Ang sorbent batay sa titanium dioxide ay nakuha sa pamamagitan ng ultrasonic treatment ng TiO2 reagent sa isang daluyan ng iba't ibang electrolytes: distilled water, NaCl, NaOH, HCl solutions. Ang microstructure ng mga nakuha na sorbent, ang elemental na komposisyon ng ibabaw, thermal stability, ang pagkakaroon ng functional group sa ibabaw, at ang sorption activity ng titanium dioxide pagkatapos ng sonication ay pinag-aralan. Ito ay itinatag na ang paggamit ng ultrasonic na paggamot ng TiO2 ay nagpapataas ng aktibidad ng sorption nito nang maraming beses kumpara sa hindi ginagamot. Bilang karagdagan, ang electrolyte medium kung saan nagaganap ang ultrasonic treatment ay nagbabago sa thermal stability ng sorbent at nakakaapekto sa pag-uugali nito sa mga proseso ng sorption-desorption ng mga impurities mula sa ibabaw. Ang maximum na aktibidad ng sorption ay ipinakita ng sorbent na ginagamot sa ultrasound sa isang alkaline medium, at ang pinakamababang aktibidad ay ipinakita ng titanium dioxide reagent. Ang titan dioxide na sumailalim sa ultrasonic na paggamot sa isang neutral na daluyan (H2O, NaCl) ay nailalarawan sa pamamagitan ng pinaka-matatag na mga katangian sa proseso ng sorption-desorption.
paglilinis ng tubig
titan dioxide
paggamot sa ultrasonic
mga dumi ng mabibigat na metal
1. Smirnova V. V., Nazarenko O. B. Application ng titanium oxides at hydroxides para sa pagdalisay ng inuming tubig // Mga prospect para sa pagpapaunlad ng mga pangunahing agham: mga paglilitis ng VIII International Conference of Students and Young Scientists (Tomsk, Abril 26-29, 2011). - Tomsk, 2011. - S.383-385.
2. Smirnova V. V., Nazarenko O. B. Pag-unlad ng isang teknolohiya para sa pagkuha ng nano-porous sorbent batay sa titanium dioxide para sa pagdalisay ng inuming tubig. Abril 9-13, 2012). - Tomsk, 2012. - S.393-394.
3. GOST 4011 - 72. Tubig na inumin. Mga pamamaraan para sa pagsukat ng mass concentration ng kabuuang bakal.
4. GOST 4974 - 72. Tubig na inumin. Mga pamamaraan para sa pagtukoy ng nilalaman ng mangganeso.
5. Smirnova V. V., Nazarenko O. B. Impluwensiya ng mga kondisyon ng paghahanda at ultrasonic na paggamot ng titanium dioxide sa aktibidad ng sorption nito // Mga prospect para sa pagpapaunlad ng mga pangunahing agham: mga paglilitis ng IX internasyonal na kumperensya ng mga mag-aaral at mga batang siyentipiko (Tomsk, Abril 24-27, 2012). ). - Tomsk, 2012. - S. 484-486.
PanimulaUpang makamit ang mga pamantayan ng kalidad ng inuming tubig sa Europa sa Russia, kinakailangan na bumuo ng mga teknolohiya para sa paglilinis nito mula sa iba't ibang mga impurities. Ang pinakamahirap na gawain ay ang kunin ang mga natutunaw na dumi ng mabibigat na metal at hardness salts mula sa tubig. Upang malutas ang problemang ito, kinakailangan upang mapabuti ang kalidad ng mga umiiral na sorbents (activated carbon, zeolites, quartz sand, atbp.) O bumuo ng mga bago.
Sa mga inorganic sorbents, ang titanium dioxide ay nangangako, na may maraming positibong katangian: ito ay biologically hindi nakakapinsala, nabibilang sa matipid na natutunaw na mga compound, nagpapakita ng mga multifunctional na katangian sa paglilinis ng tubig mula sa mga impurities ng iba't ibang kalikasan, at nagbibigay ng mga bactericidal na katangian sa ilalim ng pagkilos ng radiation.
Ang layunin ng gawaing ito ay pataasin ang aktibidad ng sorption ng titanium dioxide sa pamamagitan ng paggamot sa ibabaw nito gamit ang ultrasound.
Mga pamamaraan ng materyal at pananaliksik
Upang makamit ang layunin, ang isang pag-aaral ay ginawa ng ibabaw na istraktura at thermal katatagan ng titanium dioxide reagent (mataas na kadalisayan grado), ang mga pagbabago nito sa panahon ng sonication sa isang daluyan ng iba't ibang electrolytes (distilled water, 0.2 N solusyon ng sodium chloride, hydrochloric acid at sodium hydroxide).
Kapag nagsasagawa ng trabaho, ginamit ang mga karaniwang pamamaraan ng pagsusuri ng physicochemical: electron microscopy (EM), differential thermal analysis (DTA), X-ray phase analysis (XRF), infrared spectroscopy (IR) at iba pa. Ang pagsusuri sa pisikal at kemikal ay isinagawa gamit ang mga instrumento ng Research and Analytical Center ng Tomsk Polytechnic University (Q 600 STD thermal analyzer, Nicolet 5700 IR-Fourier spectrophotometer, chromato-mass spectrometer). Ang orihinal na paraan ay ang pre-treatment ng mga sorbent at sorption sa ilalim ng impluwensya ng ultrasound (22 kHz, 0.15 W/cm2).
Ang mga natutunaw na dumi na Fe +2 at Mn +2, na aktwal na naroroon sa inuming tubig ng lungsod ng Tomsk, ay pinili bilang paksa ng pag-aaral. Ang nilalaman ng mga impurities ng bakal ay tinutukoy ng photometry ayon sa karaniwang pamamaraan. Ang pamamaraan ay batay sa pakikipag-ugnayan ng mga iron ions sa isang alkaline medium na may sulfosalicylic acid at ang pagbuo ng isang dilaw na kulay na kumplikadong tambalan. Ang intensity ng kulay, proporsyonal sa mass concentration ng iron, ay sinusukat sa wavelength na 400-430 nm. Ang nilalaman ng manganese impurity ay sinuri din ng photometry. Ang pamamaraan ay batay sa oksihenasyon ng mga compound ng manganese sa MnO 4 - . Ang oksihenasyon ay nangyayari sa isang acidic na kapaligiran na may ammonium o potassium persulfate sa pagkakaroon ng mga silver ions bilang isang katalista. Sa kasong ito, lumilitaw ang isang kulay rosas na kulay ng solusyon, ang intensity ng pagsipsip ay sinusukat sa hanay ng wavelength na 530-525 nm. Ang analytical grade chemical reagents ay ginamit upang maghanda ng mga solusyon sa modelo. Ang mga solusyon para sa pag-aaral ay inihanda sa pamamagitan ng pagtunaw ng iron (II) sulfate heptaqueous at manganese (II) sulfate pentahidrate. Ang katumpakan ng eksperimento ay nadagdagan sa pamamagitan ng pagbuo ng isang graph ng pagkakalibrate at pagpoproseso ng istatistika ng mga nakuhang resulta na may posibilidad na P = 0.95: para sa bakal - sa hanay ng konsentrasyon mula 0.01 hanggang 2.00 mg/l, para sa mangganeso mula 0.005 hanggang 0.3 mg/ l, sa MPC 0.3 at 0.1 mg/l, ayon sa pagkakabanggit.
Mga resulta ng pananaliksik at talakayan
Ayon sa mga resulta ng electron microscopy, ang TiO 2 reagent na ginagamot sa ultrasound sa iba't ibang media (H 2 O, NaCl, NaOH, HCl) ay mga porous spheroid na may katangiang sukat na 5-30 μm at mas maliliit na particle agglomerates: 2-4 μm na may mga fraction ng micron at submicron (sample S7). Sa isang mas mataas na pag-magnify (> 3000 beses), ang mga fragment ng istruktura ay makikita sa istraktura ng mga agglomerates, ang mga sukat nito ay hindi lalampas sa 1 μm. Ang mga micrograph ng mga nakuhang sample ay ipinapakita sa Figure 1.
kanin. Fig. 1. Micrographs ng titanium dioxide na ginagamot sa ultrasound sa isang alkaline medium: a - magnification ng 100 beses, b - magnification ng 3000 times
Ang ibabaw ng ultrasonicated TiO 2 ay nasuri para sa mga impurities gamit ang X-ray photoelectron spectroscopy, ang mga resulta ay ipinakita sa Talahanayan 1. Ang aktibidad ng sorption ng titanium dioxide ay napakataas na sa ilang mga kaso, marahil mula sa hindi sapat na purified distilled water, isang karumihan ng silikon (0.95 wt %) at tanso (0.68 wt %).
