Фотокаталитическая активность образцов BaTi₄O₉ и Ba₂Ti₉O₂₀, полученных термическим методом
Термическим методом синтезированы мезопористые порошки BaTi₄O₉ и Ba₂Ti₉O₂₀. Исследованы их структурные и фотокаталитические свойства. Установлено, что средний объем пор и средний радиус пор титанатов бария увеличивается по сравнению с исходными анатазом и рутилом. Выяснено, что в реакциях деструкции...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Украинский химический журнал |
|---|---|
| Дата: | 2013 |
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України
2013
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/188061 |
| 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: | Фотокаталитическая активность образцов BaTi₄O₉ и Ba₂Ti₉O₂₀, полученных термическим методом / Т.А. Халявка, В.В. Шимановская, Н.Н. Цыба, Е.И. Капинус // Украинский химический журнал. — 2013. — Т. 79, № 10. — С. 96-100. — Бібліогр.: 19 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-188061 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Халявка, Т.А. Шимановская, В.В. Цыба, Н.Н. Капинус, Е.И. 2023-02-10T16:53:21Z 2023-02-10T16:53:21Z 2013 Фотокаталитическая активность образцов BaTi₄O₉ и Ba₂Ti₉O₂₀, полученных термическим методом / Т.А. Халявка, В.В. Шимановская, Н.Н. Цыба, Е.И. Капинус // Украинский химический журнал. — 2013. — Т. 79, № 10. — С. 96-100. — Бібліогр.: 19 назв. — рос. 0041–6045 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/188061 544.526.5 Термическим методом синтезированы мезопористые порошки BaTi₄O₉ и Ba₂Ti₉O₂₀. Исследованы их структурные и фотокаталитические свойства. Установлено, что средний объем пор и средний радиус пор титанатов бария увеличивается по сравнению с исходными анатазом и рутилом. Выяснено, что в реакциях деструкции красителей образцы титаната бария проявляют более высокую фотокаталитическую активность по сравнению с чистым анатазом и рутилом. Константы скорости деструкции красителей в присутствии титанатов бария увеличиваются в 2 раза с ростом рН раствора от 2 до 8. При увеличении концентрации фотокатализатора до 2 г/л константа скорости деструкции возрастает и при дальнейшем повышении содержания титаната бария ≥ 2 г/л остается неизменной. Термічним методом синтезовано мезопоруваті порошки BaTi₄O₉ та Ba₂Ti₉O₂₀. Досліджено їх структурні та фотокаталітичні властивості. Встановлено, що середній об’єм пор та середній радіус пор титанатів барію збільшується у порівнянні з вихідними анатазом та рутилом. З’ясовано, що в реакціях деструкції барвників зразки титанату барію проявляють більш високу фотокаталітичну активність у порівнянні з чистим анатазом та рутилом. Константи швидкості деструкції барвників у присутності титанатів барію збільшуються в 2 рази з підвищенням рН розчину від 2 до 8. При збільшенні концентрації фотокаталізатора до 2 г/л константа швидкості деструкції зростає та при подальшому підвищенні вмісту титанату барію ≥ 2 г/л залишається незмінною. Mesoporous BaTi₄O₉ and Ba₂Ti₉O₂₀ powders were synthesized by thermal method. Structure and photocatalytic chracteristics of these materials were studied. Average pores volume and average pores radius was found to increase as compared with original anatase and rutile. Compared to pure anatase and rutile barium titanate exhibit enhanced photocatalytic activity. Rate constant of dye destruction over barium titanates increases by factor two with increasing solution pH from 2 to 8. Photocatalyst concentration increasing in solution up to 2 g/l results in the rise of destruction rate constant followed by dependence flating out at barium titanate concentration more than 2 g/l. ru Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України Украинский химический журнал Неорганическая и физическая химия Фотокаталитическая активность образцов BaTi₄O₉ и Ba₂Ti₉O₂₀, полученных термическим методом Дослідження фотокаталітичної активності зразків BaTi₄O₉ та Ba₂Ti₉O₂₀, отриманих термічним шляхом The photocatalytic activity study of BaTi₄O₉ and Ba₂Ti₉O₂₀ samples prepared by thermal method Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Фотокаталитическая активность образцов BaTi₄O₉ и Ba₂Ti₉O₂₀, полученных термическим методом |
