υλικό με ενσωματωμένο διοξείδιο του τιτανίου, διοξείδιο του τιτανίου, διοξείδιο του πυριτίου, ρόφηση,
ιδιότητες προσρόφησης.
Οι ιδιότητες προσρόφησης του φωτοκαταλυτικού σύνθετου υλικού αξιολογούνται με δύο δείκτες: την τιμή ισορροπίας της προσρόφησης κορεσμένων ατμών βενζολίου και οξικού αιθυλεστέρα από τα δείγματα υλικού και τον περιοριστικό όγκο του χώρου προσρόφησης των δειγμάτων υλικού.
Λέξεις κλειδιά: σύνθετο υλικό με ενσωματωμένο διοξείδιο του τιτανίου, διοξείδιο του τιτανίου, πυρίτιο, προσρόφηση, ιδιότητες προσρόφησης.
Οι ιδιότητες προσρόφησης φωτοκαταλυτικού σύνθετου υλικού αξιολογούνται με δύο παραμέτρους: την τιμή της ισορροπίας ρόφησης κορεσμένων ατμών δειγμάτων υλικού βενζολίου και οξικού αιθυλεστέρα και περιορισμό του όγκου των δειγμάτων υλικού χώρου προσρόφησης.
Τα τελευταία χρόνια, η έρευνα και η ανάπτυξη μιας νέας γενιάς προστατευτικών υλικών και προϊόντων από αυτά με χρήση νανοσυστημάτων έχει αναπτυχθεί εντατικά. Η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη φωτοκαταλυτική διαδικασία είναι το διοξείδιο του τιτανίου ως ένα από τα πιο χημικά και θερμικά σταθερά και μη τοξικά προϊόντα. Τα ανόργανα οξείδια σε νανομεγέθη μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την απολύμανση υλικών που έχουν μολυνθεί με επικίνδυνες τοξικές ουσίες, συμπεριλαμβανομένων των τοξικών ουσιών, καθώς και για τον καθαρισμό του αέρα από ατμούς και αέρια τοξικών χημικών ουσιών.
Το σύνθετο υλικό λαμβάνεται με διαδοχικό σχηματισμό ενός προσροφητικού στρώματος σε μια υφασμένη υφαντική βάση που περιέχει κυτταρίνη και στη συνέχεια ένα φωτοκαταλυτικό στρώμα. Ο σχηματισμός προσροφητικού στρώματος σε υφαντή ή μη υφασμένη υφαντική βάση που περιέχει κυτταρίνη συμβαίνει σύμφωνα με την τεχνολογία sol-gel ως αποτέλεσμα εμποτισμού της βάσης του υφάσματος με υδατική διασπορά που περιέχει σωματίδια οξειδίου του αργιλίου σε νανομεγέθη και ξήρανση σε θερμοκρασία των (100±5) °C. Τα θετικά φορτισμένα σωματίδια αλουμίνας στερεώνονται στην αρνητικά φορτισμένη επιφάνεια της υφασμάτινης βάσης, τόσο λόγω ηλεκτροστατικής αλληλεπίδρασης όσο και λόγω μηχανικής συγκράτησης των σωματιδίων αλουμίνας από την ίνα βάσης υφασμάτων. Ο σχηματισμός φωτοκαταλυτικού στρώματος σε υφασμένη υφαντική βάση που περιέχει κυτταρίνη που περιέχει προσροφητικό στρώμα συμβαίνει σύμφωνα με την τεχνολογία sol-gel ως αποτέλεσμα εμποτισμού δείγματος υλικού με υδατική διασπορά που περιέχει σύμπλοκο διοξειδίου του πυριτίου με διοξείδιο τιτανίου, ξήρανση του εμποτισμένο δείγμα σε θερμοκρασία (80-90) °C για 30 λεπτά που ακολουθείται από πλύση με νερό και ξήρανση σε θερμοκρασία (100±5) °C. Η ανεπτυγμένη επιφάνεια οξειδίου του αλουμινίου που στερεώνεται στην επιφάνεια της υφαντικής βάσης παρέχει καλή πρόσφυση του συμπλόκου διοξειδίου του πυριτίου με το διοξείδιο του τιτανίου στην επιφάνεια του προσροφητικού στρώματος.
Όταν σχηματίζεται ένα προσροφητικό στρώμα και ένα φωτοκαταλυτικό στρώμα σε υφαντική βάση,
οι επιμέρους ίνες δεν είναι κατεστραμμένες και η υφή της υφασμάτινης βάσης δεν αλλάζει.
