DE3890597C2 - Decomposition of organic chemicals with ceramic titanium membranes - Google Patents

Decomposition of organic chemicals with ceramic titanium membranes

Info

Publication number
DE3890597C2
DE3890597C2 DE3890597A DE3890597A DE3890597C2 DE 3890597 C2 DE3890597 C2 DE 3890597C2 DE 3890597 A DE3890597 A DE 3890597A DE 3890597 A DE3890597 A DE 3890597A DE 3890597 C2 DE3890597 C2 DE 3890597C2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
membranes
decomposition
titanium
membrane
ceramic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE3890597A
Other languages
German (de)
Other versions
DE3890597T1 (en
Inventor
Marc A Anderson
Simonetta Tunesi
Qunyin Xu
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wisconsin Alumni Research Foundation
Original Assignee
Wisconsin Alumni Research Foundation
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wisconsin Alumni Research Foundation filed Critical Wisconsin Alumni Research Foundation
Application granted granted Critical
Publication of DE3890597C2 publication Critical patent/DE3890597C2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A62LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62DCHEMICAL MEANS FOR EXTINGUISHING FIRES OR FOR COMBATING OR PROTECTING AGAINST HARMFUL CHEMICAL AGENTS; CHEMICAL MATERIALS FOR USE IN BREATHING APPARATUS
    • A62D3/00Processes for making harmful chemical substances harmless or less harmful, by effecting a chemical change in the substances
    • A62D3/10Processes for making harmful chemical substances harmless or less harmful, by effecting a chemical change in the substances by subjecting to electric or wave energy or particle or ionizing radiation
    • A62D3/17Processes for making harmful chemical substances harmless or less harmful, by effecting a chemical change in the substances by subjecting to electric or wave energy or particle or ionizing radiation to electromagnetic radiation, e.g. emitted by a laser
    • A62D3/176Ultraviolet radiations, i.e. radiation having a wavelength of about 3nm to 400nm
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J16/00Chemical processes in general for reacting liquids with non- particulate solids, e.g. sheet material; Apparatus specially adapted therefor
    • B01J16/005Chemical processes in general for reacting liquids with non- particulate solids, e.g. sheet material; Apparatus specially adapted therefor in the presence of catalytically active bodies, e.g. porous plates
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/08Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J19/12Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electromagnetic waves
    • B01J19/122Incoherent waves
    • B01J19/123Ultra-violet light
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A62LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62DCHEMICAL MEANS FOR EXTINGUISHING FIRES OR FOR COMBATING OR PROTECTING AGAINST HARMFUL CHEMICAL AGENTS; CHEMICAL MATERIALS FOR USE IN BREATHING APPARATUS
    • A62D2101/00Harmful chemical substances made harmless, or less harmful, by effecting chemical change
    • A62D2101/20Organic substances
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A62LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62DCHEMICAL MEANS FOR EXTINGUISHING FIRES OR FOR COMBATING OR PROTECTING AGAINST HARMFUL CHEMICAL AGENTS; CHEMICAL MATERIALS FOR USE IN BREATHING APPARATUS
    • A62D2101/00Harmful chemical substances made harmless, or less harmful, by effecting chemical change
    • A62D2101/20Organic substances
    • A62D2101/22Organic substances containing halogen

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von kera­ mischen Membranen und insbesondere die verläßliche und er­ folgreiche Verwendung von sowohl feinteiligen als auch poly­ meren keramischen Titanmembranen und Beschichtungen zur Zer­ setzung von dauerhaften organischen Verbindungen.The present invention relates to the use of kera mix membranes and especially the reliable and he consequent use of both fine and poly meren ceramic titanium membranes and coatings for Zer settlement of permanent organic compounds.

