Низкотемпературный синтез, структурно-сорбционные характеристикии фотокаталитическая активность наноструктур TiO₂

Представлен технологичный и экономичный низкотемпературный метод синтеза ТіО₂, который позволяет целевым образом влиять на структурно-сорбционные характеристики и фотокаталитическую активность образцов не за счет изменения температуры конечной обработки, а путем варьирования добавок осадителя и моди...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2016
Hauptverfasser:	Иваненко, И.Н., Донцова, Т.А., Астрелин, И.М., Троць, В.В.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут колоїдної хімії та хімії води ім. А.В. Думанського НАН України 2016
Schriftenreihe:	Химия и технология воды
Schlagworte:	Физическая химия процессов обработки воды
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/160757
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Низкотемпературный синтез, структурно-сорбционные характеристикии фотокаталитическая активность наноструктур TiO₂ / И.Н. Иваненко, Т.А. Донцова, И.М. Астрелин, В.В. Троць // Химия и технология воды. — 2016. — Т. 38, № 1. — С. 25-36. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-160757
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1607572025-02-09T09:49:30Z Низкотемпературный синтез, структурно-сорбционные характеристикии фотокаталитическая активность наноструктур TiO₂ Low-temperature synthesis, structural and sorption characteristics and photocatalytic activity of ТіО₂ nanostructures Иваненко, И.Н. Донцова, Т.А. Астрелин, И.М. Троць, В.В. Физическая химия процессов обработки воды Представлен технологичный и экономичный низкотемпературный метод синтеза ТіО₂, который позволяет целевым образом влиять на структурно-сорбционные характеристики и фотокаталитическую активность образцов не за счет изменения температуры конечной обработки, а путем варьирования добавок осадителя и модификатора. Этим методом получен нанодис-персный ТіО₂ с развитой удельной площадью поверхности и высокой фотокаталитической активностью по отношению к красителям анионного и катионного типов. Отдельные полученные образцы ТіО₂ проявляют активность даже более высокую, чем коммерческие продукты. Представлено технологічний і економічний низькотемпературний метод синтезу ТіО₂, який дозволяє цільовим чином впливати на структурно-сорбційні характеристики і фотокаталітичну активність зразків не за рахунок зміни температури кінцевої обробки, а шляхом варіювання добавок осаджувача та модифікатора. Цим методом отримано нанодисперсний ТіО₂ з розвиненою питомою площею поверхні і високою фотокаталітичною активністю по відношенню до барвників аніонного та катіонного типів. Окремі отримані зразки ТіО₂ проявляють активність навіть більш високу, ніж комерційні продукти. The technological and economical low-temperature method for synthesis of ТіО₂, which allows target affect to structural and sorption characteristics and photocatalytic activity of samples is not due to changes in finishing temperature, and by varying of precipitant and modifiers additives are presented. Nanosized ТіО₂ with developed surface area and high photocatalytic activity against dyes anionic and cationic types by this method were obtained. Individual samples of obtained TiO₂ exhibit even higher activity than the commercial products 2016 Article Низкотемпературный синтез, структурно-сорбционные характеристикии фотокаталитическая активность наноструктур TiO₂ / И.Н. Иваненко, Т.А. Донцова, И.М. Астрелин, В.В. Троць // Химия и технология воды. — 2016. — Т. 38, № 1. — С. 25-36. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 0204-3556 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/160757 54.057;544.77.051 ru Химия и технология воды application/pdf Інститут колоїдної хімії та хімії води ім. А.В. Думанського НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Физическая химия процессов обработки воды Физическая химия процессов обработки воды
spellingShingle	Физическая химия процессов обработки воды Физическая химия процессов обработки воды Иваненко, И.Н. Донцова, Т.А. Астрелин, И.М. Троць, В.В. Низкотемпературный синтез, структурно-сорбционные характеристикии фотокаталитическая активность наноструктур TiO₂ Химия и технология воды
description	Представлен технологичный и экономичный низкотемпературный метод синтеза ТіО₂, который позволяет целевым образом влиять на структурно-сорбционные характеристики и фотокаталитическую активность образцов не за счет изменения температуры конечной обработки, а путем варьирования добавок осадителя и модификатора. Этим методом получен нанодис-персный ТіО₂ с развитой удельной площадью поверхности и высокой фотокаталитической активностью по отношению к красителям анионного и катионного типов. Отдельные полученные образцы ТіО₂ проявляют активность даже более высокую, чем коммерческие продукты.