Talahanayan 1. Elemental na komposisyon ng mga sample ng titanium dioxide na ginagamot sa ultrasound sa iba't ibang electrolytes
|
Elemental na komposisyon, wt. % |
|||||||
Ayon sa DTA, para sa lahat ng mga sample ng titanium dioxide na ginagamot sa ultrasound, ang water desorption ay sinusunod kapag pinainit hanggang 500 ˚С. Ang isang tipikal na thermogram (sample S1) ay ipinapakita sa Figure 2.
kanin. Fig. 2. Karaniwang thermogram ng mga sample ng titanium dioxide na ginagamot sa ultrasound sa H 2 O, NaOH at HCl - a, sa NaCl - b
Tulad ng makikita mula sa figure, ang thermogram ng TiO 2 sample na ginagamot sa ultrasound sa isang sodium chloride solution (sample S4) ay kapansin-pansing naiiba (Fig. 2.b) mula sa DTA data ng iba pang sample (Fig. 2.a ). Kapag pinainit sa 200 ˚C, ang tubig na mahina ang pagkakatali ay aalisin mula sa sample S4, ngunit ang dami nito ay ilang beses na mas mababa kaysa sa iba pang mga sample. Kasabay nito, na may karagdagang pag-init sa hanay na 650 - 900 ˚С, ang isang mas makabuluhang pagbaba sa bigat ng sample (6.0 wt.%) ay nangyayari, na nauugnay sa thermal decomposition ng TiOCl 2 oxochloride at ang paglipat nito sa TiO 2 dioxide.
Ang infrared transmission spectra ng sonicated titanium dioxide sample ay nailalarawan sa pamamagitan ng dalawang matinding absorption bands υ (Ti - O) = 650 cm -1 at υ (O - H) = 3000 - 3700 cm -1 .
kanin. 3. Infrared transmission spectrum ng titanium dioxide sample na ginagamot sa ultrasound
Bilang karagdagan, tulad ng makikita mula sa Figure 3, ang IR ay naglalaman ng mga banda ng pagsipsip ng mababang intensity, na katangian ng mga compound na naroroon sa ibabaw ng sorbent pagkatapos ng paggamot at pagpapatayo nito. Ang mga absorption band υ (Ti - Cl) sa IR ay nasa mas mababang mga numero ng wave (< 400 см -1), для записи которых требуется иной спектрофотометр.
Upang pag-aralan ang mga proseso ng paglilinis ng tubig, ang mga solusyon sa modelo ng bakal at mangganeso ay inihanda sa pamamagitan ng pagtunaw ng eksaktong timbang ng kaukulang mga asing-gamot: 3.0 at 1.0 mg/l. Bago ang pagsipsip ng mga impurities, ang titanium dioxide powder ay sumailalim sa ultrasonic treatment sa iba't ibang media: distilled water, 0.2N. Mga solusyon sa NaOH, NaCl at HCl. Ang tagal ng paggamot ay 10 min sa isang ultrasonic power na 0.15 W/cm 2 . Sa paunang solusyon, na may dami ng 100 ml at naglalaman ng 3.0 mg/l ng Fe +2 ions, ay idinagdag ang 0.2 g ng sorbent, hinalo at sinuri ang sample para sa natitirang nilalaman ng mga impurities ng bakal (talahanayan 2). Katulad nito, ang 0.2 g ng parehong sorbent sample ay idinagdag sa 100 ml ng isang solusyon na naglalaman ng 1.0 mg / l ng Mn +2 ions, halo-halong, at pagkatapos ng isang tiyak na oras ang natitirang konsentrasyon ng mga manganese ions ay natukoy (Talahanayan 2). Ang mga resulta ay ipinapakita sa talahanayan 2.
Talahanayan 2. Ang natitirang nilalaman ng Fe +2 at Mn +2 impurities pagkatapos ng kanilang pagsipsip ng mga sample ng TiO 2
|
Mga sample ng sorbent |
Reagent TiO 2 |
||||||||||
|
Pumasok - Natagpuan |
Ipinakilala ang 3.0 mg/l Fe +2 |
Ipinakilala ang 1.0 mg/l Mn +2 |
Ipinakilala ang 3.0 mg/l Fe +2 |
Ipinakilala ang 1.0 mg/l Mn +2 |
Ipinakilala ang 3.0 mg/l Fe +2 |
Ipinakilala ang 1.0 mg/l Mn +2 |
Ipinakilala ang 3.0 mg/l Fe +2 |
Ipinakilala ang 1.0 mg/l Mn +2 |
Ipinakilala ang 3.0 mg/l Fe +2 |
Ipinakilala ang 1.0 mg/l Mn +2 |
|
|
Natagpuan, mg/l |
Sa loob ng 20 minuto |
||||||||||
|
Pagkatapos ng 60 min |
|||||||||||
|
Pagkatapos ng 24 na oras |
|||||||||||
Ayon sa nakuha na mga resulta, ang pagsipsip ng mga impurities sa pamamagitan ng titanium dioxide ay nagpatuloy sa medyo maikling panahon: ang konsentrasyon ng mga iron ions mula 3.0 mg/l ay bumababa sa pinakamababa sa 1.42 mg/l (reagent) at sa maximum na 0.53 mg/ l (sample S7), sa parehong oras, ang isang pagbawas sa konsentrasyon ng mga manganese ions mula sa 1.0 mg / l ay na-obserbahan para sa parehong sorbent sample tulad ng para sa iron impurity - minimally sa 0.56 mg / l, pinakamataas sa 0.24 mg / l . Ang pinakamahusay na mga resulta ay nakuha para sa S7 titanium dioxide sample na ginagamot sa ultrasound sa NaOH na solusyon, habang ang paunang TiO 2 na hindi ginagamot sa ultrasound at hindi na-activate ng mga kemikal na reagents ay may pinakamababang katangian ng sorption. Kaya, ang pagbaba sa konsentrasyon ng mga impurities ng bakal ay 5.7 beses, mangganeso - 4.2 beses.
Sa pagtaas ng oras ng pakikipag-ugnay ng sorbent na may mga solusyon sa modelo, ang nilalaman ng mga impurities ay hindi nagbago para sa sample na hindi ginagamot sa TiO 2, para sa mga sample na nakuha sa tubig (S1) at sodium chloride solution (S4), ang nilalaman ng ang mga dumi ay halos hindi nagbabago sa loob ng 48 oras. Kasabay nito, ang sorbent sample na inihanda sa sodium hydroxide (S7) ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang pagtaas sa konsentrasyon ng bakal sa 0.90-1.06 mg / l at isang pagtaas sa konsentrasyon ng mga manganese ions sa 0.47-0.74 mg / l. Sa kaibahan sa mga sample sa itaas, ang TiO 2 na ginagamot sa hydrochloric acid (S10) ay nailalarawan sa pamamagitan ng unti-unting pagbaba sa konsentrasyon ng mga iron ions sa solusyon mula 1.12 hanggang 0.53 mg/l at pagbaba sa konsentrasyon ng mga manganese ions mula 0.31 hanggang 0.25 mg/l.l.
mga konklusyon
- Ang ultrasonic na paggamot ng TiO 2 ay nagbibigay ng isang positibong resulta: kung ihahambing sa hindi ginagamot na sorbent, ang natitirang konsentrasyon ng mga impurities ng iron at manganese ay nabawasan nang maraming beses. Ang pagproseso ng sorbent, na isinasagawa sa iba't ibang media, ay nagbabago sa pag-uugali nito sa mga proseso ng sorption - desorption sa paglipas ng panahon.
