Синтез нанесених на поверхню нержавіючої сталі фотокаталізаторів на основі ТіО₂
Методом іонної імплантації синтезовано нанесений Ті-вмісний каталізатор на поверхні нержавіючої сталі. Показана висока фотокаталітична активність цього каталізатора в процесі знешкодження бензолу у водних стоках при опроміненні видимим світлом, яка значно перевищує його активність в УФ діапазоні. Ф...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Доповіді НАН України |
|---|---|
| Дата: | 2019 |
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2019
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/159958 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Синтез нанесених на поверхню нержавіючої сталі фотокаталізаторів на основі ТіО₂ / О.В. Санжак, Д.В. Бражник, В.В. Гончаров, В.О. Зажигалов, Ф.А. Азімов // Доповіді Національної академії наук України. — 2019. — № 7. — С. 52-58. — Бібліогр.: 10 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-159958 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Санжак, О.В. Бражник, Д.В. Гончаров, В.В. Зажигалов, В.О. Азімов, Ф.А. 2019-10-19T16:21:37Z 2019-10-19T16:21:37Z 2019 Синтез нанесених на поверхню нержавіючої сталі фотокаталізаторів на основі ТіО₂ / О.В. Санжак, Д.В. Бражник, В.В. Гончаров, В.О. Зажигалов, Ф.А. Азімов // Доповіді Національної академії наук України. — 2019. — № 7. — С. 52-58. — Бібліогр.: 10 назв. — укр. 1025-6415 DOI: doi.org/10.15407/dopovidi2019.07.052 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/159958 544.032 Методом іонної імплантації синтезовано нанесений Ті-вмісний каталізатор на поверхні нержавіючої сталі. Показана висока фотокаталітична активність цього каталізатора в процесі знешкодження бензолу у водних стоках при опроміненні видимим світлом, яка значно перевищує його активність в УФ діапазоні. Фізико-хімічними методами охарактеризовано склад поверхні нанесеного каталізатора та вплив на нього температурної обробки зразка. Показано, що в результаті іонної імплантації Ті на поверхню нержавіючої сталі формується нанорозмірний шар імплантату у вигляді рентгеноаморфної композиції, яка складається з оксиду, нітриду та оксинітриду титану. Підвищення температури обробки спричиняє зниження активності зразків. Подібні зміни фотоактивності зразків можна пояснити впливом температури на співвідношення між нітридною, оксинітридною та оксидною фазою титану, при цьому кількість останньої зростає зі збільшенням температури обробки. Висловлено гіпотезу про активні фази на поверхні носія, які забезпечують його високу активність у реакції фотодеструкції водного розчину бензолу при опроміненні видимим світлом. Таким чином, показано перспективність та практичність використання отриманих зразків у процесі видалення бензолу з його водних розчинів у видимому спектрі випромінювання, що є надзвичайно актуальним з екологічної точки зору. The supported Ti-containing catalyst on the surface of a stainless steel foil is prepared by the low-temperature ion implantation method. It shows the high photocatalytic activity in the process of neutralizing benzene in aqueous solutions under the irradiation with visible light, which significantly exceeds its activity in the UV range. The composition of the surface of the supported catalyst and the effect of the temperature on it are characterized by physico-chemical methods. It is shown that, as a result of the ion implantation of Ti on the surface of a stainless steel, a nanosized layer of the implant is formed in the form of an amorphous composition consisting of titanium oxide, nitride, and oxynitride. Increasing the temperature of the treatment leads to a decrease in the activity of samples. Similar changes in the photoactivity of samples can be explained by the influence of the temperature on the ratio between the nitride, oxynitride and oxide phases of titanium, while the latter increases with increasing the processing temperature. The hypothesis of active phases on the surface of a support is expressed, which ensures its high activity in the reaction of photodegradation of an aqueous solution of benzene under the visible light irradiation. Thus, the perspective and practicality of using the obtained samples in the process of removal of benzene from its aqueous solutions with the visible light irradiation is shown, which is very important today from the point of view of ecology. Методом ионной