format	Article
author	Иваненко, И.Н. Донцова, Т.А. Астрелин, И.М. Троць, В.В.
author_facet	Иваненко, И.Н. Донцова, Т.А. Астрелин, И.М. Троць, В.В.
author_sort	Иваненко, И.Н.
title	Низкотемпературный синтез, структурно-сорбционные характеристикии фотокаталитическая активность наноструктур TiO₂
title_short	Низкотемпературный синтез, структурно-сорбционные характеристикии фотокаталитическая активность наноструктур TiO₂
title_full	Низкотемпературный синтез, структурно-сорбционные характеристикии фотокаталитическая активность наноструктур TiO₂
title_fullStr	Низкотемпературный синтез, структурно-сорбционные характеристикии фотокаталитическая активность наноструктур TiO₂
title_full_unstemmed	Низкотемпературный синтез, структурно-сорбционные характеристикии фотокаталитическая активность наноструктур TiO₂
title_sort	низкотемпературный синтез, структурно-сорбционные характеристикии фотокаталитическая активность наноструктур tio₂
publisher	Інститут колоїдної хімії та хімії води ім. А.В. Думанського НАН України
publishDate	2016
topic_facet	Физическая химия процессов обработки воды
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/160757
citation_txt	Низкотемпературный синтез, структурно-сорбционные характеристикии фотокаталитическая активность наноструктур TiO₂ / И.Н. Иваненко, Т.А. Донцова, И.М. Астрелин, В.В. Троць // Химия и технология воды. — 2016. — Т. 38, № 1. — С. 25-36. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.
series	Химия и технология воды
work_keys_str_mv	AT ivanenkoin nizkotemperaturnyjsintezstrukturnosorbcionnyeharakteristikiifotokatalitičeskaâaktivnostʹnanostrukturtio2 AT doncovata nizkotemperaturnyjsintezstrukturnosorbcionnyeharakteristikiifotokatalitičeskaâaktivnostʹnanostrukturtio2 AT astrelinim nizkotemperaturnyjsintezstrukturnosorbcionnyeharakteristikiifotokatalitičeskaâaktivnostʹnanostrukturtio2 AT trocʹvv nizkotemperaturnyjsintezstrukturnosorbcionnyeharakteristikiifotokatalitičeskaâaktivnostʹnanostrukturtio2 AT ivanenkoin lowtemperaturesynthesisstructuralandsorptioncharacteristicsandphotocatalyticactivityoftío2nanostructures AT doncovata lowtemperaturesynthesisstructuralandsorptioncharacteristicsandphotocatalyticactivityoftío2nanostructures AT astrelinim lowtemperaturesynthesisstructuralandsorptioncharacteristicsandphotocatalyticactivityoftío2nanostructures AT trocʹvv lowtemperaturesynthesisstructuralandsorptioncharacteristicsandphotocatalyticactivityoftío2nanostructures
first_indexed	2025-11-25T12:59:56Z
last_indexed	2025-11-25T12:59:56Z
_version_	1849767353641861120
fulltext	ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2016, т.38, №1 25 © И.М. Иваненко, Т.А. Донцова, И.М. Астрелин, В.В. Троць, 2016 УДК 54.057;544.77.051 И.Н. Иваненко, Т.А. Донцова, И.М. Астрелин, В.В. Троць НИЗКОТЕМПЕРАТУРНыЙ СИНТЕЗ, СТРУКТУРНО- СОРБЦИОННыЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ФОТОКАТАЛИ- ТИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ НАНОСТРУКТУР ТіО 2 Национальный технический университет "Киевский политехнический институт", Украина irinaivanenko@hotmail.com Представлен технологичный и экономичный низкотемпературный метод синтеза ТіО 2 , который позволяет целевым образом влиять на структурно- сорбционные характеристики и фотокаталитическую активность образцов не за счет изменения температуры конечной обработки, а путем варьиро- вания добавок осадителя и модификатора. Этим методом получен нанодис- персный ТіО 2 с развитой удельной площадью поверхности и высокой фото- каталитической активностью по отношению к красителям анионного и катионного типов. Отдельные полученные образцы ТіО 2 проявляют актив- ность даже более высокую, чем коммерческие продукты. Ключевые слова: золь-гель технология, модификация, наноструктуры, титан (ІV) оксид, удельная площадь поверхность, фотокаталитическая ак- тивность. Введение. Наукоемкие технологии охраны окружающей среды предусматривают использование ТіО 2 как