CZ308888B6 - Nanokatalyzátor na bázi oxidů titanu a zirkonu, způsob jeho výroby a použití - Google Patents
Nanokatalyzátor na bázi oxidů titanu a zirkonu, způsob jeho výroby a použití Download PDFInfo
- Publication number
- CZ308888B6 CZ308888B6 CZ2020475A CZ2020475A CZ308888B6 CZ 308888 B6 CZ308888 B6 CZ 308888B6 CZ 2020475 A CZ2020475 A CZ 2020475A CZ 2020475 A CZ2020475 A CZ 2020475A CZ 308888 B6 CZ308888 B6 CZ 308888B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- titanium
- zirconium
- oxides
- nanocatalyst
- molar ratio
- Prior art date
Links
- 239000010936 titanium Substances 0.000 title claims abstract description 62
- 239000011943 nanocatalyst Substances 0.000 title claims abstract description 42
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 38
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 30
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical class [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 27
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 14
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 24
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 14
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 7
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 claims description 9
- SOQBVABWOPYFQZ-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);titanium(4+) Chemical class [O-2].[O-2].[Ti+4] SOQBVABWOPYFQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 6
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 claims description 6
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 claims description 2
- 150000003754 zirconium Chemical class 0.000 abstract description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 24
- CQPFMGBJSMSXLP-ZAGWXBKKSA-M Acid orange 7 Chemical compound OC1=C(C2=CC=CC=C2C=C1)/N=N/C1=CC=C(C=C1)S(=O)(=O)[O-].[Na+] CQPFMGBJSMSXLP-ZAGWXBKKSA-M 0.000 description 9
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 7
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 7
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 239000004753 textile Substances 0.000 description 5
- -1 2-hydroxy-naphthylazo-benzenesulfonic acid AO7 sodium salt Chemical class 0.000 description 4
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 4
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 4
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- CCBICDLNWJRFPO-UHFFFAOYSA-N 2,6-dichloroindophenol Chemical compound C1=CC(O)=CC=C1N=C1C=C(Cl)C(=O)C(Cl)=C1 CCBICDLNWJRFPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910010298 TiOSO4 Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000987 azo dye Substances 0.000 description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 3
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 3
- 238000005189 flocculation Methods 0.000 description 3
- 230000016615 flocculation Effects 0.000 description 3
- KADRTWZQWGIUGO-UHFFFAOYSA-L oxotitanium(2+);sulfate Chemical compound [Ti+2]=O.[O-]S([O-])(=O)=O KADRTWZQWGIUGO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 3
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009303 advanced oxidation process reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005273 aeration Methods 0.000 description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N manganese dioxide Chemical compound O=[Mn]=O NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 2
- 239000000979 synthetic dye Substances 0.000 description 2
- 150000003608 titanium Chemical class 0.000 description 2
- MWPHPGPIHQZTED-UHFFFAOYSA-N 2-[(2-hydroxynaphthalen-1-yl)diazenyl]benzenesulfonic acid Chemical compound OC1=CC=C2C=CC=CC2=C1N=NC1=CC=CC=C1S(O)(=O)=O MWPHPGPIHQZTED-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N Copper oxide Chemical compound [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005751 Copper oxide Substances 0.000 description 1
- 102100034289 Deoxynucleoside triphosphate triphosphohydrolase SAMHD1 Human genes 0.000 description 1
- VTLYFUHAOXGGBS-UHFFFAOYSA-N Fe3+ Chemical compound [Fe+3] VTLYFUHAOXGGBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101000641031 Homo sapiens Deoxynucleoside triphosphate triphosphohydrolase SAMHD1 Proteins 0.000 description 1
- 229910010068 TiCl2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910000428 cobalt oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N cobalt(ii) oxide Chemical compound [Co]=O IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 description 1
- 229910000431 copper oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000002440 industrial waste Substances 0.000 description 1