Keramische Membranen werden gegenwärtig in der Industrie und Wissenschaft für eine Vielzahl von Verfahren und Zwecken ver­ wandt, von denen die gebräuchlichsten Trennungen sind. Obwohl am häufigsten organische Membranen für Trennverfahren verwandt werden, erfreuten sich keramische Membranen wegen mehrerer Vorteile, die sie gegenüber organischen Membranen haben, zu­ nehmender Beliebtheit. Keramische Membranen haben eine größe­ re chemische Stabilität, da sie gegen organische Lösungs­ mittel, Chlor und extreme pH-Werte beständig sind. Kerami­ sche Membranen sind auch bei sehr hohen Temperaturen stabil, was eine effiziente Sterilisierung von Verfahrensausrüstun­ gen und pharmazeutischen Ausrüstungen erlaubt, die mit orga­ nischen Membranen oft nicht möglich ist. Weil keramische Mem­ branen anorganisch sind, sind sie im allgemeinen recht sta­ bil gegen mikrobielle oder biologische Zersetzung, die bei organischen Membranen gelegentlich ein Problem sein kann. Keramische Membranen sind auch mechanisch selbst unter hohen Drücken sehr stabil. Die Temperatur, die chemische und mecha­ nische Stabilität keramischer Membranen erlaubt es, sie wirk­ samer zu reinigen, als weniger dauerhafte Membranzusammenset­ zungen.Ceramic membranes are currently used in industry and Science for a variety of processes and purposes turns, of which the most common separations are. Although most commonly used organic membranes for separation processes ceramic membranes enjoyed several Advantages that they have over organic membranes increasing popularity. Ceramic membranes are one size  re chemical stability as it is against organic solutions medium, chlorine and extreme pH values are stable. Kerami cal membranes are stable even at very high temperatures, what an efficient sterilization of process equipment gene and pharmaceutical equipments allowed with orga African membranes is often not possible. Because ceramic mem industries are inorganic, they are generally quite sta against microbial or biological decomposition, which in organic membranes can occasionally be a problem. Ceramic membranes are also mechanical even under high ones Press very stable. The temperature, the chemical and mecha The stability of ceramic membranes allows them to be effective easier to clean than less permanent membrane assembly tongues.

Die Betriebsweise und Trennarten, die mit keramischen Mem­ branen erreicht werden können, werden allgemein von Asaeda et al., Jour. of Chem. Eng. of Japan, 19: 1, 72-77 (1986) dis­ kutiert. Gegenwärtig ist wenigstens eine Produktlinie kera­ mischer Filter auf dem Markt, die unter der Handelsbezeich­ nung "Ceraflo" von der Firma Norton in Worcester, Massachu­ setts, vermarktet wird.The mode of operation and types of separation with ceramic mem Branches that can be reached are generally from Asaeda et al., Jour. of Chem. Eng. of Japan, 19: 1, 72-77 (1986) dis cut. At least one product line is currently kera mixer filters on the market that are marketed under the trade name "Ceraflo" from Norton in Worcester, Massachu setts, is marketed.

Obwohl viele dieser Eigenschaften anorganische Membranen gegenüber organischen Membranen zu begünstigen scheinen, war die Verwendung dieser Membranen in vielfältigen kommerziel­ len Anwendungen bisher wegen der Schwierigkeit, rißfreie Mem­ branen zu produzieren, die eine definierte Porengröße und Porengrößenverteilung in erwünschten Bereichen haben, gering. Einige Arten von anorganischen Membranen nach dem Stand der Technik, wie die durch Aufbringung von Teilchen auf einen Siliciumdioxidträger hergestellten ultrastabilisierten Zir­ kondioxidmembranen, sind stabil, haben jedoch relativ große Porengrößen, die sie nur für Trennungen bei sehr hohem Mole­ kulargewicht geeignet machen. Although many of these properties are inorganic membranes seem to favor organic membranes The use of these membranes in a variety of commercial areas len applications so far because of the difficulty of crack-free mem to produce industries that have a defined pore size and Have a small pore size distribution in desired areas. Some types of prior art inorganic membranes Technique like that by applying particles to one Ultrastabilized zir condensation membranes are stable, but have relatively large ones Pore sizes that they only use for separations at very high moles Make the eyepiece weight suitable.  

Der Einfluß von Temperatur und Lichtintensität auf die photokatalytische Zersetzung von an TiO₂-Oberflächen adsorbiertem 3,4-Dichlorbiphenyl ist schon untersucht wor­ den, wie von S. Tunesi und M. Anderson in Photocatalysis of 3,4-DCB in TiO₂ aqueous Suspension: effects of temperature and light intensitv CIR-FTIR interfacial analysis, 16 Chemosphere 7, 1447, (1987) beschrieben. Dabei wurden wäßrige Titandioxid- Suspensionen verwendet. Es hat sich gezeigt, daß eine Steigerung der Intensität, d. h. der Anzahl der Photonen, während einer gegebenen Zeitdauer die Zersetzung der or­ ganischen Verbindung viel stärker begünstigt als eine der gesteigerten Intensität über diese Zeitdauer energetisch entsprechende Temperaturerhöhung der wäßrigen Titandi­ oxid-Suspension. The influence of temperature and light intensity on photocatalytic decomposition of 3,4-dichlorobiphenyl adsorbed on TiO₂ surfaces has already been investigated the as described by S. Tunesi and M. Anderson in Photocatalysis of 3,4-DCB in TiO₂ aqueous Suspension: effects of temperature and light intensive CIR-FTIR interfacial analysis, 16 Chemosphere 7, 1447, (1987). Aqueous titanium dioxide Suspensions used. It has been shown that an increase in intensity, i. H. the number of photons, the decomposition of the or ganic connection much more favored than one of the increased intensity over this period of time energetically corresponding temperature increase of the aqueous titanium di oxide suspension.  

