Исследование фотокатализаторов на основе диоксида титана

Full Text

Обоснование. При помощи современных исследований было доказано, что фотокатализаторы на основе диоксида титана являются наиболее эффективными: они способны разрушать практически любые органические соединения даже при низких температурах, тем самым позволяя использовать излучение солнца для наиболее эффективного протекания химических реакций. Таким образом, данные фотокатализаторы могут быть использованы для очистки окружающей среды от токсичных веществ. У диоксида титана есть ряд преимуществ, за счет которых его можно назвать перспективным фотокатализатором: он практически безвреден, его легко получить в лабораторных условиях, а также недорог в производстве [1–3].

Цель — получение порошков диоксида титана золь-гель методом и изучение их фотокаталитических свойств.

Методы. Диоксид титана синтезировали гидролизом тетрабутоксититана в смеси спиртов третбутанола и 98 % этанола с катализатором уксусной кислотой при комнатной температуре при перемешивании. Получали полибутилтитанат в виде золя. После перехода золя в гель его сушили при 100 °С до образования ксерогеля и подвергали термической обработке: прокалке в муфельной печи при 400 °С (образец № 1) или 650 °С (образец № 2) в течение 4 ч или кристаллизации в гидротермальных условиях при температуре 130 °С на протяжении 6 ч (образец № 3).

Фотокаталитический эксперимент проводили следующим образом. Образец катализатора массой 0,07 г помещали в 40 мл раствора метиленового синего с концентрацией 1 мг/л и диспергировали в ультразвуковой ванне 3 раза по 1 мин для образования устойчивого золя. Полученный золь в кварцевых кюветах помещали под ультрафиолетовую лампу. Параллельно для исключения самодеградации красителя облучению подвергали раствор без катализатора. Контрольный образец для исключения возможности сорбции красителя диоксидом титана оставляли в темном месте. Каждый час отбирали пробу объемом 3 мл, отделяли твердую фазу на центрифуге и измеряли оптическую плотность растворов на фотоэлектроколориметре при длине волны 590 нм.

Результаты. В ИК-спектрах ксерогелей наблюдаются полосы, характерные для функциональных групп органических соединений, что свидетельствует об образовании полибутилтитаната на первом этапе синтеза. В ИК-спектрах образцов после термической обработки данные полосы отсутствуют, что доказывает образование диоксида титана.

Результаты измерения оптической плотности растворов метиленового синего в ходе фотокаталитического эксперимента представлены в таблице. Оптическая плотность раствора красителя в присутствии катализаторов уменьшается со временем, тогда как без катализатора остается неизменной. Максимальное снижение оптической плотности наблюдается в первый час эксперимента. Через 5 ч на образце № 2 степень деградации красителя составляет 41,5 %, на образце № 3 — 58,5 %. Наблюдается уменьшение оптической плотности раствора с образцом № 2 без воздействия света на 8 %, что можно объяснить сорбцией красителя. Оптическая плотность раствора с образцом № 3 в отсутствии ультрафиолета остается постоянной. Полученные данные позволяют утверждать, что синтезированные в ходе работы образцы диоксида титана активны в фотодеградации красителя метиленового синего.

 

Таблица. Результаты фотокаталитического эксперимента

Образцы	Оптическая плотность после начала эксперимента, ч
	1	2	3	4	5
№ 2 / УФ	0,47	0,48	0,46	0,39	0,38
№ 2 / без УФ	0,56	0,56	0,59	0,60	0,61
№ 3 / УФ	0,50	0,40	0,33	0,33	0,27
№ 3 / без УФ	0,70	0,66	0,70	0,70	0,71
Без катализатора	0,65	0,66	0,68	0,65	0,72

 

Выводы. Разработана методика золь-гель синтеза диоксида титана гидролизом тетрабутоксититана до полибутилтитаната с последующей термической обработкой. Полученные образцы проявляют фотокаталитическую активность в реакции деградации метиленового синего. Режим термической обработки влияет на активность катализатора. Максимальная степень превращения красителя наблюдается на образце, полученном гидротермальной обработкой ксерогеля полибутилтитаната при 130 °С в течение 6 ч.

About the authors

Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева

Email: osa-osa2001@mail.ru

студент, группа 4425-280302D, естественнонаучный институт

Russian Federation, 443086, Самара, Московское шоссе, д. 34

Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева

Author for correspondence.
Email: nil-6ssau@email.ru

научный руководитель, кандидат химических наук, доцент, доцент кафедры химии

Russian Federation, 443086, Самара, Московское шоссе, д. 34

References

Supplementary files