имплантации синтезирован нанесенный Ті-содержащий катализатор на поверхности нержавеющей стали. Показана высокая фотокаталитическая активность этого катализатора в процессе обезвреживания бензола в водных стоках при облучении видимым светом, которая значительно превышает его активность в УФ диапазоне. Физико-химическими методами охарактеризованы состав поверхности нанесенного катализатора и влияние на него температурной обработки образца. Показано, что в результате ионной имплантации Ті на поверхность нержавеющей стали формируется наноразмерный слой имплантата в виде рентгеноаморфной композиции, которая состоит из оксида, нитрида и оксинитрида титана. Повышение температуры обработки приводит к снижению активности образцов. Подобные изменения фотоактивности образцов можно объяснить влиянием температуры на соотношение между нитридной, оксинитридной и оксидной фазой титана, при этом количество последней возрастает при увеличении температуры обработки. Высказана гипотеза об активных фазах на поверхности носителя, которые обеспечивают его высокую активность в реакции фотодеструкции водного раствора бензола при облучении видимым светом. Таким образом, показана перспективность и практичность использования полученных образцов в процессе удаления бензола из его водных растворов при облучении видимым светом, что на сегодня весьма актуально с точки зрения экологии. uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Доповіді НАН України Хімія Синтез нанесених на поверхню нержавіючої сталі фотокаталізаторів на основі ТіО₂ Synthesis of ТіО₂- based photocatalysts deposited on stainless steel Синтез нанесенных на поверхность нержавеющей стали фотокатализаторов на основе ТіО₂ Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Синтез нанесених на поверхню нержавіючої сталі фотокаталізаторів на основі ТіО₂ |
| spellingShingle |
Синтез нанесених на поверхню нержавіючої сталі фотокаталізаторів на основі ТіО₂ Санжак, О.В. Бражник, Д.В. Гончаров, В.В. Зажигалов, В.О. Азімов, Ф.А. Хімія |
| title_short |
Синтез нанесених на поверхню нержавіючої сталі фотокаталізаторів на основі ТіО₂ |
| title_full |
Синтез нанесених на поверхню нержавіючої сталі фотокаталізаторів на основі ТіО₂ |
| title_fullStr |
Синтез нанесених на поверхню нержавіючої сталі фотокаталізаторів на основі ТіО₂ |
| title_full_unstemmed |
Синтез нанесених на поверхню нержавіючої сталі фотокаталізаторів на основі ТіО₂ |
| title_sort |
синтез нанесених на поверхню нержавіючої сталі фотокаталізаторів на основі тіо₂ |
| author |
Санжак, О.В. Бражник, Д.В. Гончаров, В.В. Зажигалов, В.О. Азімов, Ф.А. |
| author_facet |
Санжак, О.В. Бражник, Д.В. Гончаров, В.В. Зажигалов, В.О. Азімов, Ф.А. |
| topic |
Хімія |
| topic_facet |
Хімія |
| publishDate |
2019 |
| language |
Ukrainian |
| container_title |
Доповіді НАН України |
| publisher |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Synthesis of ТіО₂- based photocatalysts deposited on stainless steel Синтез нанесенных на поверхность нержавеющей стали фотокатализаторов на основе ТіО₂ |
| description |
Методом іонної імплантації синтезовано нанесений Ті-вмісний каталізатор на поверхні нержавіючої сталі.
Показана висока фотокаталітична активність цього каталізатора в процесі знешкодження бензолу у водних стоках при опроміненні видимим світлом, яка значно перевищує його активність в УФ діапазоні. Фізико-хімічними методами охарактеризовано склад поверхні нанесеного каталізатора та вплив на нього температурної обробки зразка. Показано, що в результаті іонної імплантації Ті на поверхню нержавіючої
сталі формується нанорозмірний шар імплантату у вигляді рентгеноаморфної композиції, яка складається з оксиду, нітриду та оксинітриду титану. Підвищення температури обробки спричиняє зниження активності зразків. Подібні зміни фотоактивності зразків можна пояснити впливом температури на співвідношення між нітридною, оксинітридною та оксидною фазою титану, при цьому кількість останньої
зростає зі збільшенням температури обробки. Висловлено гіпотезу про активні фази на поверхні носія, які
забезпечують його високу активність у реакції фотодеструкції водного розчину бензолу при опроміненні
видимим світлом. Таким чином, показано перспективність та практичність використання отриманих
зразків у процесі видалення бензолу з його водних розчинів у видимому спектрі випромінювання, що є надзвичайно актуальним з екологічної точки зору.