фотокатализатора, способ- ного обезвреживать органические загрязняющие вещества в воздуш- ных и водных средах за счет образования свободных ОН·-радикалов в ходе фотореакции [1 – 7]. Одним из перспективных направлений повышения активности фотокатализаторов является уменьшение среднего размера частиц, при котором увеличивается площадь поверхности, а следовательно, воз- растает доступность активных поверхностных центров. Кроме этого, размер частиц играет ключевую роль в фотокаталитических процес- сах, так как при уменьшении размеров частиц катализатора снижается скорость рекомбинации электронно-дырочной пары. ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2016, т.38, №126 Наиболее широко и успешно используемым методом синтеза нанодисперсных порошков ТіО 2 является золь-гель технология, кото- рая позволяет синтезировать наночастицы высокой чистоты при отно- сительно низких температурах с однородным гранулометрическим составом и развитой поверхностью [1, 6, 8 – 12]. Цель данной работы – изучение влияния условий низкотемпера- турного золь-гель синтеза на структуру, морфологию и фотокаталити- ческую активность нанодисперсного ТіО 2 . Методика эксперимента. При синтезе наноструктур ТіО 2 исходный 15%-ный раствор TiCl 3 в хлоридной кислоте, доведенный водой до pH 0,8, оставляли на 7 сут для гидролиза. Далее на основе этого раствора готовили 5 образцов, условия синтеза которых приведены в табл. 1. Специального осаждения при синтезе образца 1 не проводили, а полученный коллоидный раствор центрифугировали, осадок высуши- вали при комнатной температуре и растирали в агатовой ступке. Таблица 1. Условия синтеза образцов ТіО 2 Образец Прекурсор τ гидр , ч Осадитель Модификатор Т синтеза , оС 1 ТіCl 3 (pH 0,8) 168 – – 20 2 То же 168 NH 4 OH до рН 9,4 – 20 3 " – " 0 То же – 20 4 " – " 168 – K 2 SO 4 20 5 " – " 168 – KF 20 При синтезе образца 2 TiOCl 4 , который не полностью прогидроли- зировал, осаждали 10%-ным раствором NH 4 OH до pH 9,4, оставляли на один час для старения, декантировали, промывали от хлорид-ионов, центрифугировали, высушивали и измельчали. Во время синтеза образца 3 исходный раствор TiCl 3 не подвергали гидролизу, а сразу осаждали гидроксидом аммония и оставляли на один час для старения. Образованный осадок промывали до исчез- новения реакции на хлорид-ионы, центрифугировали, высушивали и измельчали. Образец 4 синтезировали в присутствии SO 4 2- при мольном соотноше- нии (Ті3+):(SO 4 2-) = 1:2. При синтезе образца 5 к исходному раствору добав- ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2016, т.38, №1 27 ляли фторид калия из расчета (Ті3+):(F-) = 1:2. Далее (в обоих случаях) образованный раствор оставляли на 7 сут для гидролиза. Затем образец 4 осаждали изопропиловым спиртом (образец 5 не осаждали) и твердую фазу ТіО 2 отделяли от маточного раствора центрифугированием. Полу- ченный осадок отмывали водой, центрифугировали, высушивали при комнатной температуре и измельчали до порошкообразного состояния. Рентгенофазовый анализ (РФА) проводили на дифрактометре Rigaku Ultima IV в медном CuKα-излучении (λ = 0,154184 нм) со ско- ростью 0,02 град/с при напряжении 40 кВ и величине тока 40 мА. Размер кристаллитов (нм) определяли по формуле Шерера. Расшиф- ровку дифрактограмм и идентификацию фаз проводили при помощи стандартных карточек TiO 2 №21-1272, №21-1276 и №29-1360 (картотека JCPDS). Соотношение фаз в образцах определяли как отношение сумм высот максимумов, принадлежащих к каждой отдельной фазе. Размер частиц определяли на просвечивающем электронном микроскопе ПЕМ 125К с ускоряющим напряжением 80 кВ. Структурно-сорбционные характеристики образцов исследовали методом низкотемпературной адсорбции – десорбции азота на приборе Quantachrome® ASiQwin™ при –195,6°С. Удельную площадь поверхно- сти (S уд , м2/г) и распределение пор по радиусам рассчитывали на про- граммном обеспечении прибора по методу теории функциональной плотности (Density Functional