- 231100001231 less toxic Toxicity 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000001404 mediated effect Effects 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001048 orange dye Substances 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N oxonickel Chemical compound [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006385 ozonation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000886 photobiology Effects 0.000 description 1
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000006862 quantum yield reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 1
- 159000000000 sodium salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000010784 textile waste Substances 0.000 description 1
- 239000010918 textile wastewater Substances 0.000 description 1
- ZWYDDDAMNQQZHD-UHFFFAOYSA-L titanium(ii) chloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Ti+2] ZWYDDDAMNQQZHD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910000314 transition metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- 229910009112 xH2O Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J21/00—Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
- B01J21/06—Silicon, titanium, zirconium or hafnium; Oxides or hydroxides thereof
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
- B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
- B82B3/0009—Forming specific nanostructures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/72—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2305/00—Use of specific compounds during water treatment
- C02F2305/08—Nanoparticles or nanotubes
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
Nanokatalyzátor na bázi oxidů titanu a zirkonu obsahuje 30 až 60 % hmotn. TiO2 a 35 až 65 % hmotn. ZrO2, molární poměr Ti : Zr = 1 až 4 : 1, specifický povrch je 220 až 550 m2/g, velikost pórů 1 až 3 nm, objem pórů 0,3 až 0,6 cm3/g. Způsob jeho výroby spočívá v tom, že se připraví roztok solí titanu a zirkonu s molárním poměrem Ti : Zr = 1 až 4 : 1, přidává se 4M roztok NaOH do dosažení pH 5 až 6, zahřívá se 50 až 70 minut, přidá se 130 až 250 g močoviny a vaří za míchání do dosažení pH = 9 až 10, míchá se 20 až 40 minut, nechá se zrát 10 až 14 hodin při laboratorní teplotě, suspenze se odvodní, zfiltruje a suší 10 až 14 hodin při teplotě 100 až 110 °C.
Description
Oblast techniky
Vynález se týká nanokatalyzátoru na bázi oxidů titanu a zirkonu, způsobu jeho výroby a použití pro odstraňování toxických azosloučenin z odpadních vod.
Dosavadní stav techniky
Výroba barviv v textilním průmyslu vytváří obrovské množství odpadních vod. Odhaduje se, že v textilních odpadních vodách se ztratí více než 15 % hmotn. celkové světové produkce barviv. Azo barviva představují největší a nej důležitější třídu syntetických barviv pro průmyslové aplikace (Park, H., et al., Visible light and Fe(III)-mediated degradation of Acid Orange 7 in the absence of H2O2. Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 2003. 159 (3): p. 241-247).
Každý rok se celosvětově vypouští jako průmyslový odpad přibližně 280 000 tun barviv používaných v textilním průmyslu. Kromě toho více než 50 % textilních odpadních látek obsahuje azobarviva, která mají vazby -NN- (Nidheesh, P.V., et al., An overview on the removal of synthetic dyes from water by electrochemical advanced oxidation processes. Chemosphere, 2018. 197: p. 210-227).
Textilní průmysl v České republice má dlouholetou tradici. Stále rostoucí poptávka po textilních produktech má za následek používání velkého množství chemických prostředků, což vede k vážnému narušení přírodních ekosystémů. Některé textilní závody čistí své odpadní vody flokulací (srážením pomocí přídavku vhodných chemikálií). Tímto způsobem vznikají kaly z úpravy odpadních vod, které představují rovněž značnou zátěž pro životní prostředí. Z toho důvodu se od flokulace ustupuje a přechází na čištění jinými metodami. Výzkumná studie (Tabaí, A., O., et al., Degradation of organic dye using a new homogeneous Fenton-like system based on hydrogen peroxide and a recyclable Dawson-type heteropolyanion. International Journal of Industrial Chemistry, 2017. 8(1): p. 83-89) je zaměřena na odstraňování AO7 (Acid Orange 7) pomocí syntetizovaných oxidů HFe2,5P2Wi8O62.23.H2O jako katalyzátoru. Autoři uvádějí, že tyto materiály mají účinnost získané degradace asi 100 %. Nevýhodou tohoto řešení je, že cena nanokatalyzátoru je vysoká a spotřebovává velké množství H2O2 pro proces zpracování. Peroxid vodíku má provozní náklady vyšší než ozon.
