Деструкция некоторых красителей на композитных фотокатализаторах на основе оксидов SiO2/TiO2

Деструкция некоторых красителей на композитных фотокатализаторах на основе оксидов SiO2/TiO2

Автор: Авдин Вячеслав Викторович, Буланова Александра Владимировна, Асильбекова Айзада Айтугановна, Илькаева Марина Викторовна

Журнал: Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Химия @vestnik-susu-chemistry

Рубрика: Физическая химия

Статья в выпуске: 3 т.12, 2020 года.

Бесплатный доступ

В работе изучены композитные оксиды SiO2/TiO2, полученные при различном мольном соотношении кремния и титана в исходном растворе. Образцы получены в две стадии. Первая стадия основана на золь-гель технологии с применением пероксида водорода в качестве комплексообразователя. Оксигидроксид титана конвенционально осаждается, промывается бидистиллированной водой и перерастворяется в перекиси водорода с образованием пероксотитановой кислоты. Образуется неопалесцирующий прозрачный раствор. К этому раствору добавляется силикат натрия и формируется единый молекулярный прекурсор, гидролизом которого получается композитный образец, в котором зёрна TiO2 заключены в матрицу SiO2. На второй стадии полученный материал обрабатывается в гидротермальных условиях в автоклавах при саморегулирующемся давлении. TiO2 кристаллизуется в виде зёрен размером около 10 нм. Контроль кристаллизации и роста кристаллов обеспечивается наличием аморфной силикатной матрицы. Небольшой размер зёрен TiO2 приводит к высокой фотокаталитической активности материала. Образцы изучены методами рентгенофазового анализа и сканирующей электронной микроскопии. Фотокаталитическая активность определена для всех полученных образцов в реакции деструкции метиленового голубого под ультрафиолетовым излучением. Наибольшую степень деструкции субстрата обеспечивает образец, полученный при соотношении SiO2/TiO2, равном 1:2. Для этого образца определена возможность фотокаталического разложения метилового оранжевого и метиленового фиолетового. Метиловый оранжевый данным фотокатализатором разлагается довольно медленно, в отличие от метиленового фиолетового и метиленового голубого. Полученные фотокатализаторы можно использовать для очистки воды от красителей.

Еще

Золь-гель технология, диоксид титана, силикагель, композитные фотокатализаторы sio2/tio2, фотокаталитическая деструкция красителей

Короткий адрес: https://sciup.org/147234236

IDR: 147234236   |   DOI: 10.14529/chem200305

Список литературы Деструкция некоторых красителей на композитных фотокатализаторах на основе оксидов SiO2/TiO2