- Ang sorbent sonicated sa alkali ay may pinakamataas na aktibidad ng sorption, ngunit sa matagal na pakikipag-ugnay, ang mga dumi, parehong bakal at mangganeso, ay nahuhugasan. Kasabay nito, ang sorbent sample na nakuha sa isang acidic na daluyan ay nailalarawan sa pamamagitan ng unti-unting pagbaba sa konsentrasyon ng mga impurities ng bakal at mangganeso sa solusyon.
- Ang mga sample ng titanium dioxide na inihanda sa distilled water at sodium chloride solution ay may mga matatag na katangian na may paggalang sa proseso ng sorption-desorption: pagkatapos ng sorption, ang konsentrasyon ng mga impurities ay hindi nagbago kapag ang sorbent ay nakipag-ugnayan sa mga solusyon sa modelo sa loob ng 48 oras. Ang epekto ng paggamot na may TiO2 at ang pH ng medium sa aktibidad ng sorption nito ay malamang na nauugnay sa pagbuo ng mga istruktura ng oxohydroxide sa alkaline at acidic na media na may kakayahang palitan ng cation at pagpapanatili ng mga dumi ng mabibigat na metal.
Mga Reviewer:
- Korobochkin Valery Vasilievich, Doktor ng Teknikal na Agham, Propesor, Pinuno ng Kagawaran ng General Chemical Technology, National Research Tomsk Polytechnic University, Tomsk.
- Ilyin Alexander Petrovich, Doktor ng Physical and Mathematical Sciences, Propesor, Acting Pinuno ng Kagawaran ng General at Inorganic Chemistry, National Research Tomsk Polytechnic University, Tomsk.
Bibliograpikong link
Smirnova V.V. IMPLUWENSYA NG STRUCTURE, PROPERTY AT SURFACE TREATMENT SA SORPTION ACTIVITY NG TITANIUM DIOXIDE // Mga modernong problema ng agham at edukasyon. - 2012. - Hindi. 5.;URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=6958 (petsa ng access: 02/01/2020). Dinadala namin sa iyong pansin ang mga journal na inilathala ng publishing house na "Academy of Natural History"
JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY, 2015, tomo 89, blg. 1, p. 133-136
PHOTOCHEMISTRY AT MAGNETOCHEMISTRY
UDC 544.526.5+549.514.6.352.26
PHOTOCATALYTIC ACTIVITY AT SORPTION PROPERTIES NG CALCIUM MODIFIED TITANIUM DIOXIDE Khalyavka, N.N. Tsyba, S.V. Kamyshan, E.I. Kapinus
National Academy of Sciences of Ukraine, Institute of Sorption and Problems of Endoecology, Kyiv
Email: [email protected] Natanggap noong Pebrero 5, 2014
Ang mga mesoporous na sample ng calcium-modified titanium dioxide ay na-synthesize. Ang kanilang mga katangian ng istruktura, photocatalytic at sorption ay pinag-aralan. Ito ay itinatag na ang mga binagong sample ay naiiba sa titanium dioxide sa kanilang mga katangian at katangian: ang tiyak na lugar sa ibabaw at ang average na pore volume na pagtaas, habang ang average na pore radius ay bumababa; aktibidad ng photocatalytic at sorption na may kinalaman sa mga tina at pagtaas ng bichromate anion.
Mga keyword: titanium dioxide, calcium, photocatalysis, sorption, dyes, dichromate anion. DOI: 10.7868/S0044453715010124
Sa photocatalytic na paraan ng paglilinis ng mga may tubig na solusyon mula sa mga nakakalason na sangkap, sa karamihan ng mga kaso ang titanium dioxide ay ginagamit, na isang mura at hindi nakakalason na katalista. Bilang karagdagan, pagkatapos ng pagkumpleto ng reaksyon, maaari itong madaling ihiwalay mula sa solusyon sa pamamagitan ng pagsasala o centrifugation. Sa kasalukuyan, ang mga pamamaraan ng photocatalytic para sa pag-alis ng mga nakakapinsalang sangkap mula sa mga may tubig na solusyon gamit ang titanium dioxide ay nagiging lalong mahalaga.
Ang pangunahing kawalan ng photocatalyst na ito ay hindi sapat na mataas na aktibidad. Mayroong iba't ibang mga paraan upang mapataas ang photoactivity nito, halimbawa, sa pamamagitan ng pagtaas ng adsorption ng substrate o pagtaas ng kinetic rate constant. Ang adsorption ay maaaring tumaas sa pamamagitan ng pagtaas ng tiyak na surface area, monolayer capacity, at pore volume, habang ang kinetic rate constant ay maaaring tumaas sa pamamagitan ng charge separation at pagbaba sa electron-hole pair recombination rate.
Ang layunin ng trabaho ay upang makakuha at pag-aralan ang mga sample ng titanium dioxide na binago ng calcium citrate, na kung saan ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang mataas na tiyak na lugar sa ibabaw, mesoporous na istraktura at pagtaas ng aktibidad ng photocatalytic sa mga reaksyon ng pagkasira ng dye at photoreduction ng dichromate anion.
EKSPERIMENTAL NA BAHAGI
Upang makakuha ng mga sample ng titanium dioxide na binago ng calcium sa pamamagitan ng citrate method
inihanda ang mga unang mixtures: polymer tetrabutoxy titanium (IV) (Aldrich) (3 g), citric acid (0.06 g), glycerin (2 ml), pati na rin ang mga additives ng calcium chloride - 0.05 g, 0.1, 0.2, 0.5 at 1 g , ayon sa pagkakabanggit, ang mga resultang sample ay itinalaga bilang 1Ca/1O2, 2Ca/1O2, 3Ca/1O2, 4Ca/1O2, 5Ca/1O2. Upang makakuha ng purong titanium dioxide, ang parehong timpla ay kinuha, ngunit walang pagdaragdag ng calcium chloride salt. Ang pamamaraang ito ng synthesis ay nagpapadali sa pag-iiba-iba ng mga ratio ng mga bahagi sa mga sample.
Ang mga mixture ay na-calcined sa 500 ° C para sa 2 h sa pagkakaroon ng atmospheric oxygen sa isang muffle furnace sa isang rate ng pag-init ng 2 K / min. Pagkatapos ng paglamig, ang mga nagresultang pulbos ay maingat na giniling hanggang sa makuha ang isang homogenous na masa.
Ang X-ray phase analysis ay isinagawa sa isang diffractometer na "DR0N-4-07" (Russia) na may Cu2-radiation (na may tansong anode at isang nickel filter) sa isang reflected beam at registration geometry ayon sa Brague-Brentano (2© = 10-70°). Ang average na laki ng crystallite ay natukoy mula sa pagpapalawak ng pinaka matinding banda gamit ang Debye-Scherrer equation: D = 0.9X/(B x cos©), kung saan ang 0.9 ay pare-pareho, X ang wavelength, nm. Ang mga sukat ng crystallites ay tinutukoy mula sa pinaka matinding peak na katangian ng anatase.
Ang tiyak na lugar sa ibabaw ng mga sample (05sp), pati na rin ang pamamahagi ng mga pores, ay tinutukoy gamit ang isang Quantachrom NovaWin2 na instrumento. Ang tiyak na lugar sa ibabaw ng mga sample (Ssp) ay tinutukoy ng Brunauer-Emmett-Teller (BET) na pamamaraan mula sa nitrogen sorption-desorption isotherms. Ang pore radius (R), pati na rin ang pore volume (V), ay kinakalkula mula sa mga desorption branch ng isotherms gamit ang Barrett-Joyner-Halenda method.
KHALYAVKA at iba pa.
kanin. 1. Mga diffractogram ng mga nakuhang sample: 1 - TiO2, 2 - 3Ca/TiO2, 3 - 5Ca/TiO2. Tingnan ang teksto para sa iba pang mga pagtatalaga.
kanin. Fig. 2. Nitrogen sorption-desorption isotherms na nakuha sa 20°C para sa mga sample: 1 - 5Ca/TiO2, 2 - 4Ca/TiO2, 3 - 3Ca/TiO2, 4 - TiO2.