Es wurde beträchtlicher Aufwand in die Schaffung von Metall­ oxidmembranen unter Verwendung von Aluminium gesteckt. So wurde beispielsweise gezeigt, daß die Verwendung von Sol-Gel- Techniken die reproduzierbare Herstellung von keramischen Aluminiumoxidmembranen erlaubt, die trägergestützt oder frei sein können; LeEnaars et al., Jour. of Membrane Science, 24, 261-270 (1985). Es wurde gezeigt, daß durch die Steuerung verschiedener Verfahrensparameter verläßliche Verfahren zur Schaffung von keramischen Aluminiumoxidmembranen mit relativ feinen Poren und einer verläßlichen Größenverteilung der Po­ ren entwickelt werden können.There has been considerable effort in the creation of metal oxide membranes inserted using aluminum. So For example, it has been shown that the use of sol-gel Techniques the reproducible production of ceramic Alumina membranes are allowed to be supported or free could be; LeEnaars et al., Jour. of Membrane Science, 24, 261-270 (1985). It has been shown that by the controller various process parameters reliable processes for Creation of ceramic alumina membranes with relative fine pores and a reliable size distribution of the buttocks can be developed.

Das Wissen auf diesem Gebiet zur Herstellung von keramischen Titandioxidmembranen ist bislang begrenzt. Die meisten der Sol-Gel-Techniken unter Verwendung von Titan fielen auf die Herstellung sehr dünner feinteiliger Filme wegen deren op­ tischen und korrosionsbeständigen Eigenschaften. Gleichwohl sind die verschiedenen Parameter, die für die reproduzierbare und gleichmäßige Herstellung von diesen oder ähnlichen Filmen notwendig sind, bisher nicht eingehend auf eine Weise be­ schrieben worden, daß sie einfach wiederholbar sind.The knowledge in this field for the production of ceramic Titanium dioxide membranes have so far been limited. The most of Sol-gel techniques using titanium fell on the Production of very thin, finely divided films because of their op table and corrosion-resistant properties. Nevertheless are the different parameters for reproducible and uniform production of these or similar films are not yet in any way necessary have been written that they are easily repeatable.

Es ist vor einiger Zeit erkannt worden, daß viele toxische organische Chemikalien auf suspendierten wasserhaltigen Oxid­ teilchen zersetzt werden können. Die bisherige Forschung neigte dazu, sich auf leicht zu zersetzende Verbindungen, wie Acetat, und auf die Verwendung von suspendierten Teil­ chen zur Zersetzung solcher Verbindungen zu konzentrieren. Es gibt beispielsweise im Stand der Technik Lehren zur Ver­ wendung von Suspensionen von Titandioxidteilchen zur Zerset­ zung von komplexen organischen Molekülen. Die Verwendung die­ ser suspendierten Teilchen für diese Verfahren stellt jedoch eine ernsthafte Beschränkung dar, weil feste Substrate deut­ lich einfacher zu verwenden sind. Gleichwohl stellen völlig feste Substrate nicht genügend Oberfläche für eine wirksame Katalysierung in annehmbaren Zeiträumen bereit. It was recognized some time ago that many are toxic organic chemicals on suspended hydrated oxide particles can be decomposed. The previous research tended to rely on easily decomposing connections, like acetate, and on the use of suspended part to concentrate on the decomposition of such compounds. For example, there are teachings in the prior art on ver Use of suspensions of titanium dioxide particles for decomposition complex organic molecules. The use of the however, suspended particles for these processes is a serious limitation because solid substrates indicate are easier to use. Nevertheless pose completely solid substrates not enough surface for an effective Catalysis ready in acceptable time frames.  

Es ist somit Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren für die einfache und wirkungsvolle Zersetzung komplexer organischer Substanzen bereitzustellen.It is therefore an object of the invention to provide a method for simple and effective To provide decomposition of complex organic substances.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. This object is achieved by the method according to claim 1.  

Weitere Ziele, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfin­ dung werden aus der nachstehenden Beschreibung deutlich.Further aims, advantages and characteristics of the present inven dung become clear from the description below.