  • Jing L., Zhou W., Tian G., Fu H. Surface Tuning for Oxide-based Nanomaterials as Efficient Photocatalysts. Chem. Soc. Rev., 2013, vol. 42, pp. 9509-9549. DOI: 10.1039/c3cs60176e
  • Kibombo H.S., Peng R., Rasalingam S., Koodali R.T. Versatility of Heterogeneous Photocatalysis: Synthetic Methodologies Epitomizing the Role of Silica Support in TiO2 Based Mixed Oxides. Catal. Sci. Technol., 2012, vol. 2, pp. 1737-1766. DOI: 10.1039/c2cy20247f
  • Seriani N., Pinilla C., Cereda S., De Vita A. et al. Titania-Silica Interfaces. J. Phys. Chem. C, 2012, vol. 116, pp. 11062-11067. DOI: 10.1021/jp301584h
  • Coles M.P., Lugmair C.G., Terry K.W., Tilley T.D. Titania-Silica Materials from the Molecular Precursor Ti[OSi(OtBu)3]4: Selective Epoxidation Catalysts. Chem. Mater., 2000, vol. 12, pp. 122131. DOI: 10.1021/cm990444y
  • Xu W., Wei L., Luo M. Nanoporous SiO2/TiO2 Composite Prepared by a Combined Sol-Gel and Hybrid Method. Key Eng. Mater., 2008, vol. 368-372, pp. 1497-1499.
  • Pab E., Retuert J., Quijada R., Zarate A. TiO2-SiO2 Mixed Oxides Prepared by a combined Sol-Gel and Polymer Inclusion Method. Microporous Mesoporous Mater., 2004, vol. 67, pp. 195203. DOI: 10.1016/j.micromeso.2003.10.017
  • Oki A.R., Xu Q., Shpeizer B., Clearfield A. et al. Synthesis, Characterization and Activity in Cyclohexene Epoxidation of Mesoporous TiO2-SiO2 Mixed Oxides. Catal. Commun., 2007, vol. 8, pp. 950-956. DOI: 10.1016/j.catcom.2006.09.022
  • Garbassi F., Balducci L. Preparation and Characterization of Spherical TiO2-SiO2 Particles. Microporous Mesoporous Mater., 2001, vol. 47, pp. 51-59. DOI: 10.1016/S1387-1811(01)00302-X
  • Kosuge K., Singh P.S. Titanium-Containing Porous Silica Prepared by a Modified Sol-Gel Method. J. Phys. Chem. B, 1999, vol. 103, pp. 3563-3569.
  • Pabon E., Retuert J., Quijada R. Synthesis of Mixed Silica Titania by the Sol -Gel Method Using Polyethylenimine: Porosity and Catalytics Properties. J. Porous Mater., 2007, vol. 14, pp. 151158. DOI: 10.1007/s10934-006-9019-9
  • Zhu H., Pan Z., Chen B., Lee B. et al. Synthesis of Ordered Mixed Titania and Silica Meso-structured Monoliths for Gold Catalysts. J. Phys. Chem. B, 2004, vol. 108, pp. 20038-20044. DOI: 10.1021/jp047525o
  • Zelenâk V., Hornebecq V., Mornet S., Schâf O., Llewellyn P. Mesoporous Silica Modified With Titania: Structure and Thermal Stability. Chem. Mater., 2006, vol. 18, pp. 3184-3191. DOI: 10.1021/cm051608f
  • Cojocaru B., Parvulescu V.I., Preda E., Iepure G. et al. Sensitizers on Inorganic Carriers for Decomposition of the Chemical Warfare Agent Yperite. Environ. Sci. Technol., 2008, vol. 42, pp. 4908-4913. DOI: 10.1021/es800170a
  • Krivtsov I., Ilkaeva M., Avdin V., Khainakov S. et al. A Hydrothermal Peroxo Method for Preparation of Highly Crystalline Silica-Titania Photocatalysts. J. Colloid Interface Sci., 2015, vol. 444, pp. 87-96. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/jjcis.2014.12.044.
  • Ilkaeva M., Krivtsov I., Avdin V., Khainakov S.A. et al. Comparative Study of Structural and Thermal Behavior of Mixed Silics-Titania Xerogels Prepared via the Peroxo Method and the Conventional Co-Precipitation Technique. Colloids Surf., A, 2014, vol. 456, pp. 120-128. DOI: 10.1016/j.colsurfa.2014.05.018.
  • Galbavy E.S., Ram K., Anastasio C. 2-Nitrobenzaldehyde as a Chemical Actinometer for Solution and ice Photochemistry. J. Photochem. Photobiol., A, 2010, vol. 209, pp. 186-192. DOI: 10.1016/j.jphotochem.2009.11.013.