Φωτοκαταλυτικό σύνθετο υλικό που περιέχει υφαντή βάση ή υφασμάτινη βάση που περιέχει κυτταρίνη, φωτοκαταλυτικό στρώμα, που περιλαμβάνει σύμπλοκο πυριτίου τροποποιημένο με ιόντα αργιλικού και τροποποιημένο με ανατάση διοξείδιο τιτανίου, και προσροφητικό στρώμα που περιέχει οξείδιο αλουμινίου βοημίτη, που βρίσκεται μεταξύ του φωτοκαταλυτικού στρώματος υφάσματος και βάσης, χαρακτηρίζεται από αυξημένες ιδιότητες προσρόφησης σε σχέση με πολικές και μη πολικές χημικές ενώσεις, παρουσιάζει υψηλή φωτοκαταλυτική δράση και αντιβακτηριδιακές ιδιότητες όταν ακτινοβολείται με υπεριώδη ακτινοβολία. Μια υδατική διασπορά οξειδίου του αργιλίου χρησιμοποιείται ως υλικό για το σχηματισμό μιας προσροφητικής στιβάδας Η υδατική διασπορά περιέχει σωματίδια οξειδίου του αργιλίου σε νανομεγέθη δομής βοημίτη σε ποσότητα 9,0-9,5 wt.%, pH διαλύματος 3,8. Χρησιμοποιώντας περιθλασομετρία σκόνης, διαπιστώθηκε ότι η αλουμίνα σε νανομεγέθη έχει μια ρομβική κρυσταλλική δομή από βοημίτη (y-AYOH) (αρ. 01-083-1506 στη βάση δεδομένων PDF-2). Το οξείδιο του αλουμινίου με δομή βοημίτη έχει ανεπτυγμένη επιφάνεια, υψηλό ηλεκτροθετικό φορτίο, έχει ιδιότητες προσρόφησης σε σχέση με πολικές και μη πολικές χημικές ενώσεις και την ικανότητα να παγιδεύει μικροοργανισμούς.
Οι ιδιότητες προσρόφησης ενός φωτοκαταλυτικού σύνθετου υλικού αξιολογούνται με δύο δείκτες: την τιμή ισορροπίας της προσρόφησης κορεσμένων ατμών βενζολίου και οξικού αιθυλεστέρα από δείγματα υλικού και τον περιοριστικό όγκο του χώρου προσρόφησης των δειγμάτων υλικού υπό στατική δραστηριότητα σε θερμοκρασία 25° ΝΤΟ. Οι ιδιότητες προσρόφησης του φωτοκαταλυτικού σύνθετου υλικού με βάση το βαμβακερό ύφασμα παρουσιάζονται στους πίνακες 1 και 2.
Πίνακας 1 - Ιδιότητες προσρόφησης φωτοκαταλυτικού σύνθετου υλικού με βάση βαμβακερό ύφασμα
φωτοκαταλυτικό βενζόλιο
σύνθετο υλικό, %
Photo- Binding- Adsor- Equal- Limit-
καταλύτης SiO2mobent όγκος ελατηρίου
συμφόρηση difi- (Y-τιμή τρώω σορβ-
TiO2, ciro-A1OOH) ρόφηση
λουτρό ανατάσης και βοημίτη aS, mg/g προ-
A1(OH)4-κενά
25 25 50 104 118
Η τιμή ισορροπίας της ρόφησης κορεσμένων ατμών μιας χημικής ένωσης από ένα δείγμα υλικού προσδιορίζεται ως η αναλογία της ποσότητας ατμών μιας χημικής ένωσης που απορροφάται από αυτό το δείγμα προς τη μάζα του δείγματος. Ο οριακός όγκος του χώρου προσρόφησης ενός δείγματος υλικού υπολογίζεται με βάση την τιμή ισορροπίας της ρόφησης και την πυκνότητα της χημικής ένωσης.
Πίνακας 2 - Ιδιότητες προσρόφησης φωτοκαταλυτικού σύνθετου υλικού με βάση βαμβακερό ύφασμα
Όπως φαίνεται από τα παραδείγματα στους πίνακες 1 και 2, το σύνθετο υλικό με ενσωματωμένο διοξείδιο του τιτανίου χαρακτηρίζεται από αυξημένες ιδιότητες προσρόφησης σε σχέση με πολικές και μη πολικές χημικές ενώσεις λόγω της αύξησης της διαθέσιμης επιφάνειας δύο προσροφητικών ουσιών - Νανοδιεσπαρμένα οξείδια πυριτίου και αλουμινίου.
Βιβλιογραφία
1. Υλικό φιλτραρίσματος-προσρόφησης με ενσωματωμένο φωτοκαταλύτη / M.A. Salyakhova [et al.] // Δελτίο του Τεχνολογικού Πανεπιστημίου του Καζάν. -2013.τ.16. Νο. 23. - Σ. 52-53.
2. Φωτοχημική καταστροφή κλωστοϋφαντουργικών υλικών / M.A. Salyakhova [et al.] // Δελτίο του Τεχνολογικού Πανεπιστημίου του Καζάν. - 2013.τ.16. Νο 17. - Από 92-93.
3. Shabanova, N.A. Χημεία και τεχνολογία νανοδιεσπαρμένων οξειδίων [Κείμενο] / N.A. Shabanova, V.V. Popov, P.D. Sarkisov - M.: ICC "Akademkniga", 2007. - 309 σελ.
Φωτοκαταλύτης TiO2, συνδετικό ανατάσης Τροποποιημένο SiO2 A1(OH)4- Προσροφητικός (Y-A1OOH) βοημίτης Τιμή ισορροπίας ρόφησης aS, mg/g Περιοριστικός όγκος χώρου προσρόφησης WS, cm3/g
25 25 50 134 152
25 30 45 130 148
25 35 40 128 145
30 30 40 126 143
30 35 35 122 139
35 35 30 119 135
© M. A. Salyakhova - Ph.D. καφενείο χημικές και νανοτεχνολογίες πλάσματος υψηλού μοριακών υλικών KNRTU, [email προστατευμένο]; I. Sh. Abdullin - Διδάκτωρ Μηχανικών. επιστημών, καθ., προϊστάμενος. καφενείο of Plasma-Chemical and Nanotechnologies of High-Molecular Materials KNITU, аb(M1m^@k51u.gi· V. V. Uvaev - Υποψήφιος Χημικών Επιστημών, Γενικός Διευθυντής KazKhimNII OJSC· E. N. Pukhacheva - Υποψήφιος Τεχνικών Επιστημών, Ανώτερος Ερευνητής. 5 της JSC "KazKhimNII", [email προστατευμένο].