Theory, DFT-метод). При изучении рН поверхности образцов 50 мг порошка ТіО 2 поме- щали в 70 см3 бидистиллированной воды и измеряли начальное значе- ние pH (pH 0) и после трехчасового контакта при непрерывном пере- мешивании (pH 3). Для фотокаталитических экспериментов в стеклянный стакан емкостью 100 см3 помещали 50 мг порошка ТіО 2 , приливали 70 см3 рас- твора красителя с концентрацией 25 мкмоль/дм3, включали мешалку, а потом на пять минут ультрафиолетовую лампу с длиной волны 368 нм и мощностью 11 Вт. После центрифугирования и декантации опреде- ляли оптическую плотность раствора (А) и рассчитывали степень его обесцвечивания (Х, %): Х = (А 0 – А i )/А 0 , где А 0 – оптическая плотность исходного раствора красителя; А і –то же после излучения. ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2016, т.38, №128 Результаты и их обсуждение. Как показано в [1,6,7], Тi(III) перехо- дит в Тi(IV) вследствие гидролиза: 4TiCl 3 + O 2 + 2H 2 O = 4TiOCl 2 + 4HCl; TiOCl 2 + H 2 O = TiO 2 + 2HCl, а также в результате действия осадителя: TiOCl 2 + 2NH 4 OH = TiO(OH) 2 + 2NH 4 Cl; TiO(OH) 2 = TiO 2 + H 2 O. Рентгенофазовый анализ синтезированных образцов TiO 2 , резуль- таты которого представлены в виде дифрактограмм на рис. 1, позволил выявить следующее. Гидролиз раствора ТіCl 3 с pH 0,8 в течение 7 сут в отсутствие какого- либо осадителя или модификатора способствует образованию чистой рутильной фазы (см. рис. 1, кривая 1) [11]. Использование осадителя (NH 4 OH до рН 9,4) после гидролиза этого же раствора создает условия для образования не только рутила, но и анатаза практически в равном соотношении (см. рис.1, кривая 2). В отсутствие стадии гидролиза кристаллическая фаза не образу- ется вообще: образец 3, синтезированный осаждением раствора TiCl 3 без дальнейшего гидролиза, оказался рентгеноаморфным (см. рис.1, кривая 3). Рис. 1. Дифрактограммы синтезированных образцов TiO 2 . В результате синтеза без осадителя, но с модификатором образу- ется анатазная модификация, причем модифицирование F- обеспе- чивает формирование чистого анатаза [11], а добавление SO 4 2- создает ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2016, т.38, №1 29 условия для кристаллизации смеси анатаза и брукита (2:3) (см. рис.1, кривые 4 и 5). Как видно из данных табл. 2, практически все полученные порошки имеют развитую поверхность. Таблица 2. Характеристики синтезированных образцов ТіО 2 Образец Фазовый состав S уд , м2/г d пор ср, нм Размер кристаллитов (РФА), нм 1 Рутил 270 12,5 6,2 2 Анатаз:рутил=1:1 270 7,2 6,3 3 Аморфный 430 3,0 – 4 Анатаз:брукит=2:3 5 28,5 1,2 5 Анатаз 355 9,0 6,0 Наибольшую поверхность имеет образец 3, т.е. аморфный ТіО 2 , синтезированный без стадии гидролиза. Наименьшей же удельной площадью поверхности обладает образец 4 смешанного анатазно- брукитного состава, синтезированный без осадителя, но с модифика- тором K 2 SO 4 . Образцы 1 и 2 имеют одинаковую площадь поверхности, несмотря на некоторые отличия в синтезе и разницу в фазовом составе. Из этого следует, что на тип кристаллической решетки образующегося ТіО 2 влияет именно осадитель, а не длительность гидролиза. Высоких значений площади поверхности можно достичь также и без осадителя, как показывает анализ S уд образцов 4 и 5, которые синтезировали без осадителя, но с модификатором. Причем наибо- лее эффективным из исследованных модификаторов оказался фторид калия, в присутствии которого не только образуется чистый анатаз, но и формируется достаточно развитая поверхность фотокатализатора ТіО 2 . Из этого следует, что природа модификатора влияет не только на фазу, но и на структурно-сорбционные свойства образующегося ТіО 2 . Таким образом, при наличии стадии гидролиза в процессе синтеза ТіО 2 формированию его развитой поверхности способствуют и осади- тель без модификатора, и модификатор без осадителя. Как видно из рис. 2, а, глобулярные образования образца 1 состоят в основном из кристаллических