| spellingShingle |
Фотокаталитическая активность образцов BaTi₄O₉ и Ba₂Ti₉O₂₀, полученных термическим методом Халявка, Т.А. Шимановская, В.В. Цыба, Н.Н. Капинус, Е.И. Неорганическая и физическая химия |
| title_short |
Фотокаталитическая активность образцов BaTi₄O₉ и Ba₂Ti₉O₂₀, полученных термическим методом |
| title_full |
Фотокаталитическая активность образцов BaTi₄O₉ и Ba₂Ti₉O₂₀, полученных термическим методом |
| title_fullStr |
Фотокаталитическая активность образцов BaTi₄O₉ и Ba₂Ti₉O₂₀, полученных термическим методом |
| title_full_unstemmed |
Фотокаталитическая активность образцов BaTi₄O₉ и Ba₂Ti₉O₂₀, полученных термическим методом |
| title_sort |
фотокаталитическая активность образцов bati₄o₉ и ba₂ti₉o₂₀, полученных термическим методом |
| author |
Халявка, Т.А. Шимановская, В.В. Цыба, Н.Н. Капинус, Е.И. |
| author_facet |
Халявка, Т.А. Шимановская, В.В. Цыба, Н.Н. Капинус, Е.И. |
| topic |
Неорганическая и физическая химия |
| topic_facet |
Неорганическая и физическая химия |
| publishDate |
2013 |
| language |
Russian |
| container_title |
Украинский химический журнал |
| publisher |
Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Дослідження фотокаталітичної активності зразків BaTi₄O₉ та Ba₂Ti₉O₂₀, отриманих термічним шляхом The photocatalytic activity study of BaTi₄O₉ and Ba₂Ti₉O₂₀ samples prepared by thermal method |
| description |
Термическим методом синтезированы мезопористые порошки BaTi₄O₉ и Ba₂Ti₉O₂₀. Исследованы их структурные и фотокаталитические свойства. Установлено, что средний объем пор и средний радиус пор титанатов бария увеличивается по сравнению с исходными анатазом и рутилом. Выяснено, что в реакциях деструкции красителей образцы титаната бария проявляют более высокую фотокаталитическую активность по сравнению с чистым анатазом и рутилом. Константы скорости деструкции красителей в присутствии титанатов бария увеличиваются в 2 раза с ростом рН раствора от 2 до 8. При увеличении концентрации фотокатализатора до 2 г/л константа скорости деструкции возрастает и при дальнейшем повышении содержания титаната бария ≥ 2 г/л остается неизменной.
Термічним методом синтезовано мезопоруваті порошки BaTi₄O₉ та Ba₂Ti₉O₂₀. Досліджено їх структурні та фотокаталітичні властивості. Встановлено, що середній об’єм пор та середній радіус пор титанатів барію збільшується у порівнянні з вихідними анатазом та рутилом. З’ясовано, що в реакціях деструкції барвників зразки титанату барію проявляють більш високу фотокаталітичну активність у порівнянні з чистим анатазом та рутилом. Константи швидкості деструкції барвників у присутності титанатів барію збільшуються в 2 рази з підвищенням рН розчину від 2 до 8. При збільшенні концентрації фотокаталізатора до 2 г/л константа швидкості деструкції зростає та при подальшому підвищенні вмісту титанату барію ≥ 2 г/л залишається незмінною.
Mesoporous BaTi₄O₉ and Ba₂Ti₉O₂₀ powders were synthesized by thermal method. Structure and photocatalytic chracteristics of these materials were studied. Average pores volume and average pores radius was found to increase as compared with original anatase and rutile. Compared to pure anatase and rutile barium titanate exhibit enhanced photocatalytic activity. Rate constant of dye destruction over barium titanates increases by factor two with increasing solution pH from 2 to 8. Photocatalyst concentration increasing in solution up to 2 g/l results in the rise of destruction rate constant followed by dependence flating out at barium titanate concentration more than 2 g/l.