©Μ. A. Salyahova - μεταπτυχιακός τίτλος της έδρας πλασμαχημικών και νανοτεχνολογιών υψηλομοριακών υλικών KNRTU, [email προστατευμένο]; I. Sh. Abdullin - διδάκτωρ τεχνικών επιστημών, καθηγητής της έδρας πλασμαχημικών και νανοτεχνολογιών υψηλομοριακών υλικών KNRTU, και [email προστατευμένο]; V. V. Uvaev - υποψήφιος τεχνικών επιστημών, Γενικός Διευθυντής, του Καζάν Χημικό Επιστημονικό-Ερευνητικό Ινστιτούτο. E. N. Pukhacheva - υποψήφιος τεχνικών επιστημών, ανώτερος ερευνητής του Εργαστηρίου του Χημικού Επιστημονικού-Ερευνητικού Ινστιτούτου Καζάν, [email προστατευμένο].
1Περίληψη-Η δραστηριότητα ρόφησης του διοξειδίου του τιτανίου που λαμβάνεται με υδρόλυση του άλατος TiCl4 (δείγμα S0) σε σχέση με διπλά φορτισμένα κατιόντα σιδήρου, νικελίου και μαγγανίου μελετήθηκε μετά την επεξεργασία ενός εναιωρήματος TiO2 με σταθερό ηλεκτρικό πεδίο σε ένα μέσο που δεν μετατοπίστε την ιοντική ισορροπία H+–OH–: απεσταγμένο νερό (δείγματα S1, S2, S3) και διάλυμα χλωριούχου νατρίου 0,2 N (δείγματα S4, S5, S6). Δημιουργήθηκε ένα σταθερό ηλεκτρικό πεδίο με την εμβάπτιση επίπεδων ηλεκτροδίων τιτανίου σε ένα εναιώρημα διοξειδίου του τιτανίου (l = 120 mm) και την εφαρμογή τάσης 200 V. Μετά από επεξεργασία με ηλεκτρικό πεδίο, τα δείγματα διοξειδίου του τιτανίου χωρίστηκαν σε τρία μέρη, λαμβάνοντας δείγματα από χώρο μεταξύ ηλεκτροδίων (S1, S4), καθώς και σε θετικά (S2, S5) και αρνητικά (S3, S6) φορτισμένα ηλεκτρόδια. Αποδεικνύεται ότι τα δείγματα διοξειδίου του τιτανίου που λαμβάνονται σε διαφορετικά μέρη του εναιωρήματος TiO2 παρουσιάζουν διαφορετικές ιδιότητες σε σχέση με την προσρόφηση κατιόντων σιδήρου, μαγγανίου και νικελίου διπλά φορτισμένου. Βρέθηκε ότι η μείωση στη συγκέντρωση των ιόντων ακαθαρσίας ήταν κατά μέσο όρο: για μη επεξεργασμένο TiO2 (S0) κατά 2,4 φορές. για επεξεργασμένο σε απεσταγμένο νερό: S1 σε 4,1; S2 - 3,5; S3 - 3,4 φορές. για διοξείδιο του τιτανίου που έχει υποστεί επεξεργασία σε διάλυμα χλωριούχου νατρίου: S4 σε 4,7; S5 - 3,5 S6 - 3,4 φορές. Η αύξηση της δραστηριότητας ρόφησης του διοξειδίου του τιτανίου μετά την έκθεση σε σταθερό ηλεκτρικό πεδίο εξηγείται από την ανακατανομή της συγκέντρωσης των λειτουργικών ομάδων στην επιφάνεια του TiO2. Η περιεκτικότητα σε ακαθαρσίες διπλά φορτισμένων κατιόντων μετάλλων αναλύθηκε χρησιμοποιώντας τυπικές φωτοχρωματομετρικές τεχνικές.
διοξείδιο τιτανίου
πόλωση
βαριά μέταλλα
ικανότητα απορρόφησης
Φάσματα υπερύθρων
ζώνη απορρόφησης
DC τάση
ηλεκτρόδιο
δονήσεις τάνυσης και κάμψης
1. GOST 4011-72. Πόσιμο νερό. Μέθοδοι μέτρησης της συγκέντρωσης μάζας ολικού σιδήρου.
2. GOST 4974-72. Πόσιμο νερό. Μέθοδοι προσδιορισμού της περιεκτικότητας σε μαγγάνιο.
3. Kulsky L.A. Θεωρητικές βάσεις και τεχνολογία κλιματισμού νερού. - Κίεβο: Naukova Dumka, 1983. - 560 σελ.
4. Mamchenko A.V. Διερεύνηση της αποτελεσματικότητας των πηκτικών με βάση το τιτάνιο στην επεξεργασία νερού // Χημεία και τεχνολογία του νερού. - 2010. - Τ. 32, Αρ. 3. - Σ. 309-323.