Die vorliegende Erfindung ist auf die Verwendung von Titan­ oxidmembranen für die Zersetzung von organischen Molekülen gerichtet. Hinsichtlich der Herstellungsmethoden von Titan­ membranen gibt es zwei Varianten. Die erste Variante bein­ haltet die Gelierung eines kolloidalen Sols. Diese erste Variante verwendet einen Geltyp, der im allgemeinen feintei­ lig ist, jedoch zu einer kohärenten Masse geformt werden kann, wenn die Verfahrensvariablen sorgfältig gesteuert wer­ den, und nach der Gelierung zu einer konsistenten und gleich­ förmigen Membran führen kann. Die zweite Verfahrensvariante beinhaltet die Hydrolyse einer metallorganischen Titanverbin­ dung unter Bildung einer löslichen Zwischenverbindung, die dann zu einem anorganischen Titanpolymer kondensiert. Da es für die Katalyse erwünscht ist, daß die für das Substrat ver­ fügbare Oberfläche maximiert wird, ist eine poröse oder fein­ teilige Titanmembran für das erfindungsgemäße Verfahren be­ vorzugt.The present invention is based on the use of titanium oxide membranes for the decomposition of organic molecules directed. Regarding the manufacturing methods of titanium Membranes are of two types. The first variant leg stop the gelation of a colloidal sol. This first Variant uses a gel type that is generally fine is lig, but be formed into a coherent mass can, if the process variables are carefully controlled that, and after gelation to a consistent and equal shaped membrane can lead. The second process variant involves the hydrolysis of an organometallic titanium compound formation to form a soluble intermediate, the then condensed to an inorganic titanium polymer. Because it for catalysis it is desirable that the ver available surface is maximized is porous or fine Partial titanium membrane for the inventive method be prefers.

Das Verfahren schließt demnach die Herstellung eines fein­ teiligen Gels ein, das dann gebrannt wird, um ein keramisches Material zu erhalten. In diesem Verfahren gibt es vier ein­ zelne Variablen, die sorgfältig gesteuert werden müssen. Die erste ist das Verhältnis von Wasser zu Titan im kolloi­ dalen Sol, so daß das Gel richtig gebildet wird. Das Ver­ hältnis ist vorzugsweise kleiner als etwa 300 : 1, Wasser : Ti­ tanatomen, auf Molbasis. Das zweite Kriterium ist die rich­ tige Auswahl eines alkoholischen Lösungsmittels. Das alko­ holische Lösungsmittel ist vorzugsweise ein Alkylalkohol, der vom Alkylrest im als Ausgangsmaterial verwandten Titan­ alkoxid verschieden ist. Die dritte Betrachtung betrifft die enge pH-Steuerung der kolloidalen Mischung. Diese pH- Steuerung begrenzt die Verfügbarkeit freier Protonen rela­ tiv zu den Titanmolekülen. Die vierte Betrachtung betrifft die obere Grenze der Sintertemperaturen, denen das resul­ tierende Gel während des Brennens ausgesetzt werden. Brenn­ temperaturen von oberhalb etwa 500°C können zu einer unan­ nehmbaren Zahl von Rissen in der resultierenden Keramik füh­ ren.The process therefore includes the production of a fine one-piece gel, which is then fired to make a ceramic  Get material. There are four in this procedure individual variables that need to be carefully controlled. The first is the ratio of water to titanium in the colloi dalen Sol so that the gel is properly formed. The Ver Ratio is preferably less than about 300: 1, water: Ti tanatoms, on a mole basis. The second criterion is the rich selection of an alcoholic solvent. The alko holic solvent is preferably an alkyl alcohol, of the alkyl radical in the titanium used as the starting material alkoxide is different. The third consideration concerns the tight pH control of the colloidal mixture. This pH Control limits the availability of free protons rela tiv to the titanium molecules. The fourth consideration concerns the upper limit of the sintering temperatures to which the resul be exposed to gel during firing. Brenn temperatures above about 500 ° C can lead to an unan acceptable number of cracks in the resulting ceramic ren.

Die Herstellung einer feinteiligen Titanmembran fängt mit einem Titanalkoxid an. Das Titanalkoxid wird zuerst bei Raumtemperatur hydrolysiert. Die typische Reaktion ist dem­ nach:The production of a finely divided titanium membrane begins a titanium alkoxide. The titanium alkoxide is first at Room temperature hydrolyzed. The typical reaction is that to:

TiR₄ + 4H₂O → Ti(OH)₄ + 4R.TiR₄ + 4H₂O → Ti (OH) ₄ + 4R.