Výzkumná studie (J. Krýsa., et al., Quantum yield measurements for the photocatalytic oxidation of Acid Orange 7 (AO7) and reduction of 2,6-dichlorindophenol (DCIP) on transparent T1O2 films of various thickness. Catalysis Today, 2015. 240: p. 132-137.) je zaměřena na odstraňování Acid Orange 7 (AO7) a 2,6-dichlorindophenol pomocí syntetizovaných TÍO2. Autoři uvádějí, že tyto materiály mají nízkou účinnost pro odstranění AO7, a to jen 0,19 %. Další nevýhodou tohoto řešení je, že způsob syntézy sol-gel je vhodný pouze pro syntézu malého množství výrobku, navíc je příslušný postup komplikovaný. Zvýšení měřítka na průmyslovou úroveň by bylo velmi obtížné.
Dokument WO 9714657 Al (1997) popisuje katalytickou ozonizaci vody, při níž je ozon rozpuštěn ve vodě před kontaktem s katalyzátorem. Katalyzátorem může být kterýkoliv z těch, které se běžně používají při pokročilé oxidační katalýze vody. Například to může být oxid přechodného kovu, jako je oxid kobaltu, oxid mědi, oxid železitý, oxid manganičitý nebo oxid niklu, případně na nosiči. Katalyzátor bude s výhodou monolitický s nízkou povrchovou plochou (<20 m2/g) a/nebo vysokou porozitou. Nevýhodou je, že díky použití oxidů jednotlivých kovů s nízkou měrnou povrchovou plochou jsou získané výsledky omezené.
V poslední době získal vývoj kompozitních katalyzátorů obsahujících dva nebo více oxidů kovů značnou pozornost. Některé z nedávných výsledků prokázaly, že smíšené oxidy jsou aktivnější než
- 1 CZ 308888 B6 jediný oxid díky synergickým účinkům mezi kovy v heterogenních směsných oxidech (Jiang, H.L., et al, Recent progress in synergistic catalysis over heterometallic nanoparticles. Journal of Materials Chemistry, 2011. 21(36): p. 13705-13725).
Podstata vynálezu
Výše uvedené nevýhody alespoň z části odstraňuje nanokatalyzátor na bázi oxidů titanu a zirkonu, charakterizovaný tím, že obsahuje 30 až 60 % hmotn. oxidu titaničitého a 35 až 65 % hmotn. oxidu zirkoničitého, přičemž obsah oxidů titanu a oxidů zirkonu je v molámím poměru Ti : Zr = 1 : 1 až 4 : 1, specifický povrch nanokatalyzátoru je 220 až 550 m2/g, průměrná velikost pórů 1 až 3 nm a objem pórů 0,3 až 0,6 cm3/g.
Výhodný nanokatalyzátor na bázi oxidů titanu a zirkonu, charakterizovaný tím, že částice oxidů titanu a oxidů zirkonu mají velikost až 15 nm.
Způsob výroby nanokatalyzátoru na bázi oxidů titanu a zirkonu, charakterizovaný tím, že se připraví roztok solí titanu (Ti4+) a zirkonu (Zr4+) s molámím poměrem Ti : Zr = 1 : 1 až 4 : 1, pak se po kapkách přidává 4M roztok NaOH do dosažení pH = 5 až 6, pak se zahřívá po dobu 50 až 70 minut, pak se za míchání přidá 130 až 250 g močoviny, pak se reakční směs vaří za míchání do dosažení pH = 9 až 10, pak se míchá po dobu 20 až 40 minut, pak se nechá zrát po dobu 10 až 14 hodin při laboratorní teplotě, pak se suspenze odvodní, zfiltruje a suší po dobu 10 až 14 hodin při teplotě 100 až 110 °C.
Použití nanokatalyzátoru na bázi oxidů titanu a zirkonu pro odstraňování azosloučenin z odpadních vod.