5. Nakamoto K. Φάσματα IR και φάσματα Raman ανόργανων ενώσεων και ενώσεων συντονισμού: Per. από τα Αγγλικά. – Μ.: Μιρ, 1991. – 536 σελ.
6. RD 52.24.494-95. Μεθοδικές οδηγίες. Φωτομετρικός προσδιορισμός νικελίου με διμεθυλγλυκοξίμη σε χερσαία επιφανειακά ύδατα.
7. Smirnova V.V. Επίδραση της δομής, των ιδιοτήτων και της επιφανειακής επεξεργασίας στη δραστηριότητα προσρόφησης του διοξειδίου του τιτανίου // Σύγχρονα προβλήματα της επιστήμης και της εκπαίδευσης. - 2012. - Αρ. 5. - Σελ. 1–7. – URL: www.science-education.ru/105-6958 (ημερομηνία πρόσβασης: 13/05/2013).
8. Smirnova V.V., Ilyin A.P., Nazarenko O.B. Θερμική σταθερότητα επιφανειακών ενώσεων διοξειδίου του τιτανίου μετά από επεξεργασία σε διάφορους ηλεκτρολύτες // Πυρίμαχα και τεχνικά κεραμικά. - 2013. - Αρ. 1–2. – Σ. 33–38.
9. Stremilova N.N., Viktorovsky I.V., Zigel V.V. Συγκέντρωση ακαθαρσιών στη μελέτη φυσικών υδάτινων σωμάτων // Journal of General Chemistry RAS. - 2001. - Τ. 71 (133), αρ. 1. - Σ. 21-24.
Η δυνατότητα χρήσης διοξειδίου του τιτανίου ως αντιδραστηρίου για τη συμπύκνωση και την εξαγωγή ακαθαρσιών από το νερό έχει μελετηθεί πρόσφατα όλο και πιο ενεργά. Το διοξείδιο του τιτανίου είναι μια χημικά αδρανής ουσία· για να πραγματοποιηθούν οι ικανότητες προσρόφησής του, απαιτείται προκαταρκτική ενεργοποίηση της επιφάνειας με τη δημιουργία ενεργών λειτουργικών ομάδων σε αυτήν. Υπάρχουν γνωστές μέθοδοι για την ενεργοποίηση του TiO2 με επεξεργασία με οξέα και αλκάλια ή με την εφαρμογή συμπλοκοποιητικών ομάδων στην επιφάνειά του. Μια άλλη κατεύθυνση στην ενεργοποίηση της επιφάνειας TiO2 είναι η επεξεργασία της με ηλεκτροφυσικές μεθόδους: ακτινοβολία με δέσμη ηλεκτρονίων, επεξεργασία με υπερήχους ή/και ηλεκτρικό σπινθήρα και άλλα είδη έκθεσης. Μια πολλά υποσχόμενη κατεύθυνση για την ενεργοποίηση της επιφάνειας του διοξειδίου του τιτανίου είναι η εφαρμογή ενός σταθερού ηλεκτρικού πεδίου σε αυτήν, αλλά αυτή η διαδικασία δεν έχει μελετηθεί επαρκώς λεπτομερώς.
Σκοπός αυτής της εργασίας είναι ο σχηματισμός λειτουργικών ομάδων στην επιφάνεια του διοξειδίου του τιτανίου που δραστηριοποιούνται ως προς την ρόφηση διαλυτών μεταλλικών ιόντων με επεξεργασία του με σταθερό ηλεκτρικό πεδίο σε απεσταγμένο νερό και σε διάλυμα χλωριούχου νατρίου.
Πειραματικές μέθοδοι και χαρακτηριστικά του αντικειμένου μελέτης
Χρησιμοποιήσαμε σκόνη διοξειδίου του τιτανίου που ελήφθη με υδρόλυση του αντιδραστηρίου TiCl4 που ακολουθείται από φρύξη στους 600°C.
Απεσταγμένο νερό (μέσο αναφοράς) και διάλυμα NaCl 0,2 N επιλέχθηκαν ως το μέσο κατά την επεξεργασία με σταθερό ηλεκτρικό πεδίο, το οποίο δεν οδηγεί σε αλλαγή του pH.
Κατά την εκτέλεση της εργασίας, χρησιμοποιήθηκε φασματοσκοπία υπέρυθρης μετάδοσης (IRS) για τον προσδιορισμό του τύπου των λειτουργικών ομάδων στην επιφάνεια του διοξειδίου του τιτανίου (IR-Fourier φασματοφωτόμετρο Nicolet 5700). Η ταυτοποίηση των λειτουργικών ομάδων που σχετίζονται με την απορρόφηση στο φάσμα IR πραγματοποιήθηκε με τη χρήση δεδομένων της βιβλιογραφίας. Ο ποσοτικός προσδιορισμός της περιεκτικότητας σε διαλυτές ακαθαρσίες ιόντων Fe(II), Mn(II) και Ni(II) στο νερό διεξήχθη χρησιμοποιώντας τυπικές φωτοχρωματομετρικές τεχνικές (φωτόμετρο KFK-3-01). Δημιουργήθηκε ένα σταθερό ηλεκτρικό πεδίο με τη σύνδεση επίπεδων ηλεκτροδίων τιτανίου της μάρκας VT-1.0 (απόσταση μεταξύ των ηλεκτροδίων l = 12 cm, U = 200 V) σε μια εργαστηριακή πηγή τάσης τροφοδοσίας συνεχούς ρεύματος "Instek". Η επεξεργασία των εναιωρημάτων διοξειδίου του τιτανίου σε νερό και σε διάλυμα χλωριούχου νατρίου πραγματοποιήθηκε σε λουτρό υπερήχων (22 kHz, 0,15 W/cm2).
