Сорбционные и фотокаталитические свойства кадмийсодержащих порошков ТiO₂
Синтезированы мезопористые кадмийсодержащие порошки диоксида титана, содержащие фазы анатаза, рутила и титаната кадмия. Кадмийсодержащие порошки проявили более высокую фотокаталитическую активность по сравнению с TiO₂ в реакциях деструкции сафранина и тетрадецилпиридиний хлорида. Установлено, что ко...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Поверхность |
|---|---|
| Datum: | 2011 |
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка НАН України
2011
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/82177 |
| 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: | Сорбционные и фотокаталитические свойства кадмийсодержащих порошков ТiO₂ / Т.А. Халявка // Поверхность. — 2011. — Вип. 3 (18). — С. 127-131. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-82177 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Халявка, Т.А. 2015-05-26T15:22:17Z 2015-05-26T15:22:17Z 2011 Сорбционные и фотокаталитические свойства кадмийсодержащих порошков ТiO₂ / Т.А. Халявка // Поверхность. — 2011. — Вип. 3 (18). — С. 127-131. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. XXXX-0106 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/82177 544.526.5+549.514.6.352.26 Синтезированы мезопористые кадмийсодержащие порошки диоксида титана, содержащие фазы анатаза, рутила и титаната кадмия. Кадмийсодержащие порошки проявили более высокую фотокаталитическую активность по сравнению с TiO₂ в реакциях деструкции сафранина и тетрадецилпиридиний хлорида. Установлено, что константы скорости деструкции сафранина возрастают с увеличением его адсорбции. Синтезовано мезопоруваті кадмійвмісні порошки діоксину титану, що містять фази анатазу, рутилу та титанату кадмію. Кадмійвмісні порошки виявили більш високу фотокаталітичну властивість у порівнянні з TiO₂ в реакціях деструкції сафраніну та тетрадецилпіридиній хлориду. Встановлено, що константи швидкості деструкції сафраніну зростають зі збільшенням величини адсорбції. Mesoporous cadmium doped TiO₂ powders composed of anatase, rutile and cadmium titanate have been synthesized The Cd/TiO₂ composites showed higher photocatalytic activity in destruction of safranine and tetradecylpiridinium chloride as compared with TiO₂. It has been found that the increase in the rate of photocatalytic safranine destruction coincides with adsorption capability of composites. ru Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка НАН України Поверхность Физико-химия поверхностных явлений Сорбционные и фотокаталитические свойства кадмийсодержащих порошков ТiO₂ Сорбційні та фотокаталітичні властивості кадмійвмісних порошків ТіО₂ Sorption and photocatalytic properties of cadmium-containing TiO₂ powders Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Сорбционные и фотокаталитические свойства кадмийсодержащих порошков ТiO₂ |
| spellingShingle |
Сорбционные и фотокаталитические свойства кадмийсодержащих порошков ТiO₂ Халявка, Т.А. Физико-химия поверхностных явлений |
| title_short |
Сорбционные и фотокаталитические свойства кадмийсодержащих порошков ТiO₂ |
| title_full |
Сорбционные и фотокаталитические свойства кадмийсодержащих порошков ТiO₂ |
| title_fullStr |
Сорбционные и фотокаталитические свойства кадмийсодержащих порошков ТiO₂ |
| title_full_unstemmed |
Сорбционные и фотокаталитические свойства кадмийсодержащих порошков ТiO₂ |
| title_sort |
сорбционные и фотокаталитические свойства кадмийсодержащих порошков тio₂ |
| author |
Халявка, Т.А. |
| author_facet |
Халявка, Т.А. |
| topic |
Физико-химия поверхностных явлений |
| topic_facet |
Физико-химия поверхностных явлений |
| publishDate |
2011 |
| language |
Russian |
| container_title |
Поверхность |
| publisher |
Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Сорбційні та фотокаталітичні властивості кадмійвмісних порошків ТіО₂ Sorption and photocatalytic properties of cadmium-containing TiO₂ powders |
| description |
Синтезированы мезопористые кадмийсодержащие порошки диоксида титана, содержащие фазы анатаза, рутила и титаната кадмия. Кадмийсодержащие порошки проявили более высокую фотокаталитическую активность по сравнению с TiO₂ в реакциях деструкции сафранина и тетрадецилпиридиний хлорида. Установлено, что константы скорости деструкции сафранина возрастают с увеличением его адсорбции.