K přípravě roztoku soli titanu (Ti4+) se používají titaničité soli, např. TiCL, Ti2(SO4)3, TiOSO4.xH2SO4.xH2O, TiO[CH3COCH=C(O-)CH3]2, TÍOSO4.XH2O a Ti(OC3H7)4.
Nanokatalyzátor na bázi oxidů titanu a zirkonu podle vynálezu je bílý, případně světlezelený, velice jemný, kyprý prášek.
Způsob výroby nanokatalyzátor na bázi oxidů titanu a zirkonu podle vynálezu může být realizován v dosavadních chemických reaktorech či zařízeních.
Nanokatalyzátor na bázi oxidů titanu a zirkonu podle vynálezu může být použit v zařízeních pro čištění odpadních vod.
Nanokatalyzátor na bázi oxidů titanu a zirkonu je určen pro odstraňování toxických azosloučenin z odpadních vod, zejména oranžového barviva, přičemž sodná sůl (2-hydroxy-l-naftylazo)benzensulfonové kyseliny AO7 patří do skupiny azobarviv.
Příklady uskutečnění vynálezu
Příklad 1
Způsob výroby práškového nanokatalyzátoru na bázi oxidů titanu a zirkonu s molámím poměrem Ti: Zr = 1 : 1
V rotačním reaktoru se připraví 2000 ml roztoku obsahujícího 40 g TÍOSO4 a 70 g Zr(SO4)2.
Do něj se po kapkách přidává 4M roztok NaOH až do dosažení pH = 5 až 6. Pak se roztok zahřívá po dobu 1 hodiny, což usnadňuje hydrolýzu solí titanu a zirkonu. Poté, v počáteční fázi intenzivního
-2 CZ 308888 B6 míchání roztoku, se rychle přidá 150 g močoviny a reakční směs se pak uvede k varu a při této teplotě se udržuje za stálého míchání do dosažení pH asi 9,5. Následně se směs míchá po dobu 30 minut a pak se nechá zrát po dobu 12 hodin při laboratorní teplotě. Nakonec se suspenze odvodní, zfiltruje a suší po dobu 12 hodin při teplotě 100 až 110 °C.
Získaný nanokatalyzátor na bázi oxidů titanu a zirkonu s molámím poměrem Ti : Zr = 1 : 1 je světlezelený, velice jemný, kyprý prášek. Jeho další vlastnosti jsou uvedeny v tabulce 1.
Tab. 1. Nanokatalyzátor na bázi oxidů titanu a zirkonu s molámím poměrem Ti : Zr = 1 : 1
| Ukazatel | Hodnota |
| Koncentrace TiO2 (% hmotn.) | 35,5 |
| Koncentrace ZrO2 (% hmotn.) | 59,2 |
| Specifický povrch (m2/g) | 230 |
| Průměrná velikost pórů (nm) | 2,3 |
| Objem pórů (cm3/g) | 0,51 |
| Velikost částic (nm) | 3 až 5 |
Příklad 2
Způsob výroby práškového nanokatalyzátoru na bázi oxidů titanu a zirkonu s molámím poměrem Ti: Zr = 2 : 1
V rotačním reaktoru se připraví 2000 ml roztoku obsahujícího 63,2 g TiCL a 47,2 g Zr(SO4)2. Do něj se po kapkách přidává 4M roztok NaOH až do dosažení pH = 5 až 6. Roztok se zahřívá po dobu 1 hodiny, což usnadňuje hydrolýzu solí titanu a zirkonu. Poté, v počáteční fázi intenzivního míchání roztoku, se rychle přidá 180 g močoviny a reakční směs se pak uvede k vam a při této teplotě se udržuje za stálého míchání do dosažení pH asi 9,5. Následně se směs míchá po dobu 30 minut a pak se nechá zrát po dobu 12 hodin při laboratorní teplotě. Nakonec se suspenze odvodní, zfiltruje a suší po dobu 12 hodin při teplotě 100 až 110 °C.