Ang aktibidad ng photocatalytic ay pinag-aralan sa halimbawa ng mga reaksyon ng modelo ng pagkasira ng mga tina safranin T at rhodamine, pati na rin ang photoreduction ng dichromate anion sa may tubig na mga solusyon sa isang photocatalyst na nilalaman ng 2 g / L ng solusyon. Ang pag-iilaw ay isinagawa gamit ang isang BUV-30 mercury lamp na may maximum na radiation sa 254 nm sa temperatura ng silid sa isang cylindrical quartz reactor na nilagyan ng electrically driven mechanical stirrer. Ang mga pagbabago sa konsentrasyon ng dye ay sinusubaybayan ng spectrophotometrically (Lambda 35, PerkinElmer Instruments).
ANG TALAKAYAN NG MGA RESULTA
Ang kristal na istraktura ng mga sample ay pinag-aralan gamit ang X-ray phase analysis (Fig. 1). Ang mga pattern ng X-ray diffraction ng lahat ng mga sample ay nagpapakita ng matindi, mahusay na tinukoy na mga pagmuni-muni na katangian ng anatase (A) na kristal na sala-sala. Kaya, sa pattern ng diffraction ng sample ng dioxide
Talahanayan 1. Mga katangian ng mga sample
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
Mga Pagtatalaga: Bud - tiyak na lugar sa ibabaw, Usr - average na dami ng pore, gsr - average na radius.
Ipinapakita ng titanium ang pagkakaroon ng matinding peak 20 = 25.5, 37.8, 54.0, 55.0, na iniuugnay sa anatase phase (Fig. 1).
Ang papel ay nagsasaad na sa titanium dioxide powder na binago ng iba't ibang alkaline earth metal ions, tanging ang anatase phase ang naroroon, na ipinaliwanag ng mga may-akda sa mababang nilalaman ng mga modifier sa kanilang mga sample. Sa kaibahan sa gawaing ito, sa aming kaso (Larawan 1) nakita rin namin ang mga taluktok 20 = 27.4, 41.2, na nabibilang sa rutile (P) phase.
Para sa mga binagong sample, ang mga taluktok ay sinusunod sa 20 = 31, na katangian ng brookite (B). Ang kanilang intensity ay tumataas sa isang pagtaas sa nilalaman ng calcium sa mga pulbos. Ang parehong mga taluktok ay natagpuan ng mga may-akda para sa mga pelikulang TiO2 na binago ng mga calcium ions.
Ang mga sukat ng crystallites sa titanium dioxide agglomerates, na kinakalkula gamit ang Debye-Scherrer equation, ay 9 nm; sa kaso ng mga binagong sample, ang kanilang laki ay tumataas sa 12.4 nm, na naaayon sa data ng literatura, dahil ang pagkakaroon ng mga modifier ay nagpapabilis sa pagkikristal ng titanium dioxide at humahantong sa pagtaas ng laki ng mga kristal.
Ang pag-aaral ng nitrogen sorption-desorption isotherms na nakuha sa 20°C para sa mga synthesized na sample ay nagpakita ng pagkakaroon ng hysteresis loop (Fig. 2), na nagpapahiwatig ng mesoporous na istraktura ng mga pulbos.
Ang tiyak na lugar sa ibabaw ng mga binagong sample ay doble kumpara sa purong titanium dioxide (Talahanayan 1). Sa serye ng mga sample mula sa TiO2 hanggang 5Ca/TiO2 (Talahanayan 1), ang halaga ng average na dami ng pore ay tumataas mula sa 0.13
PHOTOCATALYTIC ACTIVITY
hanggang 0.19 cm3/g, habang ang average na pore radius, sa kabaligtaran, ay bumababa mula 5.89 hanggang 5 nm. Ang lugar ng pamamahagi ng laki ng butas ay ipinapakita sa Fig. 3. Gaya ng makikita, para sa mga sample ng 4Ca/TiO2 at 3Ca/TiO2, mas makitid ang pamamahagi ng butas kaysa sa purong titanium dioxide at ang sample na may pinakamalaking halaga ng calcium - 5Ca/TiO2.
Upang matukoy ang pinakamainam na mga kondisyon para sa pagkasira ng mga nakakalason na sangkap sa mga may tubig na solusyon, mahalagang pag-aralan ang kinetics ng kanilang pagsipsip sa mga photocatalyst. Ito ay itinatag na ang sorption equilibrium sa photocatalyst-safranin T system ay itinatag sa halos 1 oras, at para sa photocatalyst-rhodamine at photocatalyst-potassium bichromate system sa loob ng 2 oras.
Ang mga pag-aaral na isinagawa ay nagpakita na para sa lahat ng pinag-aralan na adsorbents at adsorbents, ang adsorption kinetic curves ay may karaniwang makinis na karakter: isang makinis na kurso at maliit na mga halaga ng adsorption (Talahanayan 2).
Sa lahat ng kaso na pinag-aralan, ang photocatalytic reaction ay kasiya-siyang inilarawan ng isang first-order kinetic equation.
Upang matukoy ang pinakamainam na halaga ng photocatalyst sa mga pinag-aralan na reaksyon, ang kanilang konsentrasyon ay nadagdagan sa isang pare-parehong konsentrasyon ng substrate. Napag-alaman na sa mababang konsentrasyon ng photocatalyst (<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.
Sa serye mula sa 1Ca/TiO2 hanggang 4Ca/TiO2, mayroong pagtaas ng aktibidad ng photocatalytic sa mga reaksyon ng pagkasira ng dye (Talahanayan 2). Kaya, ang rate constant ng photocatalytic degradation ng safranin T ay tumataas mula 3.5 hanggang 5.7 x 10-4 s-1, at ng rhodamine - mula 1.7 hanggang 2.5 x 10-4 s-1. Ang mga katulad na data ay nakuha ng mga may-akda para sa mga sample
kanin. Fig. 3. Distribusyon ng laki ng butas para sa mga synthesized na sample: 1 - 4Ca/TiO2, 2 - 3Ca/TiO2, 3 - 5Ca/TiO2, 4 - TiO2; r - pore radius, Ktot. - kabuuang dami ng butas.
titanium dioxide doped na may calcium ions gamit ang sol-gel method at calcium titanate sa trabaho.
Bilang karagdagan, sa serye ng mga sample mula sa 1Ca / TiO2 hanggang 4Ca / TiO2, ang kanilang kapasidad ng sorption na may paggalang sa mga tina ay tumataas (Talahanayan 2), na nauugnay sa kanilang mga katangian ng istruktura (Talahanayan 1). Ang sample na 5Ca/TiO2, kumpara sa mga pulbos na 3Ca/TiO2 at 4Ca/TiO2, ay may makabuluhang mas mababang sorption at aktibidad ng photocatalytic na may paggalang sa mga tina.
Sa kaso ng photoreduction ng dichromate anion, ang sample na 5Ca/TiO2 ay naging pinaka-photocatalytically active (kA = 3.9 × 104, s
Talahanayan 2. Photocatalytic (k x 104, s 1) at sorption (adsorption value A, mg/g) na aktibidad ng mga sample ng titanium dioxide na binago ng calcium na may kinalaman sa mga tina at dichromate anion
Sample na 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 /G
M. L. Belikov, E. P. Lokshin, T. A. Sedneva - 2012
Khalyavka T.A., Viktorova T.I., Kapinus E.I. - 2009
KAPINUS E.I. - 2012
UDC 677.077.62
M. A. Salyakhova, I. Sh. Abdullin, V. V. Uvaev, E. N. Pukhacheva
PAG-AARAL NG ADSORPTION PROPERTIES NG COMPOSITE MATERIALS
MAY IPINAKILALA NA TITANIUM DIOXIDE
Key words: composite material na may naka-embed na titanium dioxide, titanium dioxide, silicon dioxide, sorption,
mga katangian ng adsorption.
Ang mga katangian ng adsorption ng photocatalytic composite material ay sinusuri ng dalawang indicator: ang equilibrium value ng sorption ng saturated vapors ng benzene at ethyl acetate ng mga material sample at ang nililimitahan na volume ng sorption space ng mga material sample.
Mga keyword: pinagsama-samang materyal na may naka-embed na titanium dioxide, titanium dioxide, silica, sorption, mga katangian ng adsorption.