The supported Ti-containing catalyst on the surface of a stainless steel foil is prepared by the low-temperature
ion implantation method. It shows the high photocatalytic activity in the process of neutralizing benzene in
aqueous solutions under the irradiation with visible light, which significantly exceeds its activity in the UV
range. The composition of the surface of the supported catalyst and the effect of the temperature on it are characterized
by physico-chemical methods. It is shown that, as a result of the ion implantation of Ti on the surface of
a stainless steel, a nanosized layer of the implant is formed in the form of an amorphous composition consisting of
titanium oxide, nitride, and oxynitride. Increasing the temperature of the treatment leads to a decrease in the
activity of samples. Similar changes in the photoactivity of samples can be explained by the influence of the
temperature on the ratio between the nitride, oxynitride and oxide phases of titanium, while the latter increases
with increasing the processing temperature. The hypothesis of active phases on the surface of a support is expressed,
which ensures its high activity in the reaction of photodegradation of an aqueous solution of benzene
under the visible light irradiation. Thus, the perspective and practicality of using the obtained samples in the
process of removal of benzene from its aqueous solutions with the visible light irradiation is shown, which is very
important today from the point of view of ecology.
Методом ионной имплантации синтезирован нанесенный Ті-содержащий катализатор на поверхности
нержавеющей стали. Показана высокая фотокаталитическая активность этого катализатора в процессе
обезвреживания бензола в водных стоках при облучении видимым светом, которая значительно превышает его активность в УФ диапазоне. Физико-химическими методами охарактеризованы состав поверхности нанесенного катализатора и влияние на него температурной обработки образца. Показано, что
в результате ионной имплантации Ті на поверхность нержавеющей стали формируется наноразмерный
слой имплантата в виде рентгеноаморфной композиции, которая состоит из оксида, нитрида и оксинитрида титана. Повышение температуры обработки приводит к снижению активности образцов. Подобные изменения фотоактивности образцов можно объяснить влиянием температуры на соотношение между нитридной, оксинитридной и оксидной фазой титана, при этом количество последней возрастает при увеличении температуры обработки. Высказана гипотеза об активных фазах на поверхности носителя, которые
обеспечивают его высокую активность в реакции фотодеструкции водного раствора бензола при облучении видимым светом. Таким образом, показана перспективность и практичность использования полученных образцов в процессе удаления бензола из его водных растворов при облучении видимым светом, что на сегодня весьма актуально с точки зрения экологии.
|
| issn |
1025-6415 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/159958 |
| citation_txt |
Синтез нанесених на поверхню нержавіючої сталі фотокаталізаторів на основі ТіО₂ / О.В. Санжак, Д.В. Бражник, В.В. Гончаров, В.О. Зажигалов, Ф.А. Азімов // Доповіді Національної академії наук України. — 2019. — № 7. — С. 52-58. — Бібліогр.: 10 назв. — укр. |
| work_keys_str_mv |
AT sanžakov sinteznanesenihnapoverhnûneržavíûčoístalífotokatalízatorívnaosnovítío2 AT bražnikdv sinteznanesenihnapoverhnûneržavíûčoístalífotokatalízatorívnaosnovítío2 AT gončarovvv sinteznanesenihnapoverhnûneržavíûčoístalífotokatalízatorívnaosnovítío2 AT zažigalovvo sinteznanesenihnapoverhnûneržavíûčoístalífotokatalízatorívnaosnovítío2 AT azímovfa sinteznanesenihnapoverhnûneržavíûčoístalífotokatalízatorívnaosnovítío2 AT sanžakov synthesisoftío2basedphotocatalystsdepositedonstainlesssteel AT bražnikdv synthesisoftío2basedphotocatalystsdepositedonstainlesssteel AT gončarovvv synthesisoftío2basedphotocatalystsdepositedonstainlesssteel AT zažigalovvo synthesisoftío2basedphotocatalystsdepositedonstainlesssteel AT azímovfa synthesisoftío2basedphotocatalystsdepositedonstainlesssteel AT sanžakov sinteznanesennyhnapoverhnostʹneržaveûŝeistalifotokatalizatorovnaosnovetío2 AT bražnikdv sinteznanesennyhnapoverhnostʹneržaveûŝeistalifotokatalizatorovnaosnovetío2 AT gončarovvv sinteznanesennyhnapoverhnostʹneržaveûŝeistalifotokatalizatorovnaosnovetío2 AT zažigalovvo sinteznanesennyhnapoverhnostʹneržaveûŝeistalifotokatalizatorovnaosnovetío2 AT azímovfa sinteznanesennyhnapoverhnostʹneržaveûŝeistalifotokatalizatorovnaosnovetío2 |
| first_indexed |
2025-11-25T20:41:00Z |
| last_indexed |
2025-11-25T20:41:00Z |
| _version_ |
1850531196796141568 |
| fulltext |
52 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2019. № 7
ОПОВІДІ
НАЦІОНАЛЬНОЇ
АКАДЕМІЇ НАУК
УКРАЇНИ
ХІМІЯ
Фотокаталіз може бути однією з технологічних стадій очищення стічних вод промисло-
вості від забруднень токсичними органічними речовинами, такими як феноли, формаль-
дегід, органічні розчинники (ксилол, бензол, толуол) та ін. Відомо, що одним з найбільш
популярних та активних фотокаталізаторів є діоксид титану. Недоліком цього каталізатора
є поглинання лише УФ випромінювання, тоді як бажано використовувати видиме світло.