Získaný nanokatalyzátor na bázi oxidů titanu a zirkonu s molámím poměrem Ti: Zr = 2 : 1 je bílý, velice jemný, kyprý prášek. Jeho další vlastnosti jsou uvedeny v tabulce 2.
Tab. 2. Nanokatalyzátor na bázi oxidů titanu a zirkonu s molámím poměrem Ti : Zr = 2 : 1
| Ukazatel | Hodnota |
| Koncentrace T1O2 (% hmotn.) | 47,1 |
| Koncentrace ZrO2 (% hmotn.) | 48,5 |
| Specifický povrch (m2/g) | 514 |
| Průměrná velikost pórů (nm) | 1,5 |
| Objem pórů (cm3/g) | 0,39 |
| Velikost částic (nm) | 3 až 5 |
Příklad 3
Způsob výroby práškového nanokatalyzátoru na bázi oxidů titanu a zirkonu s molámím poměrem Ti: Zr = 3 : 1
V rotačním reaktoru se připraví 2000 ml roztoku obsahujícího 144 g Ti2(SO4)3 a 35,4 g Zr(SO4)2. Do něj se po kapkách přidává 4M roztok NaOH až do dosažení pH = 5 až 6. Pak se roztok zahřívá po dobu 1 hodiny, což usnadňuje hydrolýzu solí titanu a zirkonu. Poté, v počáteční fázi intenzivního míchání roztoku, se rychle přidá 165 g močoviny a reakční směs se pak uvede k varu a při této teplotě se udržuje za stálého míchání do dosažení pH asi 9,5. Následně se směs míchá po dobu 30 minut a pak se nechá zrát po dobu 12 hodin při laboratorní teplotě. Nakonec se suspenze odvodní, zfiltruje a suší po dobu 12 hodin při teplotě 100 až 110 °C.
Získaný nanokatalyzátor na bázi oxidů titanu a zirkonu s molámím poměrem Ti: Zr = 3 : 1 je bílý, velice jemný, kyprý prášek. Jeho další vlastnosti jsou uvedeny v tabulce 3.
Tab. 3. Nanokatalyzátor na bázi oxidů titanu a zirkonu s molámím poměrem Ti : Zr = 3 : 1
| Ukazatel | Hodnota |
| Koncentrace T1O2 (% hmotn.) | 53,5 |
| Koncentrace ZrO2 (% hmotn.) | 43,0 |
| Specifický povrch (m2/g) | 320 |
| Průměrná velikost pórů (nm) | 1,5 |
| Objem pórů (cm3/g) | 0,42 |
| Velikost částic (nm) | 3 až 5 |
-4 CZ 308888 B6
Příklad 4
Způsob výroby práškového nanokatalyzátoru na bázi oxidů titanu a zirkonu s molámím poměrem Ti: Zr = 4 : 1
V rotačním reaktoru se připraví 2000 ml roztoku obsahujícího 113,6 g Ti(OC3H7)4 a 28,3 g Zr(SO4)2. Do vzniklého roztoku se po kapkách přidává 4M roztok NaOH až do dosažení pH = 5 až 6. Roztok se zahřívá po dobu 1 hodiny, což usnadňuje hydrolýzu solí titanu a zirkonu. Poté, v počáteční fázi intenzivního míchání roztoku, se rychle přidá 220 g močoviny a reakční směs se pak uvede k varu a při této teplotě se udržuje za stálého míchání do dosažení pH asi 9,5. Následně se směs míchá po dobu 30 minut a pak se nechá zrát po dobu 12 hodin při laboratorní teplotě. Nakonec se suspenze odvodní, zfiltruje a suší po dobu 12 hodin při teplotě 100 až 110 °C.
Získaný nanokatalyzátor na bázi oxidů titanu a zirkonu s molámím poměrem Ti: Zr = 4 : 1 je bílý, velice jemný, kyprý prášek. Jeho další vlastnosti jsou uvedeny v tabulce 4.