Ang mga katangian ng adsorption ng photocatalytic composite na materyal ay sinusuri ng dalawang parameter: ang halaga ng equilibrium sorption ng saturated vapors ng benzene at ethyl acetate sample ng materyal at limitahan ang volume ng sorption space na mga sample ng materyal.
Sa mga nagdaang taon, ang pananaliksik at pagpapaunlad ng isang bagong henerasyon ng mga proteksiyon na materyales at produkto mula sa kanila gamit ang mga nanosystem ay masinsinang binuo. Ang pinakakaraniwang ginagamit na proseso ng photocatalytic ay ang titanium dioxide bilang isa sa mga pinaka-chemically at thermally stable at hindi nakakalason na mga produkto. Ang mga nanosized na inorganic oxide ay maaaring gamitin upang disimpektahin ang mga materyales na kontaminado ng mga mapanganib na nakakalason na sangkap, kabilang ang mga nakakalason na sangkap, gayundin upang linisin ang hangin mula sa mga singaw at gas ng mga nakakalason na kemikal.
Ang pinagsama-samang materyal ay nakuha sa pamamagitan ng sunud-sunod na pagbuo ng isang adsorbent layer sa isang pinagtagpi na cellulose-containing textile base, pagkatapos ay isang photocatalytic layer. Ang pagbuo ng isang adsorbent layer sa isang pinagtagpi o non-woven cellulose-containing textile base ay nangyayari ayon sa teknolohiya ng sol-gel bilang resulta ng impregnation ng textile base na may aqueous dispersion na naglalaman ng nanosized na mga particle ng aluminum oxide at pagpapatuyo sa temperatura. ng (100±5) °C. Ang mga particle ng alumina na may positibong charge ay naayos sa negatibong sisingilin na ibabaw ng base ng tela, kapwa dahil sa pakikipag-ugnayan ng electrostatic at mekanikal na pagpapanatili ng mga particle ng alumina ng hibla ng base ng tela. Ang pagbuo ng isang photocatalytic layer sa isang pinagtagpi na base ng tela na naglalaman ng cellulose na naglalaman ng isang adsorbent layer ay nangyayari ayon sa teknolohiya ng sol-gel bilang isang resulta ng pagpapabinhi ng isang sample ng materyal na may isang may tubig na pagpapakalat na naglalaman ng isang kumplikadong silikon dioxide na may titanium dioxide, pagpapatuyo ng impregnated sample sa temperatura na (80-90) ° C sa loob ng 30 minuto na sinusundan ng paghuhugas ng tubig at pagpapatuyo sa temperatura na (100±5) °C. Ang nabuo na ibabaw ng aluminyo oksido na naayos sa ibabaw ng base ng tela ay nagbibigay ng mahusay na pagdirikit ng silikon dioxide complex na may titanium dioxide sa ibabaw ng adsorbent layer.
Kapag bumubuo ng isang adsorbent layer at isang photocatalytic layer sa isang textile na batayan,
ang mga indibidwal na mga hibla ay hindi nasira at ang texture ng base ng tela ay hindi nagbabago.
Photocatalytic composite material na naglalaman ng habi o cellulose na naglalaman ng textile base, isang photocatalytic layer, kabilang ang isang complex ng silica na binago ng aluminate ions at anatase-modified titanium dioxide, at isang adsorbent layer na naglalaman ng boehmite aluminum oxide, na matatagpuan sa pagitan ng photocatalytic layer at ng textile base, ay nailalarawan sa pamamagitan ng tumaas na mga katangian ng adsorption na may kaugnayan sa polar at non-polar na mga kemikal na compound, nagpapakita ng mataas na aktibidad ng photocatalytic at mga katangian ng antibacterial kapag na-irradiated ng UV light. Ang isang may tubig na pagpapakalat ng aluminum oxide ay ginagamit bilang isang materyal para sa pagbuo ng isang adsorbent layer. Ang aqueous dispersion ay naglalaman ng mga nanosized na particle ng aluminum oxide ng isang boehmite na istraktura sa halagang 9.0-9.5 wt.%, solusyon pH 3.8. Gamit ang powder diffractometry, natagpuan na ang nanosized alumina ay may rhombic crystal na istraktura ng boehmite (y-AYOH) (No. 01-083-1506 sa PDF-2 database). Ang aluminyo oksido ng boehmite na istraktura ay may nabuong ibabaw, isang mataas na electropositive charge, may mga katangian ng adsorption na may kaugnayan sa polar at non-polar na mga kemikal na compound, at ang kakayahang bitag ang mga mikroorganismo.
Ang mga katangian ng adsorption ng photocatalytic composite na materyal ay sinusuri ng dalawang tagapagpahiwatig: ang equilibrium na halaga ng sorption ng saturated vapors ng benzene at ethyl acetate ng mga sample ng materyal at ang paglilimita sa dami ng sorption space ng mga sample ng materyal sa ilalim ng mga kondisyon ng static aktibidad sa temperatura na 25°C. Ang mga katangian ng adsorption ng photocatalytic composite na materyal batay sa cotton fabric ay ipinakita sa mga talahanayan 1 at 2.
Talahanayan 1 - Mga katangian ng adsorption ng isang photocatalytic composite na materyal batay sa cotton fabric
photocatalytic benzene
pinagsama-samang materyal, %
Photo- Binding- Adsor- Equal- Limit-
catalyst SiO2mobent spring volume
congestion difi- (Y- value eat sorb-
TiO2, ciro-A1OOH) pagsipsip
anatase bath at boehmite aS, mg/g pro-
A1(OH)4-spaces
25 25 50 104 118
Ang halaga ng equilibrium ng sorption ng mga saturated vapor ng isang kemikal na compound ng isang materyal na sample ay tinutukoy bilang ang ratio ng dami ng mga singaw ng isang kemikal na compound na hinihigop ng sample na ito sa masa ng sample. Ang paglilimita sa dami ng espasyo ng sorption ng isang sample ng materyal ay kinakalkula batay sa halaga ng equilibrium ng sorption at ang density ng compound ng kemikal.
Talahanayan 2 - Mga katangian ng adsorption ng isang photocatalytic composite na materyal batay sa cotton fabric
Tulad ng makikita mula sa mga halimbawa sa talahanayan 1 at 2, ang pinagsama-samang materyal na may naka-embed na titanium dioxide ay nailalarawan sa pamamagitan ng pagtaas ng mga katangian ng adsorption na may paggalang sa polar at non-polar na mga kemikal na compound dahil sa pagtaas sa magagamit na lugar sa ibabaw ng dalawang adsorbents. - nanodispersed silicon at aluminum oxides.
Panitikan
1. Filtering-sorbing material na may naka-embed na photocatalyst / M.A. Salyakhova [et al.] // Bulletin ng Kazan Technological University. -2013.vol.16. 23. - S. 52-53.
2. Photochemical na pagkasira ng mga materyales sa tela / M.A. Salyakhova [et al.] // Bulletin ng Kazan Technological University. - 2013.vol.16. No. 17. - Mula 92-93.
3. Shabanova, N.A. Chemistry at teknolohiya ng nanodispersed oxides [Text] / N.A. Shabanova, V.V. Popov, P.D. Sarkisov - M.: ICC "Akademkniga", 2007. - 309 p.
Photo-catalyst TiO2, anatase Binder SiO2 modified A1(OH)4- Adsorbent (Y-A1OOH) boehmite Equilibrium sorption value aS, mg/g Nililimitahan ang volume ng sorption space 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. cafe plasma-kemikal at nanotechnologies ng mga high-molecular na materyales KNRTU, [email protected]; I. Sh. Abdullin - Doktor ng Engineering. sciences, prof., head. cafe ng Plasma-Chemical at Nanotechnologies ng High-Molecular Materials KNITU, аb(M1m^@k51u.gi; V. V. Uvaev - Candidate of Chemical Sciences, General Director of KazKhimNII OJSC; E. N. Pukhacheva - Candidate of Technical Sciences , Senior Researcher, Laboratory No. 5 ng JSC "KazKhimNII", [email protected].