Синтезовано мезопоруваті кадмійвмісні порошки діоксину титану, що містять фази анатазу, рутилу та титанату кадмію. Кадмійвмісні порошки виявили більш високу фотокаталітичну властивість у порівнянні з TiO₂ в реакціях деструкції сафраніну та тетрадецилпіридиній хлориду. Встановлено, що константи швидкості деструкції сафраніну зростають зі збільшенням величини адсорбції.
Mesoporous cadmium doped TiO₂ powders composed of anatase, rutile and cadmium titanate have been synthesized The Cd/TiO₂ composites showed higher photocatalytic activity in destruction of safranine and tetradecylpiridinium chloride as compared with TiO₂. It has been found that the increase in the rate of photocatalytic safranine destruction coincides with adsorption capability of composites.
|
| issn |
XXXX-0106 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/82177 |
| citation_txt |
Сорбционные и фотокаталитические свойства кадмийсодержащих порошков ТiO₂ / Т.А. Халявка // Поверхность. — 2011. — Вип. 3 (18). — С. 127-131. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT halâvkata sorbcionnyeifotokatalitičeskiesvoistvakadmiisoderžaŝihporoškovtio2 AT halâvkata sorbcíinítafotokatalítičnívlastivostíkadmíivmísnihporoškívtío2 AT halâvkata sorptionandphotocatalyticpropertiesofcadmiumcontainingtio2powders |
| first_indexed |
2025-11-26T14:05:15Z |
| last_indexed |
2025-11-26T14:05:15Z |
| _version_ |
1850624310848258048 |
| fulltext |
Поверхность. 2011. Вып. 3(18). С. 127–131 127
УДК 544.526.5+549.514.6.352.26
СОРБЦИОННЫЕ И ФОТОКАТАЛИТИЧЕСКИЕ
СВОЙСТВА КАДМИЙСОДЕРЖАЩИХ ПОРОШКОВ ТiO2
Т.А. Халявка1, 2
1Институт сорбции и проблем эндоэкологии Национальной академии наук Украины
ул. Генерала Наумова, 13, Киев, 03164, Украина
2Национальный педагогический университет им. М.П. Драгоманова
ул. Пирогова, 9, Киев, 01601 Украина, takhalyavka@rambler.ru
Синтезированы мезопористые кадмийсодержащие порошки диоксида титана,
содержащие фазы анатаза, рутила и титаната кадмия. Кадмийсодержащие порошки
проявили более высокую фотокаталитическую активность по сравнению с TiO2 в реакциях
деструкции сафранина и тетрадецилпиридиний хлорида. Установлено, что константы
скорости деструкции сафранина возрастают с увеличением его адсорбции.
ВВввееддееннииее
Большую долю загрязнителей водных стоков составляют красители и
поверхностно-активные вещества. Для очистки стоков используют разные физико-
химические методы: химическую коагуляцию, осаждение, адсорбцию и др. Одним из
перспективных методов является фотокатализ, который позволяет полностью
минерализовать загрязняющее вещество или перевести его в нетоксическое состояние. В
последнее время в качестве фотокатализаторов используются TiO2, WO3, ZnO, SnO2 и
др. [1, 2]. Наиболее широко известным является диоксид титана, для активации которого
требуется УФ облучение (λ≤387нм). К сожалению, высокая скорость рекомбинации
пары электрон–дырка в облученных частицах уменьшает эффективность действия
данного фотокатализатора. Эту проблему можно решить с помощью допирования TiO2
[3, 4]. В качестве допанта используют кадмий, который может или сорбироваться на
поверхности диоксида титана или встраиваться в его решетку. В зависимости от метода
допирования и количества допанта может наблюдаться как отрицательный [5, 6], так и
положительный эффект [7].
В работе представлены результаты исследования фотокаталитической и
сорбционной активности кадмийсодержащих порошков диоксида титана на примере
реакций деструкции сафранина и тетрадецилпиридиний хлорида.
ЭЭккссппееррииммееннттааллььннааяя ччаассттьь
Для получения кадмийсодержащих порошков диоксида титана использовали полимер
тетрабутоксититан (IV) (Aldrich) (3г), лимонную кислоту (0,06 г), рициновое масло (2 мл) и
хлорид кадмия (0,51, 1 и 1,5 г). Смесь тщательно перемешивали до получения однородной
массы и прокаливали при 5000С на протяжении 2 часов в присутствии кислорода воздуха.