Tab. 4. Nanokatalyzátor na bázi oxidů titanu a zirkonu s molámím poměrem Ti : Zr = 4 : 1
| Ukazatel | Hodnota |
| Koncentrace T1O2 (% hmotn.) | 57,1 |
| Koncentrace ZrO2 (% hmotn.) | 39,5 |
| Specifický povrch (m2/g) | 280 |
| Průměrná velikost pórů (nm) | 1,2 |
| Objem pórů (cm3/g) | 0,33 |
| Velikost částic (nm) | 2 až 10 |
Příklad 5
Použití nanokatalyzátoru na bázi oxidů titanu a zirkonu pro odstraňování toxických azosloučenin z odpadních vod
Použití nanokatalyzátom na bázi oxidů titanu a zirkonu pro odstraňování toxických azosloučenin z odpadních vod bylo prováděno v míchaném vsádkovém reaktoru o velikosti 0,5 až 5 m3, který byl součástí systému čištění odpadních vod.
Před stupněm pokročilé oxidace musí být odpadní voda, obsahující sodnou sůl (2-hydroxy-lnaftylazoj-benzensulfonové kyseliny AO7, předběžně upravena konvenčními procesy v pořadí: 1) kondicionování, 2) flokulace a 3) depozice k odstranění suspendovaných pevných látek. pH roztoku se upraví na 5,5 přidáním H2SO4 nebo 2M roztoku NaOH. Nanokatalyzátor na bázi oxidů titanu a zirkonu může být použit při čištění či úpravě vod kontaminovaných azosloučeninami v míchaném reaktoru, kam se za stálého míchání přivádí voda kontaminovaná azosloučeninami i nanokatalyzátor. Při tomto použití nanokatalyzátom na bázi oxidů titanu a zirkonu se ozónové bubliny kontinuálně vstřikují do směsi ze dna reaktom. Homogenizovaná směs přepadá z reaktoru do usazovací nádrže, kde dochází k sedimentaci použitého nanokatalyzátoru. Po 30 minutách oranžová barva azosloučeniny úplně zmizí nebo vybledne. Výsledky měření ošetřené vody v UV
VIS při vlnové délce λ = 481 nm ukazují, že azosloučeniny byly rozloženy na jednodušší sloučeniny, které jsou méně toxické a snadněji biologicky rozložitelné.
Upravená voda zbavená azosloučenin se odvádí z nádrže s pískovým filtrem do provzdušňovací nádrže. V této fázi jsou defragmentované molekuly azosloučenin zcela biologicky rozštěpeny mikroorganismy v aerační nádrži. Nanokatalyzátor na bázi oxidů titanu a zirkonu zachycený ve filtru lze použít opakovaně.
Tab. 5. Katalytické vlastnosti nanokatalyzátoru na bázi oxidů titanu a zirkonu (150 mg/1) pro odstraňování toxických azosloučenin (300 mg/1) v průběhu 30 minut
| Molární poměr Ti : Zr | Konverze azosloučeniny (% hmotn.) |
| 1 : 1 | 90,2 |
| 2 : 1 | 93,5 |
| 3 : 1 | 98,5 |
| 4 : 1 | 94,1 |
Použitý nanokatalyzátor na bázi oxidů titanu a zirkonu může být recyklován promytím v 0,5M roztoku HC1 a sušen při teplotě 100 °C.
Recyklovaný nanokatalyzátor na bázi oxidů titanu a zirkonu má účinnost konverze pro odstraňování toxických azosloučenin 90 až 98 % hmotn.
Průmyslová využitelnost
Nanokatalyzátor na bázi oxidů titanu a zirkonu podle vynálezu je průmyslově využitelný pro odstraňování toxických azosloučenin, což je klíčová reakce při pokročilých oxidačních procesech v environmentálních aplikacích. Způsob výroby nanokatalyzátoru podle vynálezu je průmyslově využitelný při výrobě katalyzátorů.