©M. A. Salyahova - postgraduate ng upuan ng plasmachemical at nanotechnologies ng high-molecular na materyales KNRTU, [email protected]; I. Sh. Abdullin - doktor ng teknikal na agham, propesor ng upuan ng plasmachemical at nanotechnologies ng mga high-molecular na materyales KNRTU, at [email protected]; V. V. Uvaev - kandidato ng mga teknikal na agham, Pangkalahatang Direktor, ng Kazan Chemical Scientific-Research Institute; E. N. Pukhacheva - kandidato ng mga teknikal na agham, Senior researcher ng Laboratory ng Kazan Chemical Scientific-Research Institute, [email protected].
1Abstract—Ang aktibidad ng sorption ng titanium dioxide na nakuha sa pamamagitan ng hydrolysis ng TiCl4 salt (sample S0) na may kinalaman sa double charged iron, nickel, at manganese cations ay pinag-aralan pagkatapos ng paggamot ng isang TiO2 suspension na may pare-parehong electric field sa isang medium na hindi ilipat ang H+–OH– ionic equilibrium: distilled water (mga sample na S1, S2, S3) at 0.2 N sodium chloride solution (mga sample S4, S5, S6). Ang isang pare-parehong electric field ay nilikha sa pamamagitan ng paglubog ng mga flat titanium electrodes sa isang suspensyon ng titanium dioxide (l = 120 mm) at paglalapat ng boltahe ng 200 V. Pagkatapos ng paggamot sa isang electric field, ang mga sample ng titanium dioxide ay nahahati sa tatlong bahagi, pagkuha ng mga sample mula sa interelectrode space (S1, S4), pati na rin sa positively (S2, S5) at negatibong (S3, S6) charged electrodes. Ipinakita na ang mga sample ng titanium dioxide na kinuha sa iba't ibang bahagi ng suspensyon ng TiO2 ay nagpapakita ng iba't ibang katangian na may paggalang sa pagsipsip ng mga dobleng sisingilin na iron, manganese, at nickel cation. Napag-alaman na ang pagbaba sa konsentrasyon ng mga impurity ions ay nag-average: para sa hindi ginagamot na TiO2 (S0) ng 2.4 beses; para sa naproseso sa distilled water: S1 sa 4.1; S2 - 3.5; S3 - 3.4 beses; para sa titanium dioxide na ginagamot sa sodium chloride solution: S4 sa 4.7; S5 - 3.5 S6 - 3.4 beses. Ang pagtaas sa aktibidad ng sorption ng titanium dioxide pagkatapos ng pagkakalantad sa isang pare-parehong electric field ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng muling pamamahagi ng konsentrasyon ng mga functional na grupo sa ibabaw ng TiO2. Ang nilalaman ng mga impurities ng dobleng sisingilin na mga cation ng metal ay nasuri gamit ang mga karaniwang pamamaraan ng photocolorimetric.
titan dioxide
polariseysyon
mabigat na bakal
kapasidad ng pagsipsip
IR spectra
banda ng pagsipsip
DC boltahe
elektrod
pag-uunat at pagyuko ng mga vibrations
1. GOST 4011-72. Inuming Tubig. Mga pamamaraan para sa pagsukat ng mass concentration ng kabuuang bakal.
2. GOST 4974-72. Inuming Tubig. Mga pamamaraan para sa pagtukoy ng nilalaman ng mangganeso.
3. Kulsky L.A. Teoretikal na pundasyon at teknolohiya ng water conditioning. - Kyiv: Naukova Dumka, 1983. - 560 p.
4. Mamchenko A.V. Pagsisiyasat ng pagiging epektibo ng mga coagulants batay sa titanium sa paggamot ng tubig // Chemistry at teknolohiya ng tubig. - 2010. - T. 32, No. 3. - S. 309–323.
5. Nakamoto K. IR spectra at Raman spectra ng inorganic at coordination compound: Per. mula sa Ingles. – M.: Mir, 1991. – 536 p.
6. RD 52.24.494-95. Mga tagubilin sa pamamaraan. Photometric determination ng nickel na may dimethylglyoxime sa mga tubig sa ibabaw ng lupa.
7. Smirnova V.V. Impluwensya ng istraktura, pag-aari at paggamot sa ibabaw sa aktibidad ng sorption ng titanium dioxide // Mga modernong problema ng agham at edukasyon. - 2012. - Hindi. 5. - P. 1–7. – URL: www.science-education.ru/105-6958 (petsa ng access: 05/13/2013).
8. Smirnova V.V., Ilyin A.P., Nazarenko O.B. Thermal stability ng titanium dioxide surface compounds pagkatapos ng paggamot sa iba't ibang electrolytes // Refractory at teknikal na keramika. - 2013. - Hindi. 1–2. – P. 33–38.
9. Stremilova N.N., Viktorovsky I.V., Zigel V.V. Konsentrasyon ng mga impurities sa pag-aaral ng mga natural na katawan ng tubig // Journal of General Chemistry RAS. - 2001. - T. 71 (133), hindi. 1. - S. 21-24.
Ang posibilidad ng paggamit ng titanium dioxide bilang isang reagent para sa pag-concentrate at pagkuha ng mga impurities mula sa tubig ay kamakailan-lamang na pinag-aralan nang higit at mas aktibong. Ang titanium dioxide ay isang chemically inert substance; upang mapagtanto ang mga kakayahan nito sa sorption, kinakailangan ang isang paunang pag-activate ng ibabaw sa pamamagitan ng paglikha ng mga aktibong functional group dito. May mga kilalang pamamaraan para sa pag-activate ng TiO2 sa pamamagitan ng paggamot na may mga acid at alkalis o sa pamamagitan ng paglalapat ng mga kumplikadong grupo sa ibabaw nito. Ang isa pang direksyon sa pag-activate ng ibabaw ng TiO2 ay ang paggamot nito gamit ang mga electrophysical na pamamaraan: pag-iilaw gamit ang electron beam, ultrasonic at/o electric spark treatment, at iba pang uri ng exposure. Ang isang promising na direksyon para sa pag-activate ng titanium dioxide na ibabaw ay ang paglalapat ng isang pare-parehong electric field dito, ngunit ang prosesong ito ay hindi pa napag-aralan nang may sapat na detalye.
Ang layunin ng gawaing ito ay ang pagbuo ng mga functional na grupo sa ibabaw ng titanium dioxide na aktibo na may paggalang sa pagsipsip ng mga natutunaw na mga ion ng metal sa pamamagitan ng pagtrato nito sa isang palaging electric field sa distilled water at sa isang solusyon ng sodium chloride.
Mga eksperimental na pamamaraan at katangian ng bagay ng pag-aaral
Gumamit kami ng titanium dioxide powder na nakuha sa pamamagitan ng hydrolysis ng TiCl4 reagent na sinusundan ng calcination sa 600°C.
Ang distilled water (reference medium) at 0.2 N NaCl solution ay pinili bilang medium sa panahon ng paggamot na may pare-parehong electric field, na hindi humahantong sa pagbabago sa pH.
Kapag nagsasagawa ng trabaho, ginamit ang infrared transmission spectroscopy (IRS) upang matukoy ang uri ng mga functional na grupo sa ibabaw ng titanium dioxide (IR-Fourier spectrophotometer Nicolet 5700). Ang pagkakakilanlan ng mga functional na grupo na nauugnay sa pagsipsip sa IR spectrum ay isinagawa gamit ang data ng panitikan. Ang dami ng pagpapasiya ng nilalaman ng mga natutunaw na impurities ng Fe(II), Mn(II), at Ni(II) ions sa tubig ay isinagawa gamit ang standard photocolorimetric techniques (KFK-3-01 photometer). Ang isang pare-parehong electric field ay nilikha sa pamamagitan ng pagkonekta ng flat titanium electrodes ng VT-1.0 brand (distansya sa pagitan ng mga electrodes l = 12 cm, U = 200 V) sa isang Laboratory DC power supply na "Instek" na mapagkukunan ng boltahe. Ang paggamot ng mga suspensyon ng titanium dioxide sa tubig at sa solusyon ng sodium chloride ay isinasagawa sa isang ultrasonic bath (22 kHz, 0.15 W/cm2).