|
| issn |
0041–6045 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/188061 |
| citation_txt |
Фотокаталитическая активность образцов BaTi₄O₉ и Ba₂Ti₉O₂₀, полученных термическим методом / Т.А. Халявка, В.В. Шимановская, Н.Н. Цыба, Е.И. Капинус // Украинский химический журнал. — 2013. — Т. 79, № 10. — С. 96-100. — Бібліогр.: 19 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT halâvkata fotokatalitičeskaâaktivnostʹobrazcovbati4o9iba2ti9o20polučennyhtermičeskimmetodom AT šimanovskaâvv fotokatalitičeskaâaktivnostʹobrazcovbati4o9iba2ti9o20polučennyhtermičeskimmetodom AT cybann fotokatalitičeskaâaktivnostʹobrazcovbati4o9iba2ti9o20polučennyhtermičeskimmetodom AT kapinusei fotokatalitičeskaâaktivnostʹobrazcovbati4o9iba2ti9o20polučennyhtermičeskimmetodom AT halâvkata doslídžennâfotokatalítičnoíaktivnostízrazkívbati4o9taba2ti9o20otrimanihtermíčnimšlâhom AT šimanovskaâvv doslídžennâfotokatalítičnoíaktivnostízrazkívbati4o9taba2ti9o20otrimanihtermíčnimšlâhom AT cybann doslídžennâfotokatalítičnoíaktivnostízrazkívbati4o9taba2ti9o20otrimanihtermíčnimšlâhom AT kapinusei doslídžennâfotokatalítičnoíaktivnostízrazkívbati4o9taba2ti9o20otrimanihtermíčnimšlâhom AT halâvkata thephotocatalyticactivitystudyofbati4o9andba2ti9o20samplespreparedbythermalmethod AT šimanovskaâvv thephotocatalyticactivitystudyofbati4o9andba2ti9o20samplespreparedbythermalmethod AT cybann thephotocatalyticactivitystudyofbati4o9andba2ti9o20samplespreparedbythermalmethod AT kapinusei thephotocatalyticactivitystudyofbati4o9andba2ti9o20samplespreparedbythermalmethod |
| first_indexed |
2025-11-25T22:34:44Z |
| last_indexed |
2025-11-25T22:34:44Z |
| _version_ |
1850568180280328192 |
| fulltext |
УДК 544.526.5
Т.А.Халявка, В.В.Шимановская, Н.Н.Цыба, Е.И.Капинус
ФОТОКАТАЛИТИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ОБРАЗЦОВ BaTi4O9 И Ba2Ti9O20,
ПОЛУЧЕННЫХ ТЕРМИЧЕСКИМ МЕТОДОМ
Термическим методом синтезированы мезопористые порошки BaTi4O9 и Ba2Ti9O20. Исследованы их
структурные и фотокаталитические свойства. Установлено, что средний объем пор и средний радиус
пор титанатов бария увеличивается по сравнению с исходными анатазом и рутилом. Выяснено, что
в реакциях деструкции красителей образцы титаната бария проявляют более высокую фотокатали-
тическую активность по сравнению с чистым анатазом и рутилом. Константы скорости деструкции
красителей в присутствии титанатов бария увеличиваются в 2 раза с ростом рН раствора от 2 до 8.
При увеличении концентрации фотокатализатора до 2 г/л константа скорости деструкции возрастает
и при дальнейшем повышении содержания титаната бария ≥ 2 г/л остается неизменной.
ВВЕДЕНИЕ. Известными фотокатализатора-
ми на сегодняшний день являются диоксид тита-
на и оксид цинка, которые могут быть использо-
ваны для деструкции экологически опасных
органических соединений — пестицидов, герби-
цидов, ПАВ и др. Однако квантовые выходы фо-
токаталитических реакций в присутствии этих
фотокатализаторов низкие (≤ 3 %). Для повыше-
ния квантового выхода существуют два пути —
получение и изучение свойств новых материалов
или модифицирование существующих.
Титанаты щелочно-земельных металлов яв-
ляются перспективными фотокатализаторами бла-
годаря их химической стойкости, фотоактивнос-
ти в реакциях деструкции красителей, хлорорга-
нических соединений, пестицидов [1—5]. Важ-
ным заданием остается поиск оптимальных ус-
ловий проведения фотореакций — рН , соотно-
шение твердой и жидкой фаз и др.
Цель нашей работы — получение образцов
титаната бария (BaTi4O9 и Ba2Ti9O20) термиче-
ским методом, изучение их физико-химических
свойств и фотокаталитической активности в ре-
акциях деструкции красителей, а также поиск оп-
тимальных условий проведения реакций.