У зв’язку з цим проводяться інтенсивні дослідження з промотування оксиду титану різни-
ми домішками, у тому числі й азотом. Ще одним технологічним недоліком застосування
ТіО2 є його використання у вигляді дисперсних порошків, у процесі постійного перемішу-
вання відбувається подрібнення частинок, а це призводить до проблем з видаленням від-
працьованого каталізатора з реакційної суміші. З іншого боку, під час фотокаталізу під
© О.В. Санжак, Д.В. Бражник, В.В. Гончаров, В.О. Зажигалов, Ф.А. Азімов, 2019
https://doi.org/10.15407/dopovidi2019.07.052
УДК 544.032
О.В. Санжак 1, Д.В. Бражник 1, В.В. Гончаров 2,
В.О. Зажигалов 1, Ф.А. Азімов 1
1 Інститут сорбції та проблем ендоекології НАН України, Київ
2 ДЗ “Луганський державний медичний університет”, Рубіжне
E-mail: Sanzhakalena@bigmir.net
Синтез нанесених на поверхню нержавіючої
сталі фотокаталізаторів на основі ТіО2
Представлено членом-кореспондентом НАН України В.О. Зажигаловим
Методом іонної імплантації синтезовано нанесений Ті-вмісний каталізатор на поверхні нержавіючої сталі.
Показана висока фотокаталітична активність цього каталізатора в процесі знешкодження бензолу у вод-
них стоках при опроміненні видимим світлом, яка значно перевищує його активність в УФ діапазоні. Фізико-
хімічними методами охарактеризовано склад поверхні нанесеного каталізатора та вплив на нього тем-
пературної обробки зразка. Показано, що в результаті іонної імплантації Ті на поверхню нержавіючої
сталі формується нанорозмірний шар імплантату у вигляді рентгеноаморфної композиції, яка складаєть-
ся з оксиду, нітриду та оксинітриду титану. Підвищення температури обробки спричиняє зниження ак-
тивності зразків. Подібні зміни фотоактивності зразків можна пояснити впливом температури на спів-
відношення між нітридною, оксинітридною та оксидною фазою титану, при цьому кількість останньої
зростає зі збільшенням температури обробки. Висловлено гіпотезу про активні фази на поверхні носія, які
забезпечують його високу активність у реакції фотодеструкції водного розчину бензолу при опроміненні
видимим світлом. Таким чином, показано перспективність та практичність використання отриманих
зразків у процесі видалення бензолу з його водних розчинів у видимому спектрі випромінювання, що є над-
звичайно актуальним з екологічної точки зору.
Ключові слова: N-TiO2, іонна імплантація, фотодеградація бензолу.
53ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2019. № 7
Синтез нанесених на поверхню нержавіючої сталі фотокаталізаторів на основі ТіО2
дією опромінення знаходиться лише зовнішня поверхня каталізаторів, тому основна маса
дисперсних зразків відіграє фактично роль носія. З цієї точку зору перспективним є ство-
рення нанесених фотокаталізаторів, у яких у ролі носія можуть бути використані як ме-
ханічно міцні гранули, так і пласкі профільні композити. Використання нанесених каталі-
заторів дає можливість збільшити їх робочу поверхню, на яку падає випромінювання, під-
вищити їх термічну і механічну стійкість та полегшити видалення з реакційної суміші.
Нами здійснено синтез каталізатора на основі фольги з нержавіючої сталі 12Х18Н10Т
(AISI 321) (товщина 80 мкм) в установці іонної імплантації, яка описана в роботі [1].
Як мішень-імплантат використовували металічний титан. Катодне розпилення мішені
(Ti) здійснювали іонами допоміжного газу — азоту. Енергія імплантації — 20 кеВ при дозі
5 · 1017 іон/cм2. Отримані зразки прожарювали в атмосфері повітря в температурному
інтервалі 200—600 °С. Структура і властивості отриманих зразків досліджені за допомо-
гою фізико-хімічних методів. Методом рентгенофлуоресцентного аналізу (РФА) встанов-
лено (рис. 1), що рентгенограми зразків містять лише рефлекси площин (111), (200) та
(220) фази аустеніту [2], які характерні для носія — нержавіючої сталі (НС). Максимальну
інтенсивність при цьому має рефлекс площини (220). Аналогічні результати наведені в
роботах [3—6], хоча автори використовували більшу енергію та дози імплантації. Тем пе-
ратурна обробка зразків не змінює структурний стан поверхні. Відсутність рефлексу від
імплантованого титану та його сполук може вказувати на їх аморфний стан або незначну
концентрацію в поверхневому шарі композита.