Mga resulta ng pananaliksik at talakayan
Matapos pukawin ang suspensyon gamit ang ultrasound (10 min) sa distilled water at exposure sa isang pare-parehong electric field (30 min), isang sample ng titanium dioxide ay kinuha mula sa gitna ng interelectrode space (sample S1, Table 1), tuyo, at ang IR transmission spectrum ay naitala sa rehiyon na 400–4000 cm -1 (figure, a) sa pamamagitan ng pagpindot sa sample sa potassium bromide.
Ang IR absorption spectrum ng sample na ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang malawak na banda ν (Ti = O) na may maximum na 697 cm-1 at isang absorption edge na katumbas ng 719 cm-1. Ang banda na ito ay nagsasapawan sa absorption band ν (Ti-O) = 1024-1030 cm-1. Ang spectrum ay may absorption band δ (H-O-H) = 1628, 1696 cm-1. Sa spectral na rehiyon 1700-2500 cm-1, walang iba pang mga banda ang naobserbahan. Ang spectrum ay naglalaman ng malawak na absorption band ν (O-H) na may maximum na 3383 cm-1, na nagtatapos sa ν (O-H) = 3700 cm-1. Ang intensity ng absorption band ν (Ti = O) ay 88%, at ν (O-H) ay 43%.
Kasabay nito, ang IR transmission spectrum ng titanium dioxide na kinuha mula sa isang positibong sisingilin na elektrod (sample S2, Talahanayan 1) ay makabuluhang naiiba mula sa nakaraang spectra (figure, b). Ang maximum ng absorption band ν (Ti = O) = 532 cm-1, ang gilid ng banda na ito ay sinusunod sa 710 cm-1 at halos tumutugma sa nakaraang spectra. Sa rehiyon ng ν (Ti-O) na may maximum na 1011 cm-1, mayroong mas matinding absorption band, at sa rehiyon ng δ (H-O-H), isang dobleng banda ang sinusunod sa 1627, 1680 cm-1. Sa hanay ng wavelength na 1800-2500 cm-1, walang nakitang kapansin-pansing pagsipsip. Kasabay nito, ang ν (OH) na may maximum na 3382 cm-1 ay kapansin-pansing mas matindi kumpara sa nakaraang spectra: ang pagsipsip sa banda na ito ay bumababa sa ν (OH) = 3700 cm-1. Kung ang intensity ng banda ν (Ti = O) ay 89.5%, kung gayon ang ν (O-H) ay 49.0%.
Ang isang sample ng titanium dioxide na ginagamot sa distilled water, na kinuha malapit sa electrode na may negatibong charge (sample S3, Talahanayan 1), pagkatapos matuyo, ay may IR transmission spectrum na katulad ng sample na S1. Ang intensity ng absorption band ν (Ti = O) ay 88% din, at ang intensity ν (O-H) ay 26% lamang.
Upang ihambing ang istraktura ng ibabaw ng titanium dioxide na ginagamot sa isang pare-parehong electric field sa distilled water, ang isang sample ng TiO2 ay sumailalim sa paggamot na may pare-parehong electric field sa isang 0.2 N NaCl solution. Ang mga sample na sample ay kinuha nang katulad: mula sa gitna ng interelectrode space, malapit sa positibo at negatibong sisingilin na mga electrodes (mga sample S4, S5, at S6, ayon sa pagkakabanggit, Talahanayan 1).
Ang absorption band maximum ν (Ti = O) ng sample S4 ay 700 cm-1, ang gilid ng absorption band nito ay tumutugma sa 710 cm-1. Lumilitaw bilang isang kink ang isang malawak na hindi nalutas na banda sa rehiyon na 950–1200 cm–1. Ang spectrum ay may absorption band δ (H-O-H) na may dalawang maxima: 1620 (mas matindi) at 1680 cm-1. Mayroong mahinang mga banda ng pagsipsip sa rehiyon na 1680-2600 cm-1. Ang isang malawak na banda ν (O-H) ay sinusunod sa hanay na 2600-3700 cm-1 na may maximum na 3454 cm-1. Ang ganap na halaga ng intensity ng mga banda ν (Ti = O) ay 77%, at ν (O-H) - 35%.
Ang Titanium dioxide na na-sample malapit sa positively charged electrode (sample S5, Table 1) ay may absorption band ν (Ti = O) = 656 cm-1 (maximum), ang gilid ng banda na ito ay 704 cm-1. Ang hindi nalutas na banda ν (Ti-O) ay may lapad na 970-1170 cm-1. Ang absorption band δ (H-O-H) ay nailalarawan sa pamamagitan ng tatlong maxima: 1627 (maximum), 1644 at 1660 cm-1. Mayroon ding mga mahinang absorption band sa hanay mula 1880 hanggang 2580 cm-1. Ang isang malawak na banda ν (O-H) ay sinusunod sa hanay na 2600-3700 cm-1 na may maximum na 3340 cm-1. Ang intensity ng absorption band ν (Ti = O) ay 88%, at ang banda ν (O-H) ay 37%.
Ang Titanium dioxide na matatagpuan malapit sa negatibong sisingilin na elektrod (sample S6, Talahanayan 1) ay may makabuluhang pagkakaiba mula sa lahat ng naunang itinuturing na mga sample sa mga tuntunin ng mga katangian ng spectrum. Ang absorption band ν (Ti = O) ay may pinakamataas na katumbas ng 560 cm-1, na may gilid sa rehiyon na 732 cm-1. Ang hindi nalutas na banda ν (Ti-O) ay nailalarawan sa pamamagitan ng mas malaking lapad na 940-1160 cm-1. Ang absorption band δ (H-O-H) ay may dalawang maxima: 1635 (mas malaki) at 1650 cm-1. Mayroong mahinang mga banda ng pagsipsip sa hanay mula 1870 hanggang 2250 cm-1. Ang isang malawak na banda δ (H-O-H) ay sinusunod sa hanay na 2600-3700 cm-1 na may maximum na 3450 cm-1. Ang intensity ng absorption band ν (Ti = O) ay 82%, at - ν (O-H) ay 37%.
a b 
IR transmission spectrum ng isang TiO2 sample mula sa gitna ng interelectrode space na ginagamot sa isang pare-parehong electric field: a - sa distilled water; b - sa solusyon ng sodium chloride
Talahanayan 1
Mga Sample ng Titanium Dioxide na Sumailalim sa Ultrasonic Treatment at Constant Electric Field sa Iba't ibang Electrolytes
|
Halimbawang pagtatalaga |
Kapaligiran sa pagpoproseso |
|
|
Halimbawang S0 |
Hindi naproseso |
|
|
Halimbawang S1 |
Distilled water (interelectrode space) |
|
|
Sample S2 |
Distilled water (sa positively charged electrode) |
|
|
Sample S3 |
Distilled water (sa negatively charged electrode) |
|
|
Sample S4 |
Sodium chloride solution (interelectrode space) |
|
|
Halimbawang S5 |
Sodium chloride solution (sa positively charged electrode) |
|
|
Sample S6 |
Sodium chloride solution (sa negatibong sisingilin na elektrod) |
Ang mga katangian ng sorption ng titanium dioxide na ginagamot sa isang palaging electric field sa distilled water at sodium chloride solution ay pinag-aralan gamit ang mga modelong solusyon ng divalent metal ions: Fe - 3.00 mg/l, Ni at Mn - 1.00 mg/l. Ang Titanium dioxide, na hindi sumailalim sa karagdagang pagproseso, ay ginamit bilang isang sanggunian na sample (sample S0, Talahanayan 1).
Ang pagsorption ay isinagawa sa ilalim ng mga static na kondisyon sa pamamagitan ng paglalagay ng 0.2 g sample ng titanium dioxide (Talahanayan 1) sa 100 ML ng mga solusyon sa modelo na inihanda sa pamamagitan ng pagtunaw ng tumpak na natimbang na mga bahagi ng nickel, iron, at manganese sulfate. Ang konsentrasyon ng natutunaw na iron (II), manganese (II), at nickel (II) ions pagkatapos ng sorption ay sinusubaybayan gamit ang mga karaniwang photocolorimetric na pamamaraan. Ang katumpakan ng mga eksperimento ay natiyak sa pamamagitan ng pagbuo ng mga graph ng pagkakalibrate at pagpoproseso ng istatistika ng nakuhang data na may posibilidad na P = 0.95: para sa bakal - sa hanay ng konsentrasyon mula 0.01 hanggang 3.00 mg/l, para sa mangganeso at nikel - mula 0.005 hanggang 1.000 mg/l.