Αποτελέσματα έρευνας και συζήτηση
Μετά από ανάδευση του εναιωρήματος με υπερήχους (10 λεπτά) σε απεσταγμένο νερό και έκθεση σε σταθερό ηλεκτρικό πεδίο (30 λεπτά), λήφθηκε δείγμα διοξειδίου του τιτανίου από τη μέση του χώρου μεταξύ των ηλεκτροδίων (δείγμα S1, Πίνακας 1), ξηράνθηκε και το φάσμα μετάδοσης IR καταγράφηκε στην περιοχή 400–4000 cm -1 (εικόνα, α) με συμπίεση του δείγματος σε βρωμιούχο κάλιο.
Το φάσμα απορρόφησης υπερύθρων αυτού του δείγματος χαρακτηρίζεται από μια ευρεία ζώνη ν (Ti = O) με μέγιστο 697 cm-1 και ακμή απορρόφησης ίση με 719 cm-1. Αυτή η ζώνη επικαλύπτεται με τη ζώνη απορρόφησης ν (Ti-O) = 1024-1030 cm-1. Το φάσμα έχει ζώνη απορρόφησης δ (Η-Ο-Η) = 1628, 1696 cm-1. Στη φασματική περιοχή 1700-2500 cm-1, δεν παρατηρούνται άλλες ζώνες. Το φάσμα περιέχει μια ευρεία ζώνη απορρόφησης ν (Ο-Η) με μέγιστο στα 3383 cm-1, η οποία τελειώνει σε ν (Ο-Η) = 3700 cm-1. Η ένταση της ζώνης απορρόφησης ν (Ti = O) είναι 88%, και το ν (O-H) είναι 43%.
Ταυτόχρονα, το φάσμα μετάδοσης υπερύθρων του διοξειδίου του τιτανίου που λαμβάνεται από ένα θετικά φορτισμένο ηλεκτρόδιο (δείγμα S2, Πίνακας 1) διαφέρει σημαντικά από τα προηγούμενα φάσματα (σχήμα, β). Το μέγιστο της ζώνης απορρόφησης ν (Ti = O) = 532 cm-1, η άκρη αυτής της ζώνης παρατηρείται στα 710 cm-1 και πρακτικά συμπίπτει με τα προηγούμενα φάσματα. Στην περιοχή ν (Ti-O) με μέγιστο στα 1011 cm-1, υπάρχει πιο έντονη ζώνη απορρόφησης και στην περιοχή δ (H-O-H) παρατηρείται διπλή ζώνη στα 1627, 1680 cm-1. Στην περιοχή μήκους κύματος 1800-2500 cm-1, δεν βρέθηκε αξιοσημείωτη απορρόφηση. Ταυτόχρονα, το ν (O-H) με μέγιστο στα 3382 cm-1 είναι αισθητά πιο έντονο σε σύγκριση με τα προηγούμενα φάσματα: η απορρόφηση σε αυτή τη ζώνη μειώνεται στα ν (O-H) = 3700 cm-1. Αν η ένταση της ζώνης ν (Ti = O) είναι 89,5%, τότε το ν (O-H) είναι 49,0%.
Ένα δείγμα διοξειδίου του τιτανίου που έχει υποστεί επεξεργασία σε απεσταγμένο νερό, που λαμβάνεται κοντά στο αρνητικά φορτισμένο ηλεκτρόδιο (δείγμα S3, Πίνακας 1), μετά την ξήρανση, έχει φάσμα μετάδοσης IR παρόμοιο με το δείγμα S1. Η ένταση της ζώνης απορρόφησης ν (Ti = O) είναι επίσης 88%, και η ένταση ν (O-H) είναι μόνο 26%.
Για να συγκριθεί η δομή της επιφάνειας του διοξειδίου του τιτανίου που έχει υποστεί επεξεργασία με σταθερό ηλεκτρικό πεδίο σε απεσταγμένο νερό, ένα δείγμα TiO2 υποβλήθηκε σε επεξεργασία με σταθερό ηλεκτρικό πεδίο σε διάλυμα NaCl 0,2 N. Δείγματα λήφθηκαν με παρόμοιο τρόπο: από τη μέση του διαηλεκτροδίου χώρου, κοντά στα θετικά και αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόδια (δείγματα S4, S5 και S6, αντίστοιχα, Πίνακας 1).
Η μέγιστη ζώνη απορρόφησης ν (Ti = O) του δείγματος S4 είναι 700 cm-1, το άκρο της ζώνης απορρόφησής του αντιστοιχεί σε 710 cm-1. Μια ευρεία άλυτη ζώνη στην περιοχή 950–1200 cm–1 εμφανίζεται ως συστροφή. Το φάσμα έχει ζώνη απορρόφησης δ (H-O-H) με δύο μέγιστα: 1620 (πιο έντονο) και 1680 cm-1. Υπάρχουν ασθενείς ζώνες απορρόφησης στην περιοχή 1680-2600 cm-1. Παρατηρείται μια ευρεία ζώνη ν (Ο-Η) στην περιοχή 2600-3700 cm-1 με μέγιστο τα 3454 cm-1. Η απόλυτη τιμή της έντασης των ζωνών ν (Ti = O) είναι 77%, και ν (O-H) - 35%.