Рис. 1. Рентгенограми Ti/НС (а) та Ti/НС/600 (б)
Рис. 2. Рентгенограми тон-
ких плівок НС; Ti/НС
54 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2019. № 7
О.В. Санжак, Д.В. Бражник, В.В. Гончаров, В.О. Зажигалов, Ф.А. Азімов
Зважаючи на можливість утворення фазових сполук імплантату в приповерхневому
ша рі композита під час синтезу і подальшої температурної обробки, ми досліджували зразки
методом РФА тонких плівок (рис. 2). Результати дослідження показали, що і в цьому випад-
ку на дифрактограмах наявні лише рефлекси фази аустеніту. Однак відзначимо, що у разі ім-
плантації іонів титану спостерігається низькокутовий зсув рефлексу від площ ини (111) аус-
теніту. Це свідчить про впровадження імплантату в решітку носія і відповід не її розширення.
Одержані результати свідчать про те, що внаслідок іонної імплантації на поверхні зраз-
ка утворюються рентгеноаморфні структури титану або концентрація їх кристалів настіль-
ки мала, що знаходиться поза межами чутливості методів.
Згідно з даними атомно-силової мікроскопії (АСМ), імплантація титану спричиняє
згладжування рельєфу поверхні вихідного носія, але при цьому формуються нові дефекти
поверхні (глибина 200—240 нм), що обумовлює її більшу неоднорідність. Після температур-
ної обробки (600 °С) (рис. 3) спостерігається поява нових піків у середині існуючих запа-
дин. Результатом цього є незначна зміна висот нерівностей поверхні при досить значній
зміні її середньої шорсткості.
Рис. 3. Морфологія поверхні зразків за даними АСМ: а — Ti/НС; б — Ti/HC після тер-
мічної обробки. а1, б1 — вигляд поверхні; а2, б2 — профіль поверхні
55ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2019. № 7
Синтез нанесених на поверхню нержавіючої сталі фотокаталізаторів на основі ТіО2
Результати дослідження зразків методом рентгенівської фотоелектронної спектро-
скопії (РФЕС) наведено в таблиці. У спектрі О 1s-електронів вихідного зразка ідентифі-
куються піки з енергією зв’язку (Езв) 529,7 еВ (кисень кристалічної решітки оксиду),
531,6 еВ (кисень карбонатних груп С = О), 532,9 еВ (кисень гідроксильних груп), 535,8 еВ
(адсорбований кисень). А також пік з Езв = 527,6 еВ, який може вказувати на наявність до-
даткового перенесення електронної густини з елементів, які входять до складу поверхні
композитів на кисень.
Спектр N 1s-електронів вихідного композита містить пік з Езв = 396,1 еВ (нітрид ти-
тану), 398,2 еВ (елементний азот) та пік з енергією зв’язку вище 400 еВ, який вказує на
утворення оксинітриду титану з істотним трансфером електронної густини з азоту на ки-
сень. Це добре узгоджується з встановленим для О 1s-електронів піком при 527,6 еВ.
Після температурної обробки зразка на повітрі (600 °С) в спектрах О 1s-електронів зали-
шаються піки, які належать кисню решітки оксиду титану (Езв = 529,7 еВ), карбонатних груп
С=О (Езв = 531,4 еВ), а також зберігається пік з Езв = 528,0 еВ (оксинітрид титану). З остан-
нім корелює наявність в спектрі N 1s-електронів лише одного піка з Езв = 400,4 еВ [4, 7—8].
У спектрі Ті 2р3/2-електронів вихідного зразка спостерігаються два піки з енергією
зв’язку 460,3 та 457,9 еВ. Перший із них за значенням енергії зв’язку та константи роз-
щеплення між рівнями 2р1/2- та 2р3/2-електронів, яка дорівнює 4,7 еВ, однозначно відпо-
відає нітриду титану. Другий пік за величинами енергії зв’язку та константи розщеплен-
Рис. 4. Фотодеструкція водного розчину бензолу при опроміненні видимим світлом (a), УФ світлом (б)
Характеристики зразків за методом РФЕС
Зразок
Енергія зв’язку електронів, еВ (РФЕС)
О 1s Ti 2p3/2 N 1s
Ti/НС 527,6; 529,7; 531,6; 532,9; 535,8 457,9; 460,3 396,1; 398,2; 400
Ti/НС/ 600 °С 528,0; 529,7; 531,4 458,1; 459,1 400,4
56 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2019. № 7
О.В. Санжак, Д.В. Бражник, В.В. Гончаров, В.О. Зажигалов, Ф.А. Азімов
ня, яка дорівнює 5,3 еВ і має проміжне значення між оксидом титану (5,7 еВ) та нітридом
ти тану (4,8 еВ), належить оксинітриду титану [9].