частичек (о чем свидетельствуют полу- ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2016, т.38, №130 прозрачность и серая окраска). Сами глобулы имеют размер 100 – 250 нм и окружены отсоединенными стержнеподобными частицами ТіО 2 , сред- ний размер которых составляет ~15 нм в ширину и 50 нм в длину. Рис. 2. ПЭМ-изображения образцов: а – 1; б – 2; в – 3; г – 4; д – 5. На рис. 2, б показаны агрегаты образца 2, состоящие из кристал- лических стержней ТіО 2 размером 20 – 30 нм в ширину и 70 – 80 нм в длину. На ПЭМ-изображении образца 3 (см. рис. 2, в) видны глобулы, объединенные в более крупные агломераты аморфного ТіО 2 размером 800 – 1000 нм, по краям которых только начинает формироваться кри- сталлическая фаза. Средний размер глобул образца 3 находится в диа- пазоне 250 – 500 нм. Аморфный состав конгломератов подтверждается также данными РФА этого образца. ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2016, т.38, №1 31 Частички образца 4 ( см. рис. 2, г) имеют форму неидеальных сфер, что объясняется наличием стадии осаждения спиртом после гидро- лиза. На образце 5 (см. рис. 2, д) видны частички почти сферической (а не стержнеподобной) формы со средним размером от 30 до 70 нм. Каждая частичка ТіО 2 со всех сторон окружена оболочкой, вероятно гидрат- ной, поскольку высушивание этого образца проводили при комнатной температуре. Для характеристики материалов с развитой поверхностью исполь- зовали величину pH поверхности, результаты измерения которой для синтезированных образцов приведены в табл. 3. Таблица 3. pH поверхности образцов ТіО 2 , высушенных при комнатной тем- пературе Образец pH 0 pH 3 1 5,8 4,8 2 5,8 7,2 3 5,8 8,0 4 5,8 2,9 5 5,8 3,4 Degussa P25 5,8 6,2 Как видно из табл. 3, при первом контакте с образцами значения рН водной суспензии во всех случаях одинаковые – 5,8. После трехчасо- вого контакта значения рН суспензии существенно изменяются, причем по-разному для образцов, синтезированных различными способами. Так, рН суспензий после контакта с образцами 2 и 3 сдвигается в щелочную область: для образца 2 – на 1,7, а для образца 3 – на 2,2 единицы. Щелочная реакция поверхности образцов 2 и 3 объясняется методикой их синтеза, в частности осаждением с помощью раствора NH 4 OH (см. табл. 1). Остальные образцы (1, 4, 5) показывают кислую реакцию, поскольку гидролиз во время синтеза проводили без осадителя, т.е. при низких значениях pH. Для сравнения были проведены измерения pH суспензии с образ- цом Degussa P25 и установлено, что рН его поверхности изменяется всего на 0,4 единицы и смещается в щелочную область. ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2016, т.38, №132 На наш взгляд, это объясняется тем, что синтезированные образцы высушивали при комнатной температуре, а потому на их поверхности содержится определенное количество адсорбированной воды и гидра- тированных ионов. Понятно, что, попадая в раствор, такие материалы изменяют рН среды, а значит, непосредственно влияют на протекание процессов на поверхности раздела фаз. После дополнительного высушивания образцов при 110°C в течение одного часа и проверки их рН по описанной выше методике (табл. 4) изменение рН после трехчасового контакта с водой оказалось более заметным в сравнении с образцами, высушенными при комнатной температуре. Как видно из данных табл. 4, тенденция изменения рН поверхно- сти образцов, высушенных при 110°С, сохранилась такой же, как и для образцов, высушенных при комнатной температуре: щелочную реак- цию показали образцы 2 и 3. Остальные подкисляли среду, хоть и не так существенно. Таблица 4. pH поверхности образцов TiO 2 , высушенных при 110°C Образец pH 0 pH 3 1 5,9 4,4 2 5,9 6,9 3 6,0 7,1 4 6,1 3,7 5 6,0 3,8 Стабилизация pH поверхности образцов после дополнительной термической обработки объясняется испарением адсорбционной воды и разрушением гидратной оболочки ионов, которые содержались на поверхности образцов и влияли на рН, переходя в