Το διοξείδιο του τιτανίου που ελήφθη δειγματοληπτικά κοντά στο θετικά φορτισμένο ηλεκτρόδιο (δείγμα S5, Πίνακας 1) έχει ζώνη απορρόφησης ν (Ti = O) = 656 cm-1 (μέγιστο), το άκρο αυτής της ζώνης είναι 704 cm-1. Η άλυτη ζώνη ν (Ti-O) έχει πλάτος 970-1170 cm-1. Η ζώνη απορρόφησης δ (Η-Ο-Η) χαρακτηρίζεται από τρία μέγιστα: 1627 (μέγιστο), 1644 και 1660 cm-1. Υπάρχουν επίσης αδύναμες ζώνες απορρόφησης στην περιοχή από 1880 έως 2580 cm-1. Παρατηρείται μια ευρεία ζώνη ν (Ο-Η) στην περιοχή 2600-3700 cm-1 με μέγιστο στα 3340 cm-1. Η ένταση της ζώνης απορρόφησης ν (Ti = O) είναι 88%, και η ζώνη ν (O-H) είναι 37%.
Το διοξείδιο του τιτανίου που βρίσκεται κοντά στο αρνητικά φορτισμένο ηλεκτρόδιο (δείγμα S6, Πίνακας 1) έχει σημαντικές διαφορές από όλα τα προηγούμενα δείγματα όσον αφορά τα χαρακτηριστικά του φάσματος. Η ζώνη απορρόφησης ν (Ti = O) έχει μέγιστο ίσο με 560 cm-1, με ακμή στην περιοχή 732 cm-1. Η άλυτη ζώνη ν (Ti-O) χαρακτηρίζεται από μεγαλύτερο πλάτος 940-1160 cm-1. Η ζώνη απορρόφησης δ (H-O-H) έχει δύο μέγιστα: 1635 (μεγαλύτερο) και 1650 cm-1. Υπάρχουν ασθενείς ζώνες απορρόφησης στην περιοχή από 1870 έως 2250 cm-1. Παρατηρείται μια ευρεία ζώνη δ (Η-Ο-Η) στην περιοχή 2600-3700 cm-1 με μέγιστο στα 3450 cm-1. Η ένταση της ζώνης απορρόφησης ν (Ti = O) είναι 82%, και - ν (O-H) είναι 37%.
α β 
Φάσμα μετάδοσης υπερύθρων ενός δείγματος TiO2 από το μέσο του διαηλεκτροδίου χώρου που έχει υποστεί επεξεργασία με σταθερό ηλεκτρικό πεδίο: α - σε απεσταγμένο νερό. β - σε διάλυμα χλωριούχου νατρίου
Τραπέζι 1
Δείγματα διοξειδίου του τιτανίου που υποβάλλονται σε επεξεργασία με υπερήχους και σταθερό ηλεκτρικό πεδίο σε διάφορους ηλεκτρολύτες
|
Ονομασία δείγματος |
Περιβάλλον επεξεργασίας |
|
|
Δείγμα S0 |
Δεν έχει υποστεί επεξεργασία |
|
|
Δείγμα S1 |
Απεσταγμένο νερό (χώρος μεταξύ ηλεκτροδίων) |
|
|
Δείγμα S2 |
Απεσταγμένο νερό (στο θετικά φορτισμένο ηλεκτρόδιο) |
|
|
Δείγμα S3 |
Απεσταγμένο νερό (στο αρνητικά φορτισμένο ηλεκτρόδιο) |
|
|
Δείγμα S4 |
Διάλυμα χλωριούχου νατρίου (χώρος μεταξύ ηλεκτροδίων) |
|
|
Δείγμα S5 |
Διάλυμα χλωριούχου νατρίου (στο θετικά φορτισμένο ηλεκτρόδιο) |
|
|
Δείγμα S6 |
Διάλυμα χλωριούχου νατρίου (στο αρνητικά φορτισμένο ηλεκτρόδιο) |
Οι ιδιότητες ρόφησης του διοξειδίου του τιτανίου που έχει υποστεί επεξεργασία με σταθερό ηλεκτρικό πεδίο σε απεσταγμένο νερό και διάλυμα χλωριούχου νατρίου μελετήθηκαν χρησιμοποιώντας μοντέλα διαλυμάτων δισθενών μεταλλικών ιόντων: Fe - 3,00 mg/l, Ni και Mn - 1,00 mg/l. Το διοξείδιο του τιτανίου, το οποίο δεν υποβλήθηκε σε πρόσθετη επεξεργασία, χρησιμοποιήθηκε ως δείγμα αναφοράς (δείγμα S0, Πίνακας 1).