Соответственно, полученные образцы обозначены как 1Cd/TiO2, 2Cd/TiO2 и 3Cd/TiO2. Кроме
этого, таким же способом был получен образец диоксида титана.
Рентгенофазовый анализ выполняли на дифрактометре "ДРОН-4-07" (Россия) при
CuKa-излучении (с медным анодом и никелевым фильтром) в отраженном пучке и
геометрии регистрации по Бреггу–Брентано (2Q = 10–70°).
Величины удельной поверхности образцов (Sуд), а также распределение пор по
объему были определены с помощью прибора Quantachrom NovaWin2. Для вычисления
mailto:takhalyavka@rambler.ru
128
Sуд, использовали метод Брунауэра–Эммета–Теллера (БЭТ). Радиус пор (R), а также
объем пор (V) определяли с помощью метода Баррета–Джойнера–Халенды.
Фотокаталитическую активность образцов изучали на примере реакций
деструкции катионного красителя – сафранина (СФ) (с = 0,03 г/л), а также катионного
ПАВ – тетрадецилпиридиний хлорида (ТДПХ) (с = 0,09 г/л), которые являются
модельными веществами-загрязнителями водных стоков. Перед облучением суспензии
фотокатализатора (4 г/л) в водном растворе субстрата выдерживали в темноте до
установления сорбционного равновесия. Концентрацию исследованных субстратов во
время эксперимента определяли спектрофотометрически с помощью спектрофотометра
СФ-46 при l = 520 нм для СФ и l = 260 нм для ТДПХ. Константы скорости деструкции
исследованных веществ определяли по кинетическому уравнению первого порядка.
Облучение водных растворов красителя и ПАВ проводили с помощью УФ лампы
БУВ-30 мощностью 30 Вт в кварцевом реакторе в присутствии кислорода воздуха при
перемешивании магнитной мешалкой со скоростью 100 об/мин в течение 1 ч. при рН 7.
Результаты и обсуждение
Рентгенофазовый анализ образцов подтвердил наличие фотокаталитически активной
фазы анатаза во всех образцах. На дифрактограмме образца диоксида титана видны
интенсивные пики 2Q = 25,5, 37,8, 40,0, 54,0, 55,0, которые относят к фазе анатаза (рис. 1).
Такие же пики характерны для кадмийсодержащих образцов (рис. 2). Как и в
работах [7–9], где установлено что добавки Cd, Au, Mn и Ag усиливают кристаллизацию
порошков и способствуют переходу анатаза в рутил, во всех наших образцах были
обнаружены пики, соответствующие фазе рутила. Авторы работ [10, 11] утверждают, что
добавки Al, Si, Zr предотвращают переход анатаза в рутил. Установлено, что в
кадмийсодержащих образцах (2Cd/TiO2, 3Cd/TiO2) присутствует фаза титаната кадмия.
Такая же фаза была обнаружена в работе [7].
10 20 30 40 50 60 70
0
1000
2000
3000
4000
5000
Р
И
нт
ен
си
вн
ос
ть
, о
.е
д.
2Q, град
A
Р
A
A
A
A
A
20 30 40 50 60 70
0
1000
2000
3000
Р
Р
CdTiO3
CdTiO3
Р
Р
Р
A
AA
A
A
2Q, град
И
нт
ен
си
вн
ос
ть
, о
.е
д.
A
Рис. 1. Дифрактограмма порошка ТiO2.
Рис. 2. Дифрактограмма порошка 2Cd/TiO2.
Исследование полученных при 200С изотерм сорбции-десорбции азота для
синтезированных образцов показало наличие петли гистерезиса во всех случаях (рис. 3),
что свидетельствует о мезопористой структуре порошков [12].
Удельная поверхность кадмийсодержащих порошков увеличивается
приблизительно в 1,5–1,8 раза (табл. 1). Величина среднего радиуса пор уменьшается от
4,87 до 3,13 нм (табл.1). Объем пор композитных образцов почти не меняется по
сравнению с чистым диоксидом титана (0,12 см3/г) и составляет 0,11 см3/г.
129
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
О
бъ
ем
, с
м
3 /г
Относительное давление, Р/Р0
1
2
3
Рис. 3. Изотермы сорбции-десорбции азота, полученные при 200С: 1 - 2Cd/TiO2, 2 - ТiO2,
3 - 1Cd/TiO2).