Термічна обробка зумовлює значні зміни в його РФЕ спектрі. У спектрі наявні пік з
Езв = 459,1 еВ і константою розщеплення 5,8 еВ, який належить оксиду титану, та пік з
Езв = 458,1 еВ і константою розщеплення 5,5 еВ, який відповідає оксинітриду титану. На
підставі сукупності даних РФЕС можна констатувати, що в результаті термічної оброб-
ки відбувається окиснення оксинітриду титану до його оксиду, а нітриду титану — до ок-
синітриду.
Активність синтезованих зразків досліджували в реакції фотодеструкції бензолу
(50 ГДК) у його водному розчині. Дослідження здійснювали в циліндричному реакторі
(діаметр 9 см) з розміщеним по стінці зразком (імплантація з двох сторін носія) у вигляді
стрічки висотою 10 см та зануреним термостатованим джерелом випромінювання. Як дже-
рело випромінювання використовували ртутну або натрієву лампи високого тиску, що да-
ло змогу проводити дослідження як в УФ, так і видимому діапазоні. Продукти реакції ана-
лізували на хроматографі SelmiChrom-2 (ПІД), на колонці (довжина 1 м, діаметр 3 мм), за-
повненій Porapak Q.
Як свідчать одержані дані (рис. 4), активність практично всіх синтезованих зразків у
разі опромінення видимим світлом значно вища, ніж у випадку УФ опромінення (конверсія
до 25 та 7 % відповідно). При цьому в останньому випадку температурна обробка зразка
дещо знижує фотоактивність каталізатора, тобто формування оксидної фази титану нега-
тивно впливає на його показники. Водночас у разі опромінення видимим світлом актив-
ність вихідного синтезованого зразка (конверсія 20 %) збільшується після його прогріву
при 200 і 300 °С (26 і 25 % відповідно). Підвищення температури обробки зумовлює зни-
ження активності зразків. Подібні зміни фотоактивності зразків можна пояснити впливом
температури на співвідношення між нітридною, оксинітридною та оксидною фазою титану,
при цьому кількість останньої зростає зі збільшенням температури обробки (РФЕС та [10]).
Можна висловити гіпотезу, що висока активність синтезованих зразків пов’язана з існуван-
ням нітриду та оксинітриду титану на поверхні носія з нержавіючої сталі.
Таким чином, показано, що методом іонної імплантації можна одержати нанесений на
поверхню нержавіючої сталі Ті-вмісний каталізатор, фотоактивний у процесі знешкоджен-
ня бензолу у водних стоках при їх опроміненні видимим світлом. Висловлена гіпотеза про
природу активного шару поверхні каталізатора.
ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
1. Зажигалов В.А., Гончаров В.В. Формирование наноразмерного покрытия на стали 12Х18Н10Т при ион-
ной имплантации. Металлофиз. новейшие технол. 2014. 36, № 6. P. 757—766. https://doi.org/10.15407/
mfint.36.06.0757
2. Cherny A.A., Maschenko S.V., Honcharov V.V., Zazhigalov V.A. Nanodimension layers on stainless steel
surface syntesized by ionic implantation and their simulation. Nanoplasmonics, Nano-Optics, Nanocompo sites,
and Surface Studies. Cham: Springer, 2015. P. 203–213. (Springer Proceedings in Physics; Vol. 167). https://
doi.org/10.1007/978-3-319-18543-9_12
3. Dudognon J., Vayer M., Pineau A., Erre R. Grazing incidence X-ray diffraction spectra analysis of expanded
austenite for implanted stainless steel. Surf. Coat. Technol. 2008. 202, № 20. P. 5048–5054. https://doi.
org/10.1016/j.surfcoat.2008.05.015
57ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2019. № 7
Синтез нанесених на поверхню нержавіючої сталі фотокаталізаторів на основі ТіО2
4. Dudognon J., Vayer M., Pineau A., Erre R. Mo and Ag ion implantation in austenitic, ferritic and duplex
stainless steels: A comparative study. Surf. Coat. Technol. 2008. 203, № 1—2. P. 180—185. https://doi.org/
10.1016/j.surfcoat.2008.08.069
5. Stefanov P., Stoychev D., Aleksandrova A., Nicolova D., Atanasova G., Marinova Ts. Compositional and
structural characterization of alumina coatings deposited electrochemically on stainless steel. Appl. Surf. Sci.