Η ρόφηση διεξήχθη υπό στατικές συνθήκες με την τοποθέτηση δειγμάτων 0,2 g διοξειδίου του τιτανίου (Πίνακας 1) σε 100 ml διαλυμάτων μοντέλου που παρασκευάστηκαν με διάλυση ακριβών ζυγισμένων μερίδων θειικών αλάτων νικελίου, σιδήρου και μαγγανίου. Η συγκέντρωση των ιόντων διαλυτού σιδήρου (II), μαγγανίου (II) και νικελίου (II) μετά την προσρόφηση παρακολουθήθηκε χρησιμοποιώντας τυπικές φωτοχρωματομετρικές τεχνικές. Η ακρίβεια των πειραμάτων εξασφαλίστηκε με την κατασκευή γραφημάτων βαθμονόμησης και τη στατιστική επεξεργασία των ληφθέντων δεδομένων με πιθανότητα P = 0,95: για σίδηρο - στο εύρος συγκεντρώσεων από 0,01 έως 3,00 mg/l, για μαγγάνιο και νικέλιο - από 0,005 έως 1,000 χλστγρ / λίτρο.
Τα αποτελέσματα του προσδιορισμού της συγκέντρωσης διαλυτών μεταλλικών ιόντων σε διαλύματα μοντέλου μετά από ρόφηση με διοξείδιο του τιτανίου (δείγμα S0) και δείγματα που ελήφθησαν με επεξεργασία TiO2 με σταθερό ηλεκτρικό πεδίο σε απεσταγμένο νερό (δείγματα S1, S2, S3) και διάλυμα χλωριούχου νατρίου (δείγματα S4, S5, S6), δίνονται στους πίνακες: 2 - ιόντα σιδήρου, 3 - μαγγάνιο, 4 - νικέλιο.
Σύμφωνα με τα δεδομένα των πινάκων 2-4, διαπιστώθηκε ότι η επίδραση ενός σταθερού ηλεκτρικού πεδίου στο αντιδραστήριο διοξειδίου του τιτανίου επηρεάζει σημαντικά τις ιδιότητες προσρόφησής του. Τα δείγματα διοξειδίου του τιτανίου που βρίσκονται κοντά σε ένα θετικά φορτισμένο ηλεκτρόδιο μειώνουν τη συγκέντρωση ιόντων σιδήρου, μαγγανίου και νικελίου σε μεγαλύτερο βαθμό από τα δείγματα που βρίσκονται κοντά σε ένα αρνητικά φορτισμένο ηλεκτρόδιο.
Η μέγιστη μείωση στη συγκέντρωση προσμίξεων σιδήρου παρατηρήθηκε για το δείγμα S4: από 3,00 σε 0,54 mg/l, η ελάχιστη - για το δείγμα S3 - σε 1,73 mg/l (Πίνακας 2).
Οι ακαθαρσίες ιόντων μαγγανίου και νικελίου μείωσαν αποτελεσματικότερα το δείγμα S1 από 1,00 σε 0,19 και 0,20 mg/l, αντίστοιχα, και ελάχιστα - δείγμα S0: έως 0,53 για ιόντα μαγγανίου και έως 0,50 mg/l για ιόντα νικελίου (Πίνακας 3-4 ).
πίνακας 2
Πίνακας 3
Έτσι, η μείωση της συγκέντρωσης των διαλυτών ακαθαρσιών ιόντων σιδήρου, μαγγανίου και νικελίου μετά την προσρόφησή τους χρησιμοποιώντας το αρχικό διοξείδιο του τιτανίου και δείγματα που υποβλήθηκαν σε επεξεργασία με σταθερό ηλεκτρικό πεδίο σε απεσταγμένο νερό και διάλυμα χλωριούχου νατρίου υπολογίστηκε κατά μέσο όρο: για μη επεξεργασμένο TiO2 (S0) - 2 , 4 φορές? για επεξεργασμένο σε απεσταγμένο νερό: S1 - σε 4,1; S2 - 3,5; S3 - 3,4 φορές. για διοξείδιο του τιτανίου που έχει υποστεί επεξεργασία σε διάλυμα χλωριούχου νατρίου: S4 - σε 4,7; S5 - 3,5 S6 - 3,4 φορές.
Πίνακας 4
Τα καλύτερα αποτελέσματα στον καθαρισμό του νερού από διαλυτές ακαθαρσίες σιδήρου (II) λήφθηκαν χρησιμοποιώντας διοξείδιο του τιτανίου χωρίς επεξεργασία με σταθερό ηλεκτρικό πεδίο και διάλυμα ηλεκτρολύτη ως ροφητή (χρόνος επαφής - 20 λεπτά). Μετά από 60 λεπτά ρόφησης, η συγκέντρωση των ιόντων σιδήρου (II) μειώθηκε στο μέγιστο από 3,00 σε 1,73 mg/l, χρησιμοποιώντας το δείγμα S5 (Πίνακας 1), αλλά ήδη μετά από 24 ώρες επιτεύχθηκαν τα καλύτερα αποτελέσματα χρησιμοποιώντας το δείγμα S4 (Πίνακας 1 ).
Η μελέτη της διαδικασίας προσρόφησης ιόντων μαγγανίου (II) έδειξε ότι μετά από 20 λεπτά ρόφησης επιτεύχθηκαν τα καλύτερα αποτελέσματα για τα δείγματα S1 και S4: η συγκέντρωση ακαθαρσιών μειώθηκε από 1,00 σε 0,31 mg/l. Μετά από μια ώρα ρόφησης, καταγράφηκε η μέγιστη μείωση στη συγκέντρωση των προσμίξεων για το δείγμα S4: η συγκέντρωση μειώθηκε στα 0,21 mg/l. Με αύξηση του χρόνου προσρόφησης σε 24 ώρες, η μέγιστη μείωση στη συγκέντρωση προσμίξεων στα 0,19 mg/l βρέθηκε στο δείγμα S1.
