Фотокаталитические свойства диоксида титана, допированного лантаном
- Autores: 1, 1, 1
-
Afiliações:
- Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева
- Edição: Volume 1 (2022)
- Páginas: 257-258
- Seção: Химия
- URL: https://journals.eco-vector.com/osnk-sr/article/view/107664
- ID: 107664
Citar
Texto integral
Resumo
Обоснование. В последние годы полупроводниковые фотокатализаторы нашли широкое применение для очистки окружающей среды от органических и неорганических веществ. Наиболее перспективным среди фотокатализаторов является диоксид титана благодаря своим оптическим, электрическим и фотохимическим свойствам, механической прочности, низкой стоимости и нетоксичности, а также высокой эффективности преобразования солнечной энергии. Основным ограничением применения TiO2 в качестве фотокатализатора является его спектральная область поглощения (λ < 380 нм), что делает невозможным использование солнечного излучения при проведении фотокатализа [1]. Существует несколько методов, позволяющих расширить область поглощения TiO2 в видимую область спектра, наиболее эффективный из которых — допирование кристаллической решетки TiO2 атомами металлов и неметаллов [2]. Допирование диоксида титана лантаном позволяет получить фотокатализаторы, удовлетворительные как с точки зрения простоты и доступности синтеза, так и с точки зрения получаемых фотокаталитических свойств.
Цель — осуществить синтез мезопористого диоксида титана, допированного лантаном, и исследовать возможность его применения в фотокатализе.
Методы. Синтез допированного лантаном диоксида титана (La-TiO2) проводили при помощи золь-гель синтеза, в качестве темпланта использовали N-цетил-N,N,N-триметиламмония бромид (ЦТАБ). Навеску ЦТАБ растворяли в этиловом спирте, после чего к раствору при постоянном перемешивании последовательно добавляли уксусную кислоту и этоксид титана. Для синтеза образцов, допированных лантаном, к реакционной смеси добавляли водный раствор нитрата лантана. Полученную смесь перемешивали в течение 3 ч, после чего выдерживали на воздухе в течение 10 дней до получения ксерогеля, который впоследствии подвергали температурной обработке в муфельной печи в течение 3 ч при температуре 500 °С. В результате был получен 1 недопированный образец TiO2 и 3 допированных образца с содержанием лантана 2,2; 9,5 и 17,9 масс. % — образцы La-TiO2(2,2), La-TiO2(9,5), La-TiO2(17,9) соответственно.
Фотокаталитическую активность полученных образцов исследовали на примере реакций фотоокисления метилового оранжевого и ализарина красного С. Навеску исследуемого образца помещали в водные растворы метилового оранжевого с концентрацией 2 ppm и ализаринового красного С с концентрацией 25 ppm. Полученные смеси перемешивали в стеклянном стакане при помощи магнитной мешалки под действием двух люминесцентных ламп белого света Camelion FT5 13W/33 Cool Light 4200 K без доступа постороннего света. Отбор проб проводили через 1; 1,5; 2, 3 ч от начала процесса. Пробы фильтровали на целлюлозном фильтре с диаметром пор 0,45 мкм. Изменение концентрации адсорбируемых веществ определяли при помощи однолучевого сканирующего спектрофотометра Unico 2800. Оптическую плотность растворов определяли при 464 нм для метилового оранжевого и 425 нм для ализаринового красного С.
Результаты. Кинетические кривые фотодеградации метилового оранжевого и ализаринового красного С из водных растворов представлены на рис. 1 и 2 соответственно.
Рис. 1. Кинетическая кривая фотодеградации метилового оранжевого на недопированном и допированных образцах диоксида титана
Рис. 2. Кинетическая кривая фотодеградации ализаринового красного С на недопированном и допированных образцах диоксида титана
Из рис. 1 и 2 видно, что при воздействии видимого света концентрация красителей значительно уменьшилась на допированных образцах. Наибольшей фотокаталитической активностью обладает образец LaTiO2(2,2). На этом образце уже через 1,5 ч деградация метилового оранжевого на образце составила 67 %, ализаринового красного С — 100 %.
Выводы. Синтезированы образцы мезопористого допированного лантаном диоксида титана La-TiO2(2,2), La-TiO2(9,5), La-TiO2(17,9). Показано, что допированные материалы обладают большей фотокаталитической активностью по сравнению с недопированным образцом. Среди допированных материалов образец LaTiO2(2,2) обладает лучшей фотокаталитической активностью в реакциях фотодеградации красителей, что может быть связано с морфологией образцов.
Texto integral
Обоснование. В последние годы полупроводниковые фотокатализаторы нашли широкое применение для очистки окружающей среды от органических и неорганических веществ. Наиболее перспективным среди фотокатализаторов является диоксид титана благодаря своим оптическим, электрическим и фотохимическим свойствам, механической прочности, низкой стоимости и нетоксичности, а также высокой эффективности преобразования солнечной энергии. Основным ограничением применения TiO2 в качестве фотокатализатора является его спектральная область поглощения (λ < 380 нм), что делает невозможным использование солнечного излучения при проведении фотокатализа [1]. Существует несколько методов, позволяющих расширить область поглощения TiO2 в видимую область спектра, наиболее эффективный из которых — допирование кристаллической решетки TiO2 атомами металлов и неметаллов [2]. Допирование диоксида титана лантаном позволяет получить фотокатализаторы, удовлетворительные как с точки зрения простоты и доступности синтеза, так и с точки зрения получаемых фотокаталитических свойств.