  • Willett K.L., Hites R.A. Chemical Actinometry: Using o-Nitrobenzaldehyde to Measure Light Intensity in Photochemical Experiments. J. Chem. Educ., 2000, vol. 77, pp. 900-902.
  • Kakihana M., Kobayashi M., Tomita K., Petrykin V. Application of Water-Soluble Titanium Complexes as Precursors for Synthesis of Titanium-Containing Oxides via Aqueous Solution Processes. Bull. Chem. Soc. Jpn., 2010, vol. 83, pp. 1285-1308. DOI: 10.1246/bcsj.20100103
  • Piquemal J.-Y., Briot E., Bregeault J.-M. Preparation of Materials in the Presence of Hydrogen Peroxide: From Discrete or "Zero-Dimensional" Objects to Bulk Materials. Dalton Trans., 2013, vol. 42, pp. 29-45. DOI: 10.1039/c2dt31660a
  • Murakami N., Kurihara Y., Tsubota T., Ohno T. Shape-Controlled Anatase Titanium (IV) Oxide Particles Prepared by Hydrothermal Treatment of Peroxo Titanic Acid in the Presence of Polyvinyl Alcohol. J. Phys. Chem. C, 2009, vol. 113, pp. 3062-3069. DOI: 10.1021/jp809104t
  • Kefalas E.T., Panagiotidis P., Raptopoulou C.P., Terzis A. et al. Mononuclear Titanium(IV)-Citrate Complexes from Aqueous Solutions: pH-specific Synthesis and Structural and Spectroscopic Studies in Relevance to Aqueous Titanium(IV)-citrate Speciation. Inorg. Chem., 2005, vol. 44, pp. 2596-2605. DOI: 10.1021/ic049276o
  • Zhou Z.-H., Deng Y.-F., Jiang Y.-Q., Wan H.-L. et al. The First Structural Examples of Tricitra-totitanate [Ti(H2cit) 3]2- dianions. Dalton Trans, 2003, vol. 13, pp. 2636-2638.
  • Deng Y.-F., Jiang Y.-Q., Hong Q.-M., Zhou Z.-H. Speciation of Water-Soluble Titanium Citrate: Synthesis, Structural, Spectroscopic Properties and Biological Relevance. Polyhedron, 2007, vol. 26, pp. 1561-1569. DOI: 10.1016/j.poly.2006.08.017
  • Collins J.M., Uppal R., Incarvito C.D., Valentine A.M. Titanium(IV) Citrate Speciation and Structure Under Environmentally and Biologically Relevant Conditions. Inorg. Chem., 2005, vol. 44, pp. 3431-3440. DOI: 10.1021/ic048158y
  • Kakihana M., Tada M., Shiro M., Petrykin V. et al. Structure and Stability of Water Soluble (NH4)8[Ti4(C6H4O7)4(O2)4]-8H2O. Inorg. Chem., 2001, vol. 40, pp. 891-894. DOI: 10.1039/C2RA20388J
  • Dakanali M., Kelfas E.T., Raptopoulou C.P., Terzis A. et al. A New Dinuclear Ti (IV)-peroxo-citrate Complex from Aqueous Solutions. Synthetic, Structural, and Spectroscopic Studies in Relevance to Aqueous Titanium (IV)-peroxo-citrate Speciation Inorg. Chem., 2003, vol. 42, pp. 4632-4639.
  • Tada M., Tomita K., Petrykin V., Kakihana M. Preparation and Characterization of Citratope-roxotitanate Barium Compound for BaTiO3 Synthesis. Solid State Ionics, 2002, vol. 151, pp. 293-297. DOI: 10.1016/S0167-2738(02)00726-9
  • Chen Z., Liu J., Qiu S., Dawson G. et al. The Shape-specific Photocatalytic Efficiency of Quantum Size TiO2 Nanoparticles. Catal. Commun., 2012, vol. 21, pp. 1-4. DOI: 10.1016/j.catcom.2012.01.021
  • Wu J.-M., Qi B. Low-temperature Growth of Monolayer Rutile TiO2 Nanorod Films. J. Am. Ce-ram. Soc., 2007, vol. 90, pp. 657-660. DOI: 10.1111/j.1551-2916.2006.01453.x
  • Tomita K., Petrykin V., Kobayashi M., Shiro M. et al. A Water-soluble Titanium Complex for the Selective Synthesis of Nanocrystalline Brookite, Rutile, and Anatase by a Hydrothermal Method. Angew. Chem., Int. Ed. 2006. V. 45. P. 2378-2381. DOI: 10.1002/anie.200503565
  • Tada M., Yamashita Y., Petrykin V., Osada M. et al. A New Water-soluble Ammonium Citra-toperoxotitanate as an Environmentally Beneficial Precursor for TiO2 Thin Films and RuO2/BaTi4O9 Photocatalysts. Chem. Mater., 2002, vol. 14, pp. 2845-2846. DOI: 10.1021/cm011542y