Claims (3)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Nanokatalyzátor na bázi oxidů titanu a zirkonu, vyznačující se tím, že obsahuje 30 až 60 % 5 hmotn. oxidu titaničitého a 35 až 65 % hmotn. oxidu zirkoničitého, přičemž obsah oxidů titanu a oxidů zirkonu je v molámím poměru Ti: Zr = 1 : 1 až 4 : 1, specifický povrch nanokatalyzátoru je 220 až 550 m2/g, průměrná velikost pórů 1 až 3 nm a objem pórů 0,3 až 0,6 cm3/g.
- 2. Nanokatalyzátor podle nároku 1, vyznačující se tím, že částice oxidů titanu a oxidů zirkonu ίο mají velikost až 15 nm.
- 3. Způsob výroby nanokatalyzátoru na bázi oxidů titanu a zirkonu, vyznačující se tím, že se připraví roztok solí titanu (Ti4+) a zirkonu (Zr4+) s molámím poměrem Ti: Zr = 1 : 1 až 4 : 1, pak se po kapkách přidává 4M roztok NaOH do dosažení pH = 5 až 6, pak se zahřívá po dobu 50 až 15 70 minut, pak se za míchání přidá 130 až 250 g močoviny, pak se reakční směs vaří za stálého míchání do dosažení pH = 9 až 10, pak se míchá po dobu 20 až 40 minut, pak se nechá zrát po dobu 10 až 14 hodin při laboratorní teplotě, pak se suspenze odvodní, zfiltruje a suší po dobu 10 až 14 hodin při teplotě 100 až 110 °C.20 4. Použití nanokatalyzátoru na bázi oxidů titanu a zirkonu podle kteréhokoliv z nároků 1 až 2 pro odstraňování azosloučenin z odpadních vod.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2020475A CZ308888B6 (cs) | 2020-08-27 | 2020-08-27 | Nanokatalyzátor na bázi oxidů titanu a zirkonu, způsob jeho výroby a použití |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2020475A CZ308888B6 (cs) | 2020-08-27 | 2020-08-27 | Nanokatalyzátor na bázi oxidů titanu a zirkonu, způsob jeho výroby a použití |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2020475A3 CZ2020475A3 (cs) | 2021-08-04 |
| CZ308888B6 true CZ308888B6 (cs) | 2021-08-04 |
Family
ID=77061243
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2020475A CZ308888B6 (cs) | 2020-08-27 | 2020-08-27 | Nanokatalyzátor na bázi oxidů titanu a zirkonu, způsob jeho výroby a použití |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ308888B6 (cs) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0257983A2 (en) * | 1986-08-22 | 1988-03-02 | Nippon Shokubai Kagaku Kogyo Co., Ltd | Method for treating waste water |
| EP0436409A1 (fr) * | 1989-12-07 | 1991-07-10 | Anjou Recherche (Groupement D'interet Economique Dit:) | Procédé d'ozonation de l'eau avec activation par catalyse hétérogène |
| RO131970A0 (ro) * | 2016-10-14 | 2017-06-30 | Institutul Naţional De Cercetare Dezvoltare Pentru Tehnologii Izotopice Şi Moleculare (Incdtim) | Materiale compozite pe bază de tio-pt/oxid de grafenă şi tio-pt/oxid de grafenă redus pentru fotodegradarea coloranţilor de tip azoic din ape |
| CN110743522A (zh) * | 2019-09-24 | 2020-02-04 | 浙江工业大学 | 一种高指数晶面二氧化钛纳米催化剂及其制备方法 |
-
2020
- 2020-08-27 CZ CZ2020475A patent/CZ308888B6/cs not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0257983A2 (en) * | 1986-08-22 | 1988-03-02 | Nippon Shokubai Kagaku Kogyo Co., Ltd | Method for treating waste water |
| EP0436409A1 (fr) * | 1989-12-07 | 1991-07-10 | Anjou Recherche (Groupement D'interet Economique Dit:) | Procédé d'ozonation de l'eau avec activation par catalyse hétérogène |
| RO131970A0 (ro) * | 2016-10-14 | 2017-06-30 | Institutul Naţional De Cercetare Dezvoltare Pentru Tehnologii Izotopice Şi Moleculare (Incdtim) | Materiale compozite pe bază de tio-pt/oxid de grafenă şi tio-pt/oxid de grafenă redus pentru fotodegradarea coloranţilor de tip azoic din ape |