ЭКСПЕРИМЕНТ И ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬ-
ТАТОВ. Дисперсные порошки титаната бария
(BaTi4O9 и Ba2Ti9O20) были получены термичес-
ким методом по описанной ранее в работе [6]
методике по схеме:
TiO2 (анатаз, рутил) + BaCO3 → BaxТіyОz .
Эквимолярные смеси исходных компонен-
тов ВаСО3 и ТiО2 (рутильной или анатазной мо-
дификации) нагревали при температуре 600, 900,
1100 и 1300 оС. Для синтеза использовали исход-
ные вещества ВаСО3 и ТiО2, которые имели вы-
сокую химическую чистоту по примесям: Fe, Mn,
Cr, Ni, Cu, V, Co и др. (не менее 1⋅10–4 % каждой).
Исходные анатаз и рутил получены путем
термического гидролиза тетрахлорида титана в
растворе HCl в присутствии зародышей — час-
тиц ТіО2 соответствующей кристаллической мо-
дификации [7]. После фильтрации образцы про-
мывали водой с последующим прокаливанием
при 300 oС. Анатаз и рутил представляли собой
поликристаллические порошки высокой степени
химической чистоты, с примесью катионов не бо-
лее 10–5 % мол. Содержание примесей определе-
но химико-спектральным методом.
Такой метод синтеза титанатов бария при-
влекает простотой, доступностью и возможно-
стью легко варьировать соотношения исходных
материалов, что позволяет получать образцы с
заданными свойствами.
Синтезированные образцы — это титана-
ты бария с химическими формулами Ba2Ti9O20
и BaTi4O9 (табл. 1), что было подтверждено
рентгенофазовым анализом, проведенным на
дифрактометре Philips PW 1830 (CuKα-излуче-
ние, монохроматор) [8]. Исследованием дифрак-
тограмм смеси анатаза и BaCO3, прокаленного
при 600 и 900 оС (рис. 1), было установлено
образование Ba2Ti9O20.
Размеры кристаллитов полученных мате-
риалов были рассчитаны по уширению наибо-
Неорганическая и физическая химия
© Т.А.Халявка, В.В.Шимановская, Н .Н .Цыба, Е.И .Капинус, 2013
96 ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2013. Т. 79, № 10
лее интенсивных отражений на рентгенограм-
мах по уравнению Дебая–Шеррера [9] и состав-
ляли 15—20 нм.
Исследование полученных при 20 оС изо-
терм сорбции–десорбции азота для исходных
образцов анатаза и рутила, а также для синтези-
рованных титанатов бария показало наличие
петли гистерезиса (рис. 2), что свидетельствует о
мезопористой структуре порошков [10].
Средний объем пор и средний радиус пор
полученных образцов титанатов бария увеличи-
вается по сравнению с исходными анатазом и
рутилом. Так, например, исходные анатаз и ру-
тил имели средний объем пор 0.06 и 0.11 см3/г
соответственно, а титанаты бария — от 0.15 до
0.17 см3/г. Средний радиус пор анатаза и рутила
3.72 и 1.47 нм, для титанатов бария он составляет
от 4 до 4.72 нм. Удельные поверхности (Sуд)
полученных образцов (BaTi4O9 и Ba2Ti9O20)
составляют от 2 до 11 м2/г (табл. 1). Для смеси,
прокаленной при 600 и 900 оС, величина удель-
ной поверхности уменьшалась от 23 до 9.
Фотокаталитическая активность получен-
ных образцов, а также исходных анатаза и рути-
ла была изучена на примере деструкции катион-
ного красителя сафранина. Сорбционное равно-
весие в системе фотокатализатор—сафранин
устанавливалось за 1 ч.
Во всех случаях фотокаталитическая реак-
ция удовлетворительно описывается кинетиче-
ским уравнением первого порядка. Для опреде-
ления оптимального количества фотокатализа-
тора в исследованных реакциях его концентра-
цию увеличивали при неизменной концентрации
субстрата. Зависимость константы скорости ре-
акции деструкции сафранина (kd) от концент-
рации катализатора (С) показывает, что при ни-
зких значениях С (≤ 2 г/л) наблюдается рост
константы скорости деструкции сафранина с
увеличением содержания фотокатализатора в ра-
створе с последующим ее выходом на плато при
концентрациях титаната бария вблизи 2 г/л
(рис. 3). Все последующие фотокаталитические
реакции проводили при концентрации титана-
тов бария 2 г/л.