2004. 235, № 1—2. P. 80—85. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2004.05.119
6. Adraider Y., Pang Y., Nabhani F., Hodgson S., Zhang Z. Y. Laser-induced deposition of sol–gel alumina coating
on stainless steel under wet condition. Surf. Coat. Technol. 2011. 205, № 23—24. P. 5345—5349. https://doi.
org/10.1016/j.surfcoat.2011.05.044
7. Dudognon J., Vayer M., Pineau A., Erre R. Modelling of grazing incidence X-ray diffraction spectra from Mo-
implanted stainless steel. Comparison with experimental data. Surf. Coat. Technol. 2008. 200, № 16—17.
P. 5058—5066. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2005.05.025
8. Diwald O., Thompson T.L., Goralski E.G., Walck S.D., Yates J.T. The effect of nitrogen ion implantation on
the photoactivity of TiO2 rutile single crystals. J. Phys. Chem. B. 2004. 108. P. 52—57. https://doi.org/
10.1021/jp030529t
9. Asahi R., Morikawa T., Ohwaki T., Aoki K., Taga Y. Visible-light photocatalysis in nitrogen-doped titanium
oxides. Science. 2001. 293. P. 269—271. https://doi.org/10.1126/science.1061051
10. Sano T., Negishi N., Koike K., Takeuchi K., Matsuzawa S. Preparation of a visible light-responsive photo-
catalyst from a complex of Ti4+ with a nitrogen-containing ligand. J. Mater. Chem. 2004. 14. P. 380—384.
https://doi.org/10.1039/B311444A
Надійшло до редакції 13.03.2019
REFERENCES
1. Zazhigalov, V. O. & Honcharov, V. V. (2014). The formation of nanoscale coating on the 12Cr18Ni10Ti steel
during ion implantation. Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 36, No. 6, pp. 757-766. https://doi.org/10.15407/
mfint.36.06.0757
2. Cherny, A. A., Maschenko, S. V., Honcharov, V. V. & Zazhigalov, V. A. (2015). Nanodimension layers on
stainless steel surface syntesized by ionic implantation and their simulation. Nanoplasmonics, Nano-Optics,
Nanocomposites, and Surface Studies, Springer Proceedings in Physics, Vol. 167 (pp. 203-213). Cham: Sprin-
ger. https://doi.org/10.1007/978-3-319-18543-9_12
3. Dudognon, J., Vayer, M., Pineau, A. & Erre, R. (2008). Grazing incidence X-ray diffraction spectra analysis
of expanded austenite for implanted stainless steel. Surf. Coat. Technol., 202, No. 20, pp. 5048-5054. https://
doi.org/10.1016/j.surfcoat.2008.05.015
4. Dudognon, J., Vayer, M., Pineau, A. & Erre, R. (2008). Mo and Ag ion implantation in austenitic, ferritic and
duplex stainless steels: A comparative study. Surf. Coat. Technol., 203, No. 1-2, pp. 180-185. https://doi.
org/10.1016/j.surfcoat.2008.08.069
5. Stefanov, P., Stoychev, D., Aleksandrova, A., Nicolova, D., Atanasova, G. & Marinova, Ts. (2004). Composi-
tional and structural characterization of alumina coatings deposited electrochemically on stainless steel.
Appl. Surf. Sci., 235, No. 1-2, pp. 80-85. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2004.05.119
6. Adraider, Y., Pang, Y., Nabhani, F., Hodson, S. & Zhang, Z. Y. (2011). Laser-induced deposition of sol–gel
alumina coating on stainless steel under wet condition. Surf. Coat. Technol., 205, No. 23-24, pp. 5345-5349.