Η συγκέντρωση των διαλυτών ακαθαρσιών ιόντων νικελίου (II) μετά από 20 λεπτά ρόφησης στο δείγμα S4 μειώθηκε στο μέγιστο από 1,00 σε 0,39 mg/l και μετά από 60 λεπτά ρόφησης, η μέγιστη μείωση των προσμίξεων παρατηρήθηκε στο ίδιο δείγμα - 0,37 mg/l, δηλαδή, η μέγιστη ρόφηση έλαβε χώρα σε διοξείδιο του τιτανίου που έχει υποστεί επεξεργασία σε διάλυμα χλωριούχου νατρίου. Μετά από 24 ώρες ρόφησης, η συγκέντρωση των προσμίξεων μειώθηκε στο μέγιστο παρουσία του δείγματος S1 (σε 0,20 mg/l).
Η επεξεργασία με σταθερό ηλεκτρικό πεδίο οδηγεί σε πόλωση σωματιδίων TiO2 και λειτουργικών ομάδων στην επιφάνειά τους. Ως αποτέλεσμα της δράσης ενός ηλεκτρικού πεδίου, τα σωματίδια διοξειδίου του τιτανίου διαχωρίζονται σε κλάσματα που παρουσιάζουν διαφορετικές ιδιότητες προσρόφησης σε σχέση με τις διαλυτές ακαθαρσίες κατιόντων σιδήρου, μαγγανίου και νικελίου. Η δράση ενός σταθερού ηλεκτρικού πεδίου οδηγεί σε ανακατανομή της συγκέντρωσης των λειτουργικών ομάδων στην επιφάνεια του διοξειδίου του τιτανίου.
1. Η επεξεργασία του διοξειδίου του τιτανίου που λαμβάνεται με υδρόλυση του TiCl4 με σταθερό ηλεκτρικό πεδίο οδηγεί στον διαχωρισμό του σε κλάσματα που διαφέρουν ως προς τη δράση ρόφησης σε σχέση με τις διαλυτές ακαθαρσίες ιόντων σιδήρου (II), μαγγανίου (II) και νικελίου (II), τα οποία σχετίζεται με μια αλλαγή στην περιεκτικότητα ορισμένων λειτουργικών ομάδων στην επιφάνεια του διοξειδίου του τιτανίου.
2. Σε μέσα που δεν μετατοπίζουν την ιοντική ισορροπία Η+-ΟΗ-, τα καλύτερα αποτελέσματα σχετικά με την προσρόφηση ιόντων σιδήρου (II) λήφθηκαν σε δείγμα διοξειδίου του τιτανίου που είχε υποστεί επεξεργασία με σταθερό ηλεκτρικό πεδίο σε διάλυμα χλωριούχου νατρίου και ελήφθη από χώρος μεταξύ ηλεκτροδίων (S4): η συγκέντρωση μειώθηκε από 3,00 σε 0,54 mg/l (5,6 φορές).
3. Τα ιόντα μαγγανίου (II) απορροφήθηκαν καλύτερα από ένα δείγμα διοξειδίου του τιτανίου που εκτέθηκε σε σταθερό ηλεκτρικό πεδίο σε απεσταγμένο νερό και ελήφθη επίσης από τον χώρο μεταξύ των ηλεκτροδίων (S1): μείωσε τη συγκέντρωση από 1,00 σε 0,19 mg/l (σε 5,3 φορές ).
4. Ένα δείγμα διοξειδίου του τιτανίου, που υποβλήθηκε σε επεξεργασία με σταθερό ηλεκτρικό πεδίο σε απεσταγμένο νερό και λήφθηκε στη μέση του χώρου μεταξύ των ηλεκτροδίων (S1), οδήγησε στη μέγιστη μείωση της συγκέντρωσης των ιόντων νικελίου (II): από 1,00 σε 0,20 mg /l (5 φορές) .
Αξιολογητές:
Kozik V.V., Διδάκτωρ Τεχνικών Επιστημών, Καθηγητής, Προϊστάμενος του Τμήματος Ανόργανης Χημείας, National Research Tomsk State University, Tomsk;
Vereshchagin V.I., Διδάκτωρ Τεχνικών Επιστημών, Καθηγητής του Τμήματος Τεχνολογίας Πυριτικών και Νανοϋλικών, National Research Tomsk Polytechnic University, Tomsk.
Το έργο παρελήφθη από τους εκδότες στις 27 Μαΐου 2013.
Βιβλιογραφικός σύνδεσμος
Smirnova V.V., Ilyin A.P. ΕΠΙΡΡΟΗ ΣΤΑΘΕΡΟΥ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟΥ ΠΕΔΙΟΥ ΣΤΙΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΡΟΦΗΣ ΤΟΥ ΔΙΟΞΕΙΔΙΟΥ ΤΙΤΑΝΙΟΥ // Θεμελιώδης Έρευνα. - 2013. - Αρ. 6-6. - S. 1366-1371;URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=31742 (ημερομηνία πρόσβασης: 02/01/2020). Εφιστούμε στην προσοχή σας τα περιοδικά που εκδίδονται από τον εκδοτικό οίκο "Academy of Natural History"