| CN110743522A (zh) * | 2019-09-24 | 2020-02-04 | 浙江工业大学 | 一种高指数晶面二氧化钛纳米催化剂及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ2020475A3 (cs) | 2021-08-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Khan et al. | Photocatalytic dye degradation from textile wastewater: a review | |
| Zhou et al. | Photocatalytic degradation of Orange G using sepiolite-TiO2 nanocomposites: Optimization of physicochemical parameters and kinetics studies | |
| Bagheri et al. | Removal of reactive blue 203 dye photocatalytic using ZnO nanoparticles stabilized on functionalized MWCNTs | |
| Lal et al. | Synthesis and photocatalytic potential of Nd-doped TiO2 under UV and solar light irradiation using a sol-gel ultrasonication method | |
| Das et al. | Dye degradation studies using immobilized pristine and waste polystyrene-TiO2/rGO/g-C3N4 nanocomposite photocatalytic film in a novel airlift reactor under solar light | |
| Hu et al. | Catalytic ozonation of simulated textile dyeing wastewater using mesoporous carbon aerogel supported copper oxide catalyst | |
| Neppolian et al. | Degradation of textile dye by solar light using TiO2 and ZnO photocatalysts | |
| CN101773820B (zh) | 一种染料敏化制备可见光活性光触媒的方法 | |
| Chen et al. | Hydrodynamic cavitation-enhanced photocatalytic activity of P-doped TiO2 for degradation of ciprofloxacin: Synergetic effect and mechanism | |
| Ahmadpour et al. | Photocatalytic treatment of spontaneous petrochemical effluents by TiO2 CTAB synthetic nanoparticles | |
| Utami et al. | Photocatalytic degradation of naphthol blue from Batik wastewater using functionalized TiO2-based composites | |
| Li et al. | Enhanced catalytic degradation of amoxicillin with TiO 2–Fe 3 O 4 composites via a submerged magnetic separation membrane photocatalytic reactor (SMSMPR) | |
| Jia et al. | Deep eutectic solvent electrolysis for preparing N and P co-doped titanium dioxide for rapid photodegradation of dyestuff and antibiotic | |
| CN113231059A (zh) | 用于电子束污水处理的复合催化剂及其制备方法和应用 | |
| Martínez et al. | FeIII supported on ceria as effective catalyst for the heterogeneous photo-oxidation of basic orange 2 in aqueous solution with sunlight | |
| CN107754819A (zh) | 一种合成具有可见光响应的光催化剂SnS2/Bi2WO6纳米片的制备方法 | |
| Nawaz et al. | Photocatalytic remediation of treated palm oil mill effluent contaminated with phenolic compounds using TiO2 nanomaterial | |
| Hassan et al. | Kinetic insights into solar-assisted fabrication and photocatalytic performance of CoWO4/NCW heterostructure | |
| Yatmaz et al. | Photocatalytic efficiencies of alternate heterogeneous catalysts: Iron modified minerals and semiconductors for removal of an AZO dye from solutions | |
| Eskandarloo et al. | Photocatalytic application of titania nanoparticles for degradation of organic pollutants | |
| CN104368338B (zh) | 一种具有氨基修饰的Pd/TiO2光催化剂的制备方法 | |
| Qian et al. | Photocatalytic reduction of bromate by ZnFe2O4 nanoparticles prepared using a solution phase mixing-evaporating solvent-calcination method at different calcination temperatures | |
| CN107537468A (zh) | 一种负载氧化石墨的钨酸铋基光催化剂的制备方法 | |
| Mahmoodi et al. | Investigation efficiency of nano photocatalytic compound of TiO2 and rice husk silica in removal of reactive red 198 dye from synthetic aqueous solutions | |
| CZ308888B6 (cs) | Nanokatalyzátor na bázi oxidů titanu a zirkonu, způsob jeho výroby a použití |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20240827 |