https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2011.05.044
7. Dudognon, J., Vayer, M., Pineau, A. & Erre, R. (2008). Modelling of grazing incidence X-ray diffraction
spectra from Mo-implanted stainless steel. Comparison with experimental data. Surf. Coat. Technol., 200,
No. 16-17, pp. 5058-5066. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2005.05.025
8. Diwald, O., Thompson, T. L., Goralski, E. G., Walck, S. D. & Yates, J. T. (2004). The effect of nitrogen ion
implantation on the photoactivity of TiO2 rutile single crystals. J. Phys. Chem. B., 108, pp. 52-57. https://
doi.org/10.1021/jp030529t
9. Asahi, R., Morikawa, T., Ohwaki, T., Aoki, K. & Taga, Y. (2001). Visible-light photocatalysis in nitrogen-
doped titanium oxides. Science, 293, pp. 269-271. https://doi.org/10.1126/science.1061051
10. Sano, T., Negishi, N., Koike, K., Takeuchi, K. & Matsuzawa, S. (2004). Preparation of a visible light-responsive
photocatalyst from a complex of Ti4+ with a nitrogen-containing ligand. J. Mater. Chem., 14, pp. 380-384.
https://doi.org/10.1039/B311444A
Received 13.03.2019
58 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2019. № 7
О.В. Санжак, Д.В. Бражник, В.В. Гончаров, В.О. Зажигалов, Ф.А. Азімов
Е.В. Санжак 1, Д.В. Бражник 1, В.В. Гончаров 2,
В.А. Зажигалов 1, Ф.А. Азимов 1
1 Институт сорбции и проблем эндоэкологии НАН Украины, Киев
2 ГУ “Луганский государственный медицинский университет”, Рубежное
E-mail: Sanzhakalena@bigmir.net
СИНТЕЗ НАНЕСЕННЫХ НА ПОВЕРХНОСТЬ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ
СТАЛИ ФОТОКАТАЛИЗАТОРОВ НА ОСНОВЕ ТіО2
Методом ионной имплантации синтезирован нанесенный Ті-содержащий катализатор на поверхности
нержавеющей стали. Показана высокая фотокаталитическая активность этого катализатора в процессе
обезвреживания бензола в водных стоках при облучении видимым светом, которая значительно пре-
вышает его активность в УФ диапазоне. Физико-химическими методами охарактеризованы состав по-
верхности нанесенного катализатора и влияние на него температурной обработки образца. Показано, что
в результате ионной имплантации Ті на поверхность нержавеющей стали формируется наноразмерный
слой имплантата в виде рентгеноаморфной композиции, которая состоит из оксида, нитрида и оксинитри-
да титана. Повышение температуры обработки приводит к снижению активности образцов. Подобные из-
менения фотоактивности образцов можно объяснить влиянием температуры на соотношение между ни-
тридной, оксинитридной и оксидной фазой титана, при этом количество последней возрастает при увели-
чении температуры обработки. Высказана гипотеза об активных фазах на поверхности носителя, которые
обеспечивают его высокую активность в реакции фотодеструкции водного раствора бензола при облуче-
нии видимым светом. Таким образом, показана перспективность и практичность использования получен-
ных образцов в процессе удаления бензола из его водных растворов при облучении видимым светом, что
на сегодня весьма актуально с точки зрения экологии.
Ключевые слова: N-TiO2, ионная имплантация, фотодеградация бензола.
O.V. Sanzhak 1, D.V. Brazhnyk 1, V.V. Goncharov 2,
V.O. Zazhigalov 1, F.A. Azimov 1.
1 Institute for Sorption and Problems of Endoecology of the NAS of Ukraine, Kyiv
2 Lugansk State Medical University, Rubizhne,
E-mail: Sanzhakalena@bigmir.net
SYNTHESIS OF TiO2-BASED PHOTOCATALYSTS
DEPOSITED ON STAINLESS STEEL
The supported Ti-containing catalyst on the surface of a stainless steel foil is prepared by the low-temperature
ion implantation method. It shows the high photocatalytic activity in the process of neutralizing benzene in
aqueous solutions under the irradiation with visible light, which significantly exceeds its activity in the UV
range. The composition of the surface of the supported catalyst and the effect of the temperature on it are char-
acterized by physico-chemical methods. It is shown that, as a result of the ion implantation of Ti on the surface of
a stainless steel, a nanosized layer of the implant is formed in the form of an amorphous composition consisting of
titanium oxide, nitride, and oxynitride. Increasing the temperature of the treatment leads to a decrease in the
activity of samples. Similar changes in the photoactivity of samples can be explained by the influence of the
temperature on the ratio between the nitride, oxynitride and oxide phases of titanium, while the latter increases
with increasing the processing temperature. The hypothesis of active phases on the surface of a support is ex-
pressed, which ensures its high activity in the reaction of photodegradation of an aqueous solution of benzene
under the visible light irradiation. Thus, the perspective and practicality of using the obtained samples in the
process of removal of benzene from its aqueous solutions with the visible light irradiation is shown, which is very
important today from the point of view of ecology.
Keywords: N-doped TiO2, ion implantation, benzene photodegradation.
|