Физико-химические характеристики нанокомпозитов Fe3O4/TiO2 и Fe3O4/SiO2/TiO2, синтезированных гидротермальным пероксидным методом
Автор: Горшков А.А., Авдин В.В., Учаев Д.А., Морозов Р.С., Звонарев А.Г., Плеханова Н.А.
Журнал: Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Химия @vestnik-susu-chemistry
Рубрика: Физическая химия
Статья в выпуске: 4 т.15, 2023 года.
Бесплатный доступ
В работе изучены композитные материалы на основе оксидов Fe3O4/TiO2 и Fe3O4/SiO2/TiO2, синтезированные гидротермальным пероксидным методом. На первой стадии наночастицы магнетита осаждали гидроксидом аммония из смеси водных растворов сульфата железа(II) и хлорида железа(III) при непрерывном воздействии ультразвука, после чего отмывали дистиллированной водой. На второй стадии полученные гидратированные частицы магнетита стабилизировали поливиниловым спиртом (ПВС) путём диспергирования их при воздействии ультразвука в горячем насыщенном водном растворе ПВС. На третьей стадии в композит вводили фотокаталитически активные частицы на основе оксида титана путём смешивания стабилизированной суспензии магнетита с водным раствором пероксотитановой кислоты (и опциональным введением золя кремниевой кислоты) с последующей гидротермальной обработкой смеси при 180 °C в течение 24 часов, отмывкой, сушкой под вакуумом и прокаливанием в муфельной печи. Изучено влияние на свойства образцов мольного содержания в них железа и титана, введения в образцы добавки диоксида кремния, а также термообработки при 350 и 700 °C. Исследованы фотокаталитические свойства синтезированных образцов в процессе фотодеструкции метилового оранжевого и метиленового голубого, а также их магнитная извлекаемость из суспензии. Выполнена физико-химическая характеризация образцов методами сканирующей электронной микроскопии высокого разрешения, энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии, просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения, порошковой рентгеновской дифракции, порометрии с низкотемпературной адсорбцией азота, масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой, термического анализа (ТГ-ДСК), совмещенного с масс-спектрометрией газообразных продуктов термолиза. Определены оптимальные условия синтеза композитов, проявляющих лучшее сочетание фотокаталитических и магнитных свойств. Полученные фотокатализаторы можно использовать для очистки воды от красителей с последующим извлечением при помощи магнитного поля.
Диоксид титана, магнетит, диоксид кремния, композитные фотокатализаторы, ядро - оболочка, фотокаталитическая активность, фотокаталитические тесты, красители
Короткий адрес: https://sciup.org/147242675
IDR: 147242675 | DOI: 10.14529/chem230405
Список литературы Физико-химические характеристики нанокомпозитов Fe3O4/TiO2 и Fe3O4/SiO2/TiO2, синтезированных гидротермальным пероксидным методом
- Lelieveld J., Evans J.S., Fnais M., Giannadaki D. et al. Nature. 2015. V. 525. P. 367. DOI: 10.1038/nature15371.
- Zúñiga-Benítez H., Sánchez-Monsalve R., Peñuela G.A. Water Air Soil. Pollut. 2018. V. 229. P. 332. DOI: 10.1007/s11270-018-3960-5.
- Mamaghani A.H., Haghighat F., Lee C.-S. Appl. Catal. B Environ. 2017. V. 203. P. 247. DOI:10.1016/j.apcatb.2016.10.037.
- Fujishima A., Rao T.N., Tryk D.A. Journal of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Reviews. 2000. V. 1. P. 1. DOI: 10.4236/msce.2014.28004.
- Haider A.J., Jameel Z.N., Al-Hussaini I.H.M. Energy Procedia. 2019. V. 157. P. 17. DOI:10.1016/j.egypro.2018.11.159.
- Lee H.-G., Sai-Anand G., Komathi S., Gopalan A.-I. et al. J. Hazard. Mater. 2015. V. 283. P. 400. DOI:10.1016/j.jhazmat.2014.09.014.
- Lee J.-C., Gopalan A.-I., Saianand G., Lee K.-P. et al. Manganese and Graphene Included Titanium Dioxide Composite Nanowires: Fabrication, Charerization and Enhanced Photocatalytic ivities / J.-C. Lee // Nanomaterials. 2020. V. 10. P. 456. DOI: 10.3390/nano10030456.
- Mahmoud W., Rastogi T., Kümmerer K. Current Opinion in Green and Sustainable Chemistry. 2017. V. 6. P. 1. DOI: 10.1016/j.cogsc.2017.04.001.
- You J., Guo Y., Guo R., Liu X. Chem. Eng. J. 2019. V. 373. P. 624. DOI: 10.1016/j.cej.2019.05.071.
- Debnath D., Gupta A.K., Ghosal P.S. J. Ind. Eng. Chem. V. 70. P. 51. DOI: 10.1016/j.jiec.2018.10.014.
- Ilkaeva M., Krivtsov I., Avdin V., Khainakov S. et al. Colloid. Surface A. 2014. V. 456. P. 120. DOI: 10.1016/j.colsurfa.2014.05.018.
- Krivtsov I.V., Ilkaeva M.V., Samokhina V.D., Avdin V.V. et al. J. Sol-Gel Sci. Technol. 2013. V. 67. P. 665. DOI: 10.1007/s10971-013-3097-3.
- Бразовская Е.Ю. Разработка магнитовосприимчивых сорбентов на основе цеолита beta для решения задач медицины и экологии: дис. … канд. хим. наук, СПб., 2020. 137 с.
- Chastellain M., Petri A., Hofmann H. J. Colloid Interface Sci. 2004. V. 278. P. 353. DOI: 10.1016/j.jcis.2004.06.025.
- Krivtsov I., Ilkaeva M., Avdin V. et al. J. Colloid Interface Sci. 2015. V. 444. P. 87. DOI: 10.1016/j.jcis.2014.12.044.
- Stöber W., Fink A., Bohn E. Journal of Colloid and Interface Science. 1968. V. 26, iss. 1. P. 62. DOI: 10.1016/0021-9797(68)90272-5.
- Galbavy E.S., Ram K., Anastasio C. // J. Photochem. Photobiol. 2010. V. 209. P. 186. DOI: 10.1016/j.jphotochem.2009.11.013.
- Compeán M., Ruiz F., Martinez J.R. et al. Mater. Lett. 2008. V. 62(27). P. 4248. DOI: 10.1016/j.matlet.2008.06.053.
- Praveen P., Viruthagiri G., Mugundan S. et al. Spectrochim. Acta, Part A. 2013. V. 117. P. 622. DOI: 10.1016/j.saa.2013.09.037.
- Veloso C., Filippov L., Filippova I. et al. J. Mater. Res. Technol. 2019. V. 9. P. 779. DOI: 10.1016/j.jmrt.2019.11.018.
- Bhullar S., Goyal N., Gupta S. Int. J. Nanomedicine. 2022. V. 17. P. 3147. DOI: 10.2147/IJN.S367358.
- Betti N.A. Engineering And Technology Journal, Part A. 2016. V. 34. P. 2433. DOI: 10.30684/etj.34.13A.6.
- Wang J., Yang J., Li X. et al. J. Mol. Catal. A: Chem. 2015. V. 406. P. 97. DOI: 10.1016/j.molcata.2015.05.023.
- Da R.A., Jacinto M.J., Silva V.C. et al. J. Sol–Gel Sci. Technol. 2018. V. 86. P. 94. DOI: 10.1007/s10971-018-4607-0.
- Chalasani R., Vasudevan S. ACS Nano. 2013. V. 7. P. 4093. DOI: 10.1021/nn400287k.