раствор. Из пяти синтезированных и исследованных образцов TiO 2 фото- каталитическую активность по отношению к конго красному пока- зал только образец 1, причем степень обесцвечивания красителя на нем составила 100%. Образцы 2 и 3 не адсорбировали раствор конго красного, а образцы 4 и 5 вообще изменяли его окраску с красной на синюю. В отношении метиленового синего порошки TiO 2 вели себя совер- шенно иначе (рис. 3). Так, образец 1 в способности к обесцвечиванию ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2016, т.38, №1 33 метиленового синего благоприятных результатов не показал: макси- мально зафиксированная степень превращения не превышала 13,5%. Образец 2, наоборот, показал высокую активность по метилено- вому синему (Х = 88,5%), но, как уже упоминалось, по отношению к конго красному фотокаталитической активности не проявлял вовсе. Образец 3 по способности удалять красители очень похож на обра- зец 2: он обесцвечивал метиленовый синий почти на 91 % и совершенно не был активен по отношению к конго красному. 0 20 40 60 80 100 1 2 3 4 5 Degussa P25 Х,% Рис. 3. Фотокаталитическая активность (Х, %) синтезированных образцов по отношению к метиленовому синему. Образец 4 не обесцвечивал ни метиленовый синий, ни конго крас- ный. Более того, конго красный при контакте с образцом 4 менял свою окраску с красной на синюю, что объясняется низким значением рН поверхности этого образца (см. табл. 3). Невысокая фотокаталитиче- ская активность образца 4 объясняется низкими значениями удельной площади поверхности, а также изоляцией кристаллов ТіО 2 серосодер- жащими частичками, которые, агрегируя, образуют глобулы округлой формы размером ∼ 1 мкм [7]. Степень обесцвечивания раствора метиленового синего образцом 5 составляла 17%, в то время как обесцвечивание раствора конго крас- ного не наблюдалось. Фотокаталитическую активность синтезированных наноструктур ТіО 2 сравнивали с эталонным фотокатализатором Degussa P25, который обесц- вечивал раствор метиленового синего на 60, а конго красного на 83%. В результате среди пяти синтезированных и исследованных образ- цов фотокаталитическую активность к анионному красителю конго ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2016, т.38, №134 красному проявил лишь образец 1, но со степенью обесцвечивания 100%. Это объясняется, по нашему мнению, не только развитой поверхностью и фазовым составом данного образца (см. табл. 2), но и кислым рН его поверхности, способствующим сорбции красителя анионного типа. В отношении катионного красителя метиленового синего фото- каталитическую активность не проявил только образец 4 (анатазно- брукитный с самым низким рН поверхности). Анатазно-рутильный и аморфный же образцы 2 и 3 с более щелочной поверхностью (соответ- ственно рН 7,2 и 8) показали степень разложения метиленового синего даже более высокую, чем коммерческий образец Degussa P25 (рН 6,2). Таким образом, представленный низкотемпературный метод син- теза TiO 2 является технологически и экономически целесообразным, поскольку позволяет получать фотокатализаторы с высокой актив- ностью по отношению к красителям и анионного, и катионного типов, а отдельные полученные образцы ТіО 2 проявляют активность даже более высокую, чем коммерческие продукты [11]. Выводы. Представлен низкотемпературный синтез наноструктур ТіО 2 по золь-гель технологии с возможностью целевым образом влиять на структурно-сорбционные характеристики и фотокаталитическую активность не за счет изменения температуры конечной обработки, а путем варьирования добавок осадителя и модификатора. Установлено, что благодаря осаждению формируется структура рутила, а модифи- цирование способствует формированию анатазной модификации. Показано, что при синтезе без осадителя при одинаковой продолжи- тельности гидролиза образуются образцы с одинаковой (достаточно развитой) площадью поверхности и размером частичек, но разным распределением пор по радиусу, причем