Аналогичные зависимости наблюдаются для
Т а б л и ц а 1
Образцы титанатов бария, полученные термичес-
ким методом
№ Образец Исходный TiO2 Т , оС Sуд, м
2/г
1 Рутил Рутил 300 14.8
2 Анатаз Анатаз 300 35.8
3 Ba2Ti9O20 Анатаз 1100 2
4 Ba2Ti9O20 Рутил 1100 4
5 Ba2Ti9O20 Анатаз 1300 11
6 Ba2Ti9O20 Рутил 1300 7
7 BaTi4O9 Анатаз 1100 2
8 BaTi4O9 Рутил 1100 3
9 BaTi4O9 Анатаз 1300 4
10 BaTi4O9 Рутил 1300 3
П р и м е ч а н и я. T — температура термообработки;
Sуд — удельная поверхность.
Рис. 1. Дифрактограмма титаната бария
(Ba2Ti9O20), полученного при 900 оС.
Рис. 2. Изотермы сорбции–десорбции азота, получен-
ные при 20 оС для образцов: 1 — анатаз; 2 —
Ba2Ti9O20; 3 — рутил.
ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2013. Т. 79, № 10 97
деструкции ДДТ, метиленового голубого и дру-
гих органических веществ на таких мелкодис-
персных фотокатализаторах, как анатаз и ру-
тил [11, 12].
На первой стадии разрушения катионных
красителей происходит перенос электрона на
краситель. Простейшая схема фотокаталитичес-
кого процесса включает обратимое образование
промежуточного комплекса катализатора (E) с
реагирующим веществом (субстратом S) и раз-
рушение этого комплекса с образованием про-
дуктов реакции (P):
Е + S
k−1
k1
ES
hν, k
E + Р . (1)
Применение квазистационарного прибли-
жения при [E]>>[S] к схеме (1) с учетом уравне-
ния материального баланса [E] = [E]0 – [ES] поз-
воляет выразить скорость образования продук-
та через концентрацию катализатора и текущую
концентрацию субстрата (уравнение Михаэли-
са–Ментен) [13, 14]:
w = k1k2⋅С⋅[S ]0 /(k1[E] +k–1 +k) =
= k ⋅С⋅[S ]/(Km +[E]) , (2)
где w — скорость реакции; Km=(k–1+k)/k1 —
константа Михаэлиса.
При [E] >>[S] процесс подчиняется кинети-
ческому уравнению первого порядка с констан-
той скорости kd, которая зависит от концент-
рации катализатора:
kd = k ⋅С/(Km+ С) . (3)
При С >>Km
kd = kmax =k . (4)
В соответствии с уравнением (3) эксперимен-
тальные данные линеаризуются в координатах
(1/kd , 1/С) (рис. 3):
1/kd = 1/k + Km/k ⋅С , (5)
что позволяет определить kmax и Km.
Обработка данных рис. 3 по уравнению (5)
привела к следующим параметрам уравнения
Михаэлиса–Ментена для фотокаталитической
деструкции сафранина: Km =5.25⋅10–3 г/л, kmax =
=7.5⋅10–4⋅c–1.
Наблюдаемая константа скорости реакции
зависит от природы фотокатализатора (рис. 4).
Так, образцы Ba2Ti9O20 и BaTi4O9 проявили бо-
лее высокую фотокаталитическую активность
по сравнению с исходными анатазом и рутилом.
Кроме того, величина константы скорости дес-
трукции сафранина в присутствии титанатов
бария увеличивается в 1.3 раза при повышении
рН от 4 до 6, а при рН от 6 до 8 — в 2 раза, что
связано с поверхностными характеристиками
титаната бария. Как известно [15], благодаря
амфотерной природе большинства гидроксидов
металлов, при разных рН наблюдаются такие
равновесия:
Неорганическая и физическая химия
Рис. 3. Зависимость величины константы скорости де-
струкции сафранина от концентрации титаната бария.
Рис. 4. Фотокаталитическая активность образцов
(нумерация соответствует табл. 1).
98 ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2013. Т. 79, № 10
М–ОН + Н+ М–ОН2 ;
М–ОН М–О– + Н+ .