Таблица 1. Характеристики полученных образцов
Образец Удельная
поверхность, м2/г
Средний радиус пор, нм Объем пор, см3/г
ТiO2 72 4,87 0,12
1Cd/TiO2 94 3,13 0,12
2 Cd /TiO2 81 4,36 0,11
3 Cd /TiO2 76 4,1 0,11
Адсорбционное равновесие в системе фотокатализатор-субстрат устанавливалось в
случае СФ и ТДПХ за 1 ч. Наибольшую адсорбционную активность проявил образец
диоксида титана, несмотря на наименьшее значение удельной поверхности. Это может быть
связано с наличием пор большого радиуса (табл. 1), которые принимают участие в процессе
адсорбции.
В присутствии порошка диоксида титана фотокаталитическая деструкция
исследованных веществ на порядок увеличивается (табл. 2).
Таблица 2. Константы скорости деструкции и величина сорбции исследованных
веществ в присутствии кадмийсодержащих фотокатализаторов на основе
диоксида титана
Субстрат
СФ ТДПCl
Образец
kd x 103,
c-1
а, % kd x 103,
c-1
а, %
- 0,03 - 0,09
-
ТiО2
0,11 76,5 0,12 23
1Cd/TiО2 0,81 63,8 0,22 7,86
2Cd/TiО2 0,77 55,6 0,21 15,6
3Cd/TiО2 0,60 50,3 0,17 15,0
Установлено также, что во всех случаях повышенную фотокаталитическую
активность по сравнению с чистым диоксидом титана проявляют
130
кадмийсодержащие порошки. В случае деструкции сафранина величина константы
скорости реакции возрастает в 5–7 раз, для реакции с ТДПХ – в 1,3–1,8 раз. Такое
повышение фотокаталитической активности этих материалов по сравнению с
чистым диоксидом титана может быть связано как с увеличением удельной
поверхности, так и с возникновением новых типов поверхностных центров [13].
Кроме того, межфазные гетеропереходы могут способствовать разделению зарядов
при УФ облучении [14].
Как видно из табл. 2, константы скорости фотореакций деструкции сафранина
увеличиваются с повышением количества адсорбированного вещества. Это свидетельствует о
том, что в первую очередь фотокаталитической деструкции подвергаются адсорбированные
на поверхности катализатора молекулы субстрата. Наибольшую фотокаталитическую
способность в реакциях деструкции СФ проявил образец 1Cd/TiO2. В случае ТДПХ нет
прямой зависимости величины константы скорости деструкции от количества
сорбированного вещества, как было показано ранее в [15].
Выводы
Показано, что использованный метод синтеза позволяет получить
кадмийсодержащие порошки диоксида титана, которые характеризуются высокими
значениями удельной поверхности и проявляют повышенную фотокаталитическую
активность в реакциях деструкции СФ и ТДПХ по сравнению с недопированным
диоксидом титана.
Литература
1. Alinsafi A., Evenou F., Abdulkarim E.M., Pons M.N., Zahraa O., Benhammou A.,
Yaacoubi A., Nejmeddine A. Treatment of textile industry wastewater by supported
photocatalysis // Dyes Pigm. – 2007. – V. 74. – P. 439–445.
2. Kansal S.K., Singh M., Sud D. Studies on photodegradation of two commercial dyes
in aqueous phase using different photocatalysts // J. Hazard. Mater. – 2007. – V. 141.
– P. 581–590.
3. Chen X., Lou Y., Dayal S., Qiu X., Krolicki R., Burda C. Doped Semiconductor
Nanomaterials // J. Nanosci. Nanotechnol. – 2009. – V. 5, № 9. – P. 1408–1420.
4. Domaradzki J., Borkowska A., Kaczmarek D., Prociow E. Transparent oxide
semiconductors based on TiO2 doped with V, Co and Pd elements // J. Non-Cryst.
Solids. – 2006. – V. 352. – P. 2324–2327.
5. Li X. S., Fryxell G. E., Engelhard M. H., Wang C. The synthesis of cadmium doped
mesoporous TiO2 // Inorg. Chem. Commun. – 2007. – V. 10. – P. 639–641.
6. Shin Y., Arey B. W., Wang C., Li X. S., Engelhard M. H., Fryxell G. E. Synthesis and
characterization of phosphate-coated mesoporous titania and Cd-doping of same via
ion exchange // Inorg. Chem. Commun. – 2007. – V. 10. – P. 642–645.
7. Andronic L., Enesca A., Vladuta C., Duta A. Photocatalytic activity of cadmium
doped TiO2 films for photocatalytic degradation of dyes // Chem. Engine. J. – 2009. –
V. 152, N 1. – P. 64–71.
8. Xu J.P., Shi S.B., Li L., Wang J.F., Lv L.Y., Zhang F.M., Du Y.W. Effect of
manganese ions concentration on the anatase–rutile phase transformation of TiO2
films // J. Phys. Chem.Solids. – 2009. – V. 70. – P. 511–515.
9. Smirnova N., Vorobets V., Linnik O., Manuilov E., Kolbasov G., Eremenko A.
Photoelectrochemical and photocatalytic properties of mesoporous TiO2 films
modified with silver and gold nanoparticles. // Sur. Interface Anal. – 2010. – V. 42. –
P. 1205–1208.
131
10. Antonelli D.M., Ying J.Y. Synthesis of Hexagonally-Packed Mesoporous TiO2 by a
Modified Sol-Gel Method // Angew. Chem. – 1995. – V. 34, N 18. – P. 2014 – 2017.
11. Kim J., Song K.C., Foncillas S., Pratsinis S.E. Dopants for synthesis of stable
bimodally porous titania // J. Europ. Ceram. Soc. – 2001. – V. 21, N 16. – P. 2863–
2872.
12. Lowell S., Shields J.E. Powder Surface Area and Porosity. – London: Chapman &
Hall, 1998. – 420 p.
13. Ptashko T., Smirnova N., Eremenko A., Oranska E., Huang W. Synthesis and
photocatalytic properties of mesoporous TiO2/ZnO with improved hydrophylisity //
Ads. Sci. Technology. – 2007. – V. 25, N 1–2. – P. 35–43.
14. Smirnova N.P., Manuilov E.V., Korduban O.M., Gnatyuk Yu.I., Kandyba V.O.,
Eremenko A.M., Gorbyk P.P., Shpak A.P. Design of Ag-Modified TiO2-Based Films
with Controlled Optical and Photocatalytic Properties // Nanomater. and Supramolec.
Struct. – 2010. – Part 3. – P. 131–144.
15. Халявка Т.А., Капинус Е.И., Стрелко В.В., Шимановская В.В.
Фотокаталитическая деструкция тетрадецилпиридиний хорида на диоксиде
титана в водных растворах // Химия и технология воды. – 2000. – Т. 22, № 6. –
С. 84–593.
СОРБЦІЙНІ ТА ФОТОКАТАЛІТИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ
КАДМІЙВМІСНИХ ПОРОШКІВ ТіО2
Т.О. Халявка1, 2
1Інститут сорбції та проблем ендоекології Національної академії наук України
вул. Генерала Наумова 13, Київ, 03164, Україна
2Національний педагогічний університет ім. М.П. Драгоманова
вул. Пирогова, 9, Київ, 01601, Україна, takhalyavka@rambler.ru
Синтезовано мезопоруваті кадмійвмісні порошки діоксину титану, що містять фази
анатазу, рутилу та титанату кадмію. Кадмійвмісні порошки виявили більш високу
фотокаталітичну властивість у порівнянні з TiO2 в реакціях деструкції сафраніну та
тетрадецилпіридиній хлориду. Встановлено, що константи швидкості деструкції сафраніну
зростають зі збільшенням величини адсорбції.
SORPTION AND PHOTOCATALYTIC PROPERTIES
OF CADMIUM-CONTAINING TiO2 POWDERS
T.A. Khalyavka1, 2
1Institute for Sorption and Problems of Endoecology of National Academy of Sciences of
Ukraine
13 General Naumov Str., Kyiv, 03164, Ukraine
2National Pedagogical Dragomanov University
9 Pirogova Str., Кyiv, 01601, Ukraine, takhalyavka@rambler.ru
Mesoporous cadmium doped TiO2 powders composed of anatase, rutile and cadmium titanate
have been synthesized The Cd/TiO2 composites showed higher photocatalytic activity in destruction of
safranine and tetradecylpiridinium chloride as compared with TiO2. It has been found that the increase
in the rate of photocatalytic safranine destruction coincides with adsorption capability of composites.
mailto:takhalyavka@rambler.ru
mailto:takhalyavka@rambler.ru
|