наименьшие поры (7,2 нм) образуются при использовании осадителя NH 4 OH. В отсутствие ста- дии гидролиза формируется наибольшая удельная площадь поверхно- сти (430 м2/г), однако кристаллическая фаза не образуется вообще. Впервые доказано влияние рН поверхности порошков TiO 2 на их фотокаталитическую активность, а также показано, что даже чистый анатаз с удельной площадью поверхности 355 м2/г, кристаллитами 6 нм и средним размером пор 9 нм, но с рН поверхности 3,4 может оказаться абсолютно неэффективным катализатором процессов фотодеструк- ции красителей как катионного, так и анионного типов. Высокое сродство к метиленовому синему как к красителю катион- ного типа показали образцы со щелочным рН поверхности. При иссле- ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2016, т.38, №1 35 довании фотокаталитической активности этих образцов происходила адсорбция красителя, что можно объяснить электростатическими силами взаимодействия катиона красителя и поверхности фотоката- лизатора. Аналогичная ситуация наблюдалась для образца, который проявлял кислую реакцию при исследовании химии поверхности и частички которого проявляли сродство к конго красному как краси- телю анионного типа. Резюме. Представлено технологічний і економічний низькотемпе- ратурний метод синтезу ТіО 2 , який дозволяє цільовим чином впливати на структурно-сорбційні характеристики і фотокаталітичну активність зразків не за рахунок зміни температури кінцевої обробки, а шляхом варіювання добавок осаджувача та модифікатора. Цим методом отри- мано нанодисперсний ТіО 2 з розвиненою питомою площею поверхні і високою фотокаталітичною активністю по відношенню до барвників аніонного та катіонного типів. Окремі отримані зразки ТіО 2 проявля- ють активність навіть більш високу, ніж комерційні продукти. I.N. Ivanenko, T.A. Dontsova, I.M. Astrelin, V.V. Trots LOW-TEMPERATURE SYNTHESIS, STRUCTURAL AND SORPTION CHARACTERISTICS AND PHOTOCATALYTIC ACTIVITY OF ТіО 2 NANOSTRUCTURES Summary The technological and economical low-temperature method for synthesis of ТіО 2 , which allows target affect to structural and sorption characteristics and photocatalytic activity of samples is not due to changes in finishing temperature, and by varying of precipitant and modifiers additives are presented. Nanosized ТіО 2 with developed surface area and high photocatalytic activity against dyes anionic and cationic types by this method were obtained. Individual samples of obtained TiO 2 exhibit even higher activity than the commercial products. Список использованной литературы [1] Soboleva N.M., Nosonovich A.A., Goncharuk V.V. // J. Water Chem. and Technol. – 2007. – 29, N 2. – С. 72 – 89. ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2016, т.38, №136 [2] Xiaobo Ch., Mao S. // Chem. Rev. – 2006. – 111, Iss. 7. – P. 2656 – 2672. [3] Nozik A.J. // Nature. – 2002. – 36, Iss. 11. – P. 2703 – 2710. [4] Prasad G., Chandra Babu K.S., Srivastava O. // Int. J. Hydr. Eng. – 2007. – 148. – Р. 172 – 177. [5] Nazeeruddin M. K., Gratzel M. J. // Photochem. Photobiol., A. – 2001. – 145. – P. 252 – 257. [6] Ahmad A., Awan G. H., Aziz S. // Pakistan Eng. – 2009. –283. – P. 3107 – 3116. [7] Chen X., Mao S. S. // Chem. Rev. – 2007. –107. – P. 2891 – 2959. [8] Thompson T. L., Yates Jr. J. T. // Ibid. – 2006. –106. – P. 4428 – 4453. [9] Hafizah N., Sopyan I. // Int. J. Photoenergy. – 2009. – 78. – P. 40 –48. [10] Pookmanee P., Phanichphant S. // J. Cer. Proc. Res. – 2009. – 2. – P. 167 – 170. [11] Будзуляк І.М., Гуменюк Л.М., Ільницький Р.В., Соловко Я.Т // Фізико-хімія тв. тіла. – 2011. – 12, № 2. – С. 428 – 32. [12] Пат. 88862 Україна, МПК С 01 G 23/053(2006.01) / В.В. Троць, Т.А. Донцо- ва, І.М. Іваненко, І.М. Астрелін. – Опубл. 10.04.2014, Бюл. №7. Поступила в редакцию 08.07.2014 г .

Низкотемпературный синтез, структурно-сорбционные характеристикии фотокаталитическая активность наноструктур TiO₂

Institution

Ähnliche Einträge