  • Wu J.-M. Low-temperature Preparation of Titania Nanorods Through Direct Oxidation of Titanium with Hydrogen Peroxide. J. Cryst. Growth, 2004, vol. 269, no. 2-4, pp. 347-355. DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2004.05.023
  • Wu J.-M., Zhang T.-W., Zeng Y.-W., Hayakawa S. et al. Large-Scale Preparation of Ordered Titania Nanorods with Enhanced Photocatalytic Activity. Langmuir, 2005, vol. 21, no. 15, pp. 69957002. DOI: 10.1021/la0500272
  • Ribeiro C., Vila C., Stroppa D.B., Mastelaro V.R. et al. Anisotropic Growth of Oxide Nanocrys-tals: Insights into the Rutile TiO2 Phase. J. Phys. Chem. C, 2007, vol. 111, no. 16, pp. 5871-5875. DOI: 10.1021/jp070051j
  • Mao Y., Kanungo M., Hemraj-Benny T., Wong S. S. Synthesis and Growth Mechanism of Tita-nate and Titania One-dimensional Nanostructures Self-assembled into Hollow Micrometer-scale Spherical Aggregates. J. Phys. Chem. B, 2006, vol. 110, no. 2, pp. 702-710. DOI: 10.1021/jp0544538
  • Ichinose H., Terasaki M., Katsuki H. Synthesis of Peroxo-modified Anatase Sol from Peroxo Titanic Acid Solution. J. Ceram. Soc. Jpn., 1996, vol. 104, pp. 715-718.
  • Ichinose H., Terasaki M., Katsuki H. Properties of Anatase Films for Photocatalyst from Perox-otitanic Acid-solution and Peroxo-modified Anatase Sol. J. Ceram. Soc. Jpn., 1996, vol. 104, pp. 914917.
  • Ichinose H., Terasaki M., Katsuki H. Properties of Peroxotitanium Acid Solution and Peroxo-Modified Anatase Sol Derived from Peroxotitanium Hydrate. J. Sol-Gel Sci. Technol., 2001, vol. 22, pp. 33-40. DOI: 10.1023/A:1011256118320
  • Gao Y., Luo H., Mizusugi S., Nagai M. Surfactant-free Synthesis of Anatase TiO2 Nanorods in an Aqueous Peroxotitanate Solution. Cryst. Growth Des., 2008, vol. 8, no. 6, pp. 1804-1807. DOI: 10.1021/cg701157j
  • Bao X.-W., Yan S.-S., Chen F., Zhang J.-L. Preparation of TiO2 Photocatalyst by Hydrothermal Method from Aqueous Peroxotitanium Acid Gel. Mater. Lett., 2005, vol. 59, pp. 412-415. DOI: 10.1016/j.matlet.2004.09.035
  • Shankar M.V., Kako T., Wang D., Ye J. One-pot Synthesis of Peroxo-titania Nanopowder and Dual Photochemical Oxidation in Aqueous Methanol Solution. J. Colloid Interface Sci., 2009, vol. 331, pp. 132-137. DOI: 10.1016/j.jcis.2008.11.019
  • Liu Y.-J., Aizawa M., Wang Z.-M., Hatori H. et al. Comparative Examination of Titania Nano-crystals Synthesized by Peroxo Titanic Acid Approach from Different Precursors. J. Colloid Interface Sci., 2008, vol. 322, pp. 497-504. DOI: 10.1016/j.jcis.2008.03.034
  • Etacheri V., Seery M.K., Hinder S.J., Pillai S.C. Oxygen Rich Titania: a Dopant Free, High Temperature Stable, and Visible-light Active Anatase Photocatalyst. Adv. Funct. Mater., 2011, vol. 21, pp. 3744-3752. DOI: 10.1002/adfm.201100301
  • Yang H.G., Sun C.H., Qiao S.Z., Zou J. Anatase TiO2 Single Crystals with a Large Percentage of Reactive Facets. Nature, 2008, vol. 453, pp. 638-641. DOI: 10.1038/nature06964
  • Liao J., Shi L., Yuan S., Zhao Y., Fang J. Solvothermal Synthesis of TiO2 Nanocrystal Colloids from Peroxotitanate Complex Solution and Their Photocatalytic Activities. J. Phys. Chem. C, 2009, vol. 113, pp. 18778-18783. DOI: 10.1021/jp905720g
  • Ennaoui A., Sankapal B.R., Skryshevsky V., Lux-Steiner M.Ch. TiO2 and TiO2-SiO2 thin films and powders by one-step soft-solution method: Synthesis and characterizations. Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 2006, vol. 90, no. 10, pp. 1533-1541. DOI: 10.1016/j.solmat.2005.10.019
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp