Фотокаталітична деструкція органічних барвників частинками діоксиду титану допованого золотом
DOI:
https://doi.org/10.20535/2617-9741.4.2023.294330Ключові слова:
анатаз, рутил, золото, нанокомпозити TiO2&Au, фотокаталіз, УФ опромінювання, аніонні і катіонні барвники, знебарвлення розчинівАнотація
Нанокомпозити на основі діоксиду титану, допованого золотом з концентрацією 0,2 та 0,8 мас. %, були синтезовані золь-гель методом з використанням тетраізопропоксиду титану та золотохлорводневої кислоти. Термообробка осадів за Т = 600 °С призвела до формування високодисперсних порошків анатазу, а підвищення температури до 1000–1200 °С сприяло формуванню добре окристалізованих частинок рутилу. Атоми золота розподілені в структурі порошків нерівномірно. Розмір первинних частинок анатазу не перевищував 10 нм, а рутилу – досягав 35–46 нм, поступово збільшуючись при підвищенні температури обробки. Фотокаталітичні властивості структур TiO2&Au були досліджені при знебарвленні розчинів органічних барвників (метиленового блакитного, родаміну Б, метиленового помаранчевого, помаранчового Ж) з концентрацією 20 мг/дм3. Отримані наносистеми не проявили суттєвої сорбційної активності, а видиме світло викликало незначну десорбцію барвників. Водночас, під впливом УФ опромінення впродовж 60 хвилин процес знебарвлення проходив ефективно і підпорядковувався реакції псевдо-першого порядку. Найбільшу фотокаталітичну активність проявив зразок анатазу з вмістом золота 0,8 мас. %, доводячи ступінь знебарвлення розчину родаміну Б до 50 %, метиленового помаранчевого – до 81,5 %, метиленового блакитного – до 91 %, а помаранчевого Ж – до 95,2 %. Підвищення ефективності деструкції барвників може бути досягнуто при доповненні фотокаталітичного процесу каталітичним.
Посилання
Zangeneh H., Zinatizadeh A.A.L., Habibi M. Photocatalytic oxidation of organic dyes and pollutants in wastewater using different modified titanium dioxides: A comparative review. J Ind Eng Chem. 2015. 26:1–36. https://doi.org/10.1016/j.jiec.2014.10.043
Joshi N.Ch, Gururani P., Gairola Sh.P. Metal Oxide Nanoparticles and their Nanocomposite-based Materials as Photocatalysts in the Degradation of Dyes. Biointerface Research in Applied Chemistry, 2022, 12(5):6557 – 6579. https://doi.org/10.33263/BRIAC125.65576579
Lee S.-Y., Park S.-J. TiO2 photocatalyst for water treatment applications, Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 2013. 19(6). pp. 1761–1769
Syrek K., Grudzień J., Sennik-Kubiec A., Brudzisz A., Sulka G.D. Anodic Titanium Oxide Layers Modified with Gold, Silver, and Copper Nanoparticles Hindawi. Journal of Nanomaterials. 2019, Article ID 9208734, 10 pages https://doi.org/10.1155/2019/9208734
Khaki M.R.D., Shafeeyan M.S., Raman A.A.A., Daud W.M.A.W. Application of doped photocatalysts for organic pollutant degradation – A review. J. Environ. Manag. 2017, 198, 78–94.
Sescu, A.M.; Favier, L.; Lutic, D.; Soto-Donoso, N.; Ciobanu, G.; Harja, M. TiO2 Doped with Noble Metals as an Efficient Solution for the Photodegradation of Hazardous OrganicWater Pollutants at Ambient Conditions. Water. 2021, 13:19. https://dx.doi.org/10.3390/w13010019
Lee S.Y., Kang D., Jeong S., Do H. T., and Kim J. H. Photocatalytic Degradation of Rhodamine B Dye by TiO2 and Gold Nanoparticles Supported on a Floating Porous Polydimethylsiloxane Sponge under Ultraviolet and Visible Light Irradiation // ACS Omega 2020, 5, 4233−4241 https://dx.doi.org/10.1021/acsomega.9b04127
Pal N.K., Kryschi C. Improved photocatalytic activity of gold decorated differently doped TiO2 nanoparticles: A comparative study Chemosphere 144 (2016) 1655e1664 http://dx.doi.org/10.1016/j.chemosphere.2015.10.060
Iliev V., Tomova D., Bilyarska L., Tyuliev G. Influence of the size of gold nanoparticles deposited on TiO2 upon the photocatalytic destruction of oxalic acid Journal of Molecular Catalysis A: Chemical 263 (2007) 32–38.
Rahulan, K. M., Ganesan, S., Aruna, P. Synthesis and Optical Limiting Studies of Au-doped TiO2 Nanoparticles Advances in Natural Sciences: Nanoscience and Nanotechnology 2 2011: 025012 – 025017
Thomas J., Chitra K. R. Nanogold Doped TiO2 Nanotubes: Efficient Solar Photocataly Naik G. K., Mishra P. M., Parida K. Green synthesis of Au/TiO2 for effective dye degradation in aqueous System. // Chemical Engineering Journal 229 (2013) 492–497st for the Degradation of Endosulfan Materials Focus 2014 Vol. 3, № 3 pp. 233–238, doi:10.1166/mat.2014.1165
Ran J., Zhang J., Yu J., Jaroniec M., and Qiao S. Z., Earth-abundant cocatalysts for semiconductor-based photocatalytic water splitting, Chemical Society Reviews, 2014 vol. 43, no. 22, pp. 7787–7812
Wahlström E., Lopez N., Schaub R., Thostrup P., Rønnau A., Africh C., Lægsgaard E., Nørskov J. K., and Besenbacher F. Bonding of gold nanoclusters to oxygen vacancies on rutile TiO2 (110). Physical review letters, 2003. 90(2): 026101.
Naik G. K., Mishra P. M., Parida K. Green synthesis of Au/TiO2 for effective dye degradation in aqueous System. // Chemical Engineering Journal 229 (2013) 492–497
Khan M.M., Lee J., Cho M.H. Au@TiO2 nanocomposites for the catalytic degradation of methyl orange and methylene blue: An electron relay effect // Journal of Industrial and Engineering Chemistry 20 (2014) 1584–1590
Mukherjee S., Chakraborty S., Samanta A., Jite Ghosh J., Mukhopadhyay A.K. Band gap tuning in gold nanoparticle decorated TiO2 films: effect of Au nanoparticle concentration Mater. Res. Express 4 (2017) 065016
Lavrynenko O.M., Pavlenko O.Y., Zahornyi M.M, Korichev S.F. Characteristics of Nanostructures Formed during the Heat Treatment of Titanium (IV) Isopropoxide Precipitates in the Presence of Noble Metals.). // 2022 IEEE 12th International Conference Nanomaterials: Applications & Properties (NAP), 2022, pp. NSS19-1-NSS19-6, doi: 10.1109/NAP55339.2022.9934132.
Lavrynenko O. M., Zahornyi M. M., Paineau E.·Pavlenko O. Yu. Synthesis of active binary and ternary TiO2-based nanocomposites for efficient dye photodegradation. Applied Nanoscience. 2023. https://doi.org/10.1007/s13204-023-02909-z
Evcin A.,Arlı E., Baz Z., Esen R., Sever E.G. Characterization of Ag-TiO2 Powders Prepared by Sol-Gel Process. Acta Physica Polonica A. 2017. 132 (3). 608-611. DOI: 10.12693/A Phys Pol A.132.608
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2023 Олена Миколаївна Лавриненко, Максим Микитович Загорний, Валерія Володимирівна Вембер
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