Точка нулевого заряда поверхности
оксида металла определяется как рН, при
котором концентрация протонирован-
ных и депротонированных поверхност-
ных групп равна. Для титанатов бария
изоэлектрические точки могут варьиро-
ваться в пределах рН , которые зависят
от соотношения Ва/Тi. Авторами работ
[16, 17] установлено, что изоэлектрическая
точка титаната бария находится в преде-
лах рН от 4 до 6, где пoзитивный заряд
поверхности ниже рН 4, а негативный —
выше рН 6. Так как сафранин является
катионным красителем, он лучше акку-
мулируется на отрицательных центрах фотока-
тализатора, то есть при рН>6, что и наблюдает-
ся в нашем случае.
Установлено, что титанаты бария, получен-
ные при 1100 oС с использованием рутила (об-
разцы 4 и 8, табл. 1), проявили более высокую
фотокаталитическую активность в исследован-
ной реакции деструкции сафранина по сравне-
нию с образцами 3 и 7, которые были получены
с использованием анатаза (рис. 4, табл. 1). Нао-
борот, образцы, полученные при 1300 oС с при-
менением анатаза (5 и 9), оказали более высокую
фотокаталитическую активность по сравнению
с образцами 6 и 10, где для синтеза использова-
ли рутил (рис. 4, табл. 1). Такие различия в фото-
каталитической активности образцов можно
объяснить изменением их структуры и поверх-
ностных характеристик во время синтеза. Как из-
вестно [18, 19], при повышении температуры
прокаливания происходит изменение химичес-
кой природы поверхности образцов, удаляется
поверхностная вода и уменьшается количество
ОН–-групп. Кроме того, появляются дефекты в
структуре, вследствие чего возможно возникно-
вение дополнительных электронных состоя-
ний, принимающих участие в фотокаталитичес-
ком процессе.
Среди титанатов бария самым активным
в реакции деструкции сафранина оказался Ba2-
Ti9O20, полученный с использованием анатаза
при 900 оС. Средний объем пор этого образца со-
ставлял 0.15 см3/г, средний радиус пор 4.72 нм,
удельная поверхность — 9 м2/г. Кроме реакции
деструкции сафранина, этот образец был иссле-
дован в реакциях деструкции феносафранина,
хризофенина, метиленового голубого и иргафо-
ра (табл. 2). Во всех случаях его активность была
выше по сравнению с анатазом и рутилом.
ВЫВОДЫ. Таким образом, с помощью тер-
мического метода синтеза были получены мезо-
пористые порошки титанатов бария с химичес-
кими формулами Ba2Ti9O20 и BaTi4O9 и размера-
ми кристаллитов 15—20 нм. Удельная поверх-
ность образцов варьировалась от 2 до 11 м2/г. Сре-
дний объем пор и средний радиус пор получен-
ных образцов титанатов бария увеличивается
по сравнению с исходными анатазом и рутилом.
Образцы Ba2Ti9O20 и BaTi4O9 проявили бо-
лее высокую фотокаталитическую активность в
реакции деструкции красителей по сравнению
с исходными анатазом и рутилом. Во всех слу-
чаях фотокаталитическая реакция удовлетвори-
тельно описывается кинетическим уравнением
первого порядка. Величина константы скорости
деструкции красителей в присутствии титанатов
бария повышается с увеличением рН раствора,
что связано с наличием на поверхности порош-
ка амфотерных групп, улучшающих аккумуля-
цию красителя на фотокатализаторе при опреде-
ленных значениях рН. Кроме того, наблюдается
рост константы скорости деструкции сафранина
с увеличением концентрации фотокатализатора
в растворе с последующим ее выходом на пла-
то при концентрациях титаната бария около 2 г/л.
Т а б л и ц а 2
Сравнение фотокаталитической активности фотокатали-
заторов в реакциях деструкции красителей
Краситель
Константа скорости деструкции
красителя, kd⋅10 4, с–1
Без катали-
затора Рутил Анатаз Ba2Ti9O20
Сафранин 0.27 0.3 1.2 7.5
Феносафранин 0.20 0.3 2.3 7.2
Хризофенин 0.01 0.8 1.5 1.45
Метиленовый голубой 0.09 1.0 3.0 3.5
Иргафор (солибилизи-
рован через тритон)
Не разру-
шается
0.69 0.71 0.75
ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2013. Т. 79, № 10 99
РЕЗЮМЕ. Термічним методом синтезовано ме-
зопоруваті порошки BaTi4O9 та Ba2Ti9O20. Дослід-
жено їх структурні та фотокаталітичні властивості.
Встановлено, що середній об’єм пор та середній ра-
діус пор титанатів барію збільшується у порівнянні
з вихідними анатазом та рутилом. З’ясовано, що в ре-
акціях деструкції барвників зразки титанату барію
проявляють більш високу фотокаталітичну актив-
ність у порівнянні з чистим анатазом та рутилом.
Константи швидкості деструкції барвників у присут-
ності титанатів барію збільшуються в 2 рази з під-
вищенням рН розчину від 2 до 8. При збільшенні
концентрації фотокаталізатора до 2 г/л константа
швидкості деструкції зростає та при подальшому
підвищенні вмісту титанату барію ≥ 2 г/л залишаєть-
ся незмінною.
SUMMARY. Mesoporous BaTi4O9 and Ba2Ti9O20
powders were synthesized by thermal method. Structure
and photocatalytic chracteristics of these materials were
studied. Average pores volume and average pores radius
was found to increase as compared with original anatase
and rutile. Compared to pure anatase and rutile barium
titanate exhibit enhanced photocatalytic activity. Rate
constant of dye destruction over barium titanates increa-
ses by factor two with increasing solution pH from 2 to
8. Photocatalyst concentration increasing in solution up
to 2 g/l results in the rise of destruction rate constant
followed by dependence flating out at barium titanate
concentration more than 2 g/l.
ЛИТЕРАТУРА
1. Gomathi D. L ., Krishnamurthy G. // J. Phys. Chem.
A. -2011. -115, № 4. -P. 460—469.
2. Liu J., Sun Y u., L i Z h. // Cryst. Eng. Comm. -2012.
-№ 14. -P. 1473—1478.
3. Gomathi D.L ., Krishnamurthy G. // J. Environ. Sci.
Health B. -2008. -43, № 7. -P. 553—561.
4. W ang W .P., Y ang H., X ian T . et al. // Engineering
and Medicine. -2012. -4, № 6. -P. 479—483.
5. Stanca S .E., M oller R ., Urban M . et al. // Catal.
Sci. Technol. -2012. -№ 2. -P. 1472—1479.
6. Двернякова А .А ., Новицкая Г.Н ., Чмель Л.Л., Шима-
новская В.В. // Укр. хим. журн. -1984. -50, № 3.
-С. 231—237.
7. Шимановская В.В., Стрелко В.В., Торчун Н .М . //
Там же. -1990. -56. -C. 1255—1257.
8. Chenga C.-M ., Y angb Ch.-F., Lob Sh.-H., Tseng T .-Y .
// J. Europ. Ceram. Soc. -2000. -20. -Р. 1061—1067.
9. Гинье А . Рентгенография кристаллов. -М .: Гос.
изд-во физ.-мат. лит., 1961. -С. 392—394.
10. Lowell S ., Shields J.E. Powder Surface Area and
Porosity. -London: Chapman & Hall, 1998.
11. Капинус Е.И ., Викторова Т .И ., Халявка Т .А . // Тео-
рет. и эксперим. химия. -2009. -45, № 2. -С. 104—107.
12. Капинус Е.И ., Викторова Т .И . // Укр. хим. журн.
-2009. -75, № 12. -С. 102—106.
13. Березин И.В., Мартинек К. Основы физической химии
ферментативного катализа. -М .: Высш. шк., 1977.
14. Варфоломеев С.Д., Зайцев С.В. Кинетические мето-
ды в биохимических исследованиях. -М .: Изд-во
МГУ, 1982.
15. Stumm W ., M organ J.J. Aquatic Chemistry. -New
York: Wiley, 1981.
16. Blanco-Lopez M .C., Rand B., R iley F.L . // J. Eur.
Ceram. Soc. -2000. -20. -P. 107—118.
17. Jean J.H., W ang H.R . // J. Mater. Res. -1998. -13,
№ 8. -P. 2245—2250.
18. Gesenhues U. // J. Phys. Chem. Solid. -2007. -68, № 2.
-P. 224—235.
19. Халамейда С.В. // Хімія, фізика та технологія поверх-
ні. -2010. -1, № 4. -С. 441—449.
Институт сорбции и проблем эндоэкологии Поступила 07.02.2013
НАН Украины , Киев
Неорганическая и физическая химия
100 ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2013. Т. 79, № 10
|