Цель — осуществить синтез мезопористого диоксида титана, допированного лантаном, и исследовать возможность его применения в фотокатализе.
Методы. Синтез допированного лантаном диоксида титана (La-TiO2) проводили при помощи золь-гель синтеза, в качестве темпланта использовали N-цетил-N,N,N-триметиламмония бромид (ЦТАБ). Навеску ЦТАБ растворяли в этиловом спирте, после чего к раствору при постоянном перемешивании последовательно добавляли уксусную кислоту и этоксид титана. Для синтеза образцов, допированных лантаном, к реакционной смеси добавляли водный раствор нитрата лантана. Полученную смесь перемешивали в течение 3 ч, после чего выдерживали на воздухе в течение 10 дней до получения ксерогеля, который впоследствии подвергали температурной обработке в муфельной печи в течение 3 ч при температуре 500 °С. В результате был получен 1 недопированный образец TiO2 и 3 допированных образца с содержанием лантана 2,2; 9,5 и 17,9 масс. % — образцы La-TiO2(2,2), La-TiO2(9,5), La-TiO2(17,9) соответственно.
Фотокаталитическую активность полученных образцов исследовали на примере реакций фотоокисления метилового оранжевого и ализарина красного С. Навеску исследуемого образца помещали в водные растворы метилового оранжевого с концентрацией 2 ppm и ализаринового красного С с концентрацией 25 ppm. Полученные смеси перемешивали в стеклянном стакане при помощи магнитной мешалки под действием двух люминесцентных ламп белого света Camelion FT5 13W/33 Cool Light 4200 K без доступа постороннего света. Отбор проб проводили через 1; 1,5; 2, 3 ч от начала процесса. Пробы фильтровали на целлюлозном фильтре с диаметром пор 0,45 мкм. Изменение концентрации адсорбируемых веществ определяли при помощи однолучевого сканирующего спектрофотометра Unico 2800. Оптическую плотность растворов определяли при 464 нм для метилового оранжевого и 425 нм для ализаринового красного С.
Результаты. Кинетические кривые фотодеградации метилового оранжевого и ализаринового красного С из водных растворов представлены на рис. 1 и 2 соответственно.
Рис. 1. Кинетическая кривая фотодеградации метилового оранжевого на недопированном и допированных образцах диоксида титана
Рис. 2. Кинетическая кривая фотодеградации ализаринового красного С на недопированном и допированных образцах диоксида титана
Из рис. 1 и 2 видно, что при воздействии видимого света концентрация красителей значительно уменьшилась на допированных образцах. Наибольшей фотокаталитической активностью обладает образец LaTiO2(2,2). На этом образце уже через 1,5 ч деградация метилового оранжевого на образце составила 67 %, ализаринового красного С — 100 %.
Выводы. Синтезированы образцы мезопористого допированного лантаном диоксида титана La-TiO2(2,2), La-TiO2(9,5), La-TiO2(17,9). Показано, что допированные материалы обладают большей фотокаталитической активностью по сравнению с недопированным образцом. Среди допированных материалов образец LaTiO2(2,2) обладает лучшей фотокаталитической активностью в реакциях фотодеградации красителей, что может быть связано с морфологией образцов.
Sobre autores
Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева
Email: kaydarova.1999@mail.ru
студентка, группа 4501-040501D, химический факультет
Rússia, 443086, Самара, Московское шоссе, д. 34Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева
Email: Shmelsasha@yandex.ru
научный руководитель, аспирант кафедры физической химии и хроматографии
Rússia, 443086, Самара, Московское шоссе, д. 34Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева
Autor responsável pela correspondência
Email: shafiro@mail.ru
научный руководитель, доцент, доцент кафедры физической химии и хроматографии
Rússia, 443086, Самара, Московское шоссе, д. 34Bibliografia
- Pascariu P., Cojocarua C., Homocianua M., et al. New La3+ doped TiO2 nanofibers for photocatalytic degradation of organic pollutants: Effects of thermal treatment and doping loadings // Ceram Int. 2022. Vol. 48, No. 4. P. 4953–4964. doi: 10.1016/j.ceramint.2021.11.033
- Basavarajappa P.S., Patila S.B., Ganganagappa N., et al. Recent progress in metal-doped TiO2, non-metal doped/codoped TiO2 and TiO2 nanostructured hybrids for enhanced photocatalysis // Int J Hydrog Energy. 2020. Vol. 45, No. 13. P. 7764–7778. doi: 10.1016/j.ijhydene.2019.07.241
Arquivos suplementares