Ang mga resulta ng pagtukoy ng konsentrasyon ng mga natutunaw na metal ions sa mga solusyon sa modelo pagkatapos ng sorption ng titanium dioxide (sample S0) at mga sample na nakuha sa pamamagitan ng paggamot sa TiO2 na may pare-parehong electric field sa distilled water (mga sample S1, S2, S3) at sodium chloride solution (mga sample S4, S5, S6), ay ibinibigay sa mga talahanayan: 2 - iron ions, 3 - manganese, 4 - nickel.
Ayon sa data ng mga talahanayan 2-4, natagpuan na ang epekto ng isang pare-parehong electric field sa titanium dioxide reagent ay makabuluhang nakakaapekto sa mga katangian ng sorption nito. Ang mga sample ng titanium dioxide na matatagpuan malapit sa isang electrode na may positibong charge ay binabawasan ang konsentrasyon ng mga iron, manganese at nickel ions sa mas malaking lawak kaysa sa mga sample na matatagpuan malapit sa isang electrode na may negatibong charge.
Ang maximum na pagbaba sa konsentrasyon ng mga impurities ng bakal ay sinusunod para sa sample S4: mula 3.00 hanggang 0.54 mg / l, ang minimum - para sa sample S3 - hanggang 1.73 mg / l (Talahanayan 2).
Ang mga impurities ng manganese at nickel ions ay mas epektibong nagbawas ng sample S1 mula 1.00 hanggang 0.19 at 0.20 mg/l, ayon sa pagkakabanggit, at minimally - sample S0: hanggang 0.53 para sa manganese ions at hanggang 0.50 mg/l para sa nickel ions (Talahanayan 3-4 ).
talahanayan 2
Talahanayan 3
Kaya, ang pagbaba sa konsentrasyon ng mga natutunaw na impurities ng iron, manganese at nickel ions pagkatapos ng kanilang sorption gamit ang paunang titanium dioxide at mga sample na ginagamot sa isang pare-parehong electric field sa distilled water at sodium chloride solution ay na-average: para sa hindi ginagamot na TiO2 (S0) - 2 , 4 na beses; para sa naproseso sa distilled water: S1 - sa 4.1; S2 - 3.5; S3 - 3.4 beses; para sa titanium dioxide na ginagamot sa sodium chloride solution: S4 - sa 4.7; S5 - 3.5 S6 - 3.4 beses.
Talahanayan 4
Ang pinakamahusay na mga resulta sa paglilinis ng tubig mula sa natutunaw na mga dumi ng bakal (II) ay nakuha gamit ang titanium dioxide na hindi ginagamot ng isang pare-parehong electric field at electrolyte solution bilang isang sorbent (oras ng pakikipag-ugnay - 20 min). Pagkatapos ng 60 min ng sorption, ang konsentrasyon ng iron (II) ions ay bumaba sa maximum mula 3.00 hanggang 1.73 mg/l, gamit ang sample S5 (Talahanayan 1), ngunit pagkatapos ng 24 na oras ang pinakamahusay na mga resulta ay nakuha gamit ang sample S4 (Talahanayan 1). ) ).
Ang pag-aaral ng proseso ng sorption ng manganese (II) ions ay nagpakita na pagkatapos ng 20 min ng sorption ang pinakamahusay na mga resulta ay nakuha para sa mga sample S1 at S4: ang impurity concentration ay bumaba mula 1.00 hanggang 0.31 mg/l. Pagkatapos ng isang oras ng sorption, ang maximum na pagbaba sa konsentrasyon ng mga impurities ay naitala para sa sample S4: ang konsentrasyon ay bumaba sa 0.21 mg / l. Sa pagtaas ng oras ng pagsipsip hanggang 24 na oras, ang pinakamataas na pagbaba sa konsentrasyon ng karumihan sa 0.19 mg/l ay natagpuan sa sample S1.
Ang konsentrasyon ng mga natutunaw na impurities ng nickel (II) ions pagkatapos ng 20 min ng sorption sa sample S4 ay bumaba sa maximum mula 1.00 hanggang 0.39 mg/l, at pagkatapos ng 60 min ng sorption, ang maximum na pagbaba ng impurities ay na-obserbahan sa parehong sample - 0.37 mg/l, iyon ay, ang pinakamataas na sorption ay naganap sa titanium dioxide na ginagamot sa sodium chloride solution. Pagkatapos ng 24 na oras ng pagsipsip, ang konsentrasyon ng mga impurities ay nabawasan hanggang sa pinakamataas sa pagkakaroon ng sample S1 (hanggang 0.20 mg/l).
Ang paggamot na may patuloy na electric field ay humahantong sa polariseysyon ng mga particle ng TiO2 at mga functional na grupo sa kanilang ibabaw. Bilang resulta ng pagkilos ng isang electric field, ang mga particle ng titanium dioxide ay nahahati sa mga fraction na nagpapakita ng iba't ibang mga katangian ng sorption na may paggalang sa mga natutunaw na impurities ng iron, manganese, at nickel cations. Ang pagkilos ng isang pare-parehong electric field ay humahantong sa isang muling pamamahagi ng konsentrasyon ng mga functional na grupo sa ibabaw ng titanium dioxide.
1. Ang paggamot sa titanium dioxide na nakuha sa pamamagitan ng hydrolysis ng TiCl4 sa pamamagitan ng patuloy na electric field ay humahantong sa paghihiwalay nito sa mga fraction na naiiba sa aktibidad ng sorption na may paggalang sa mga natutunaw na impurities ng iron (II), manganese (II) at nickel (II), na ay nauugnay sa isang pagbabago sa nilalaman ng ilang mga functional na grupo sa ibabaw ng titanium dioxide.
2. Sa media na hindi nagbabago ng H+-OH- ionic equilibrium, ang pinakamahusay na mga resulta sa pagsipsip ng mga iron (II) ions ay nakuha sa isang sample ng titanium dioxide na ginagamot sa isang pare-parehong electric field sa isang sodium chloride solution at kinuha mula sa interelectrode space (S4): bumaba ang konsentrasyon mula 3.00 hanggang 0.54 mg/l (5.6 beses).
3. Ang mga ion ng Manganese (II) ay mas mahusay na na-sorbed ng isang sample ng titanium dioxide na nakalantad sa isang pare-parehong electric field sa distilled water at kinuha din mula sa interelectrode space (S1): binawasan ang konsentrasyon mula 1.00 hanggang 0.19 mg/l (sa 5.3 beses ).
4. Ang isang sample ng titanium dioxide, na ginagamot sa isang pare-parehong electric field sa distilled water at kinuha sa gitna ng interelectrode space (S1), na humantong sa maximum na pagbaba sa konsentrasyon ng nickel (II) ions: mula 1.00 hanggang 0.20 mg /l (5 beses) .
Mga Reviewer:
Kozik V.V., Doktor ng Teknikal na Agham, Propesor, Pinuno ng Kagawaran ng Inorganic Chemistry, National Research Tomsk State University, Tomsk;
Vereshchagin V.I., Doctor of Technical Sciences, Propesor ng Department of Technology of Silicates and Nanomaterials, National Research Tomsk Polytechnic University, Tomsk.
Ang gawain ay natanggap ng mga editor noong Mayo 27, 2013.
Bibliograpikong link
Smirnova V.V., Ilyin A.P. IMPLUWENSYA NG PATULOY NA ELECTRIC FIELD SA SORPTION PROPERTIES NG TITANIUM DIOXIDE // Fundamental Research. - 2013. - Hindi. 6-6. - S. 1366-1371;URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=31742 (petsa ng access: 02/01/2020). Dinadala namin sa iyong pansin ang mga journal na inilathala ng publishing house na "Academy of Natural History"