Der Rest R kann ein jedes Alkyl sein, jedoch wurde gefunden, daß Titantetraisopropoxid, Ti(iso-OC₃H₇)₄, ein bequemes Aus­ gangsmaterial ist.The radical R can be any alkyl, but it has been found that titanium tetraisopropoxide, Ti (iso-OC₃H₇) ₄, a convenient end is gear.

Das Titanalkoxid wird zuerst in einem organischen Alkohol gelöst. Es wurde gefunden, daß die Hydrolyse durch die Ver­ wendung eines Alkylalkohollösungsmittels, in dem das Alkyl vom Alkyl im Titanalkoxid verschieden ist, erleichtert wird, beispielsweise bei Ethanol und Titantetraisopropoxid. Wasser wird dann in Anteilen in einem Gesamtvolumen vom 200- bis 300fachen, auf Molbasis, des vorhandenen Titans zugefügt. Das resultierende Titanhydroxid, Ti(OH)₄ fällt aus der Lö­ sung aus.The titanium alkoxide is first in an organic alcohol solved. It has been found that hydrolysis by Ver use of an alkyl alcohol solvent in which the alkyl is different from alkyl in titanium alkoxide, is facilitated, for example with ethanol and titanium tetraisopropoxide. water  is then in proportions in a total volume from 200 to 300 times, on a mole basis, of the titanium present. The resulting titanium hydroxide, Ti (OH) ₄ falls from the Lö solution.

Der Titanhydroxidniederschlag wird dann, wieder bei Raum­ temperatur, mit HNO₃ aufgelöst. Dieser Schritt wandelt den Niederschlag in eine hoch dispergierte, stabile, kolloidale Lösung oder ein Sol um. Diese Suspension wird durch Rühren für etwa 12 Stunden unter mäßigem Erwärmen (85 bis 95°C) zur Unterstützung der Kolloidbildung dispergiert gehalten. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur geliert das Kolloid. Das Gel kann auf einem Träger, wie Glas oder einer optischer Fa­ ser, verfestigt werden oder in Formen abgelagert oder in Form von Folien geschichtet werden, um selbsttragende Struk­ turen herzustellen. Das Gel wird dann bei einer Brenntempera­ tur von nicht mehr als etwa 500°C unter Erhalt einer trocke­ nen Hartkeramik gebrannt. Höhere Brenntemperaturen können zum Reißen der Membran führen. Das Ergebnis ist ein hoch poröses kontinuierliches Gewebe gesinterter Teilchen, die eine starre Membran bilden.The titanium hydroxide precipitate will then, again at room temperature, dissolved with HNO₃. This step changes the Precipitation into a highly dispersed, stable, colloidal Solution or a sol um. This suspension is made by stirring for about 12 hours with moderate heating (85 to 95 ° C) Support for colloid formation kept dispersed. To upon cooling to room temperature the colloid gels. The Gel can be on a support such as glass or an optical company water, be solidified or deposited in forms or in Form of foils can be layered to self-supporting structure manufacture doors. The gel is then at a firing temperature ture of no more than about 500 ° C to obtain a dry fired hard ceramic. Higher firing temperatures can cause the membrane to tear. The result is a high porous continuous tissue of sintered particles, the form a rigid membrane.

Die resultierende keramische Titanmembran funktioniert als hoch erwünschtes Substrat für die photokatalysierte Zerset­ zung von organischen Molekülen. Die Oberfläche der Membranen ist hoch porös, wodurch organische Moleküle leicht absorbiert werden. Die Titanmoleküle sind für die katalytische Wirksam­ keit leicht verfügbar. Die Katalyse wird durch UV-Licht und breitspektrale UV-Strahlung aktuiert, sogar Sonnenlicht ist verwendbar, obwohl intensives künstliches UV-Licht zu einer Erhöhung der Zersetzungsgeschwindigkeit führen kann.The resulting ceramic titanium membrane works as highly desirable substrate for the photocatalyzed decomposition organic molecules. The surface of the membranes is highly porous, making it easy to absorb organic molecules will. The titanium molecules are effective for catalytic purposes readily available. Catalysis is by UV light and broad-spectrum UV radiation is actuated, even sunlight usable, although intense artificial UV light into one Can increase the rate of decomposition.

Beispiel 1example 1 a) Herstellung von feinteiligen Membranena) Production of fine-particle membranes

Titantetraisopropoxid wurde von der Aldrich Chemical Company bezogen. Das für die Reaktionen verwandte Wasser wurde unter Verwendung eines Milli-Q-Wasserreinigungssystems der Milli­ pore Corporation deionisiert. Titanium tetraisopropoxide was obtained from the Aldrich Chemical Company based. The water used for the reactions was under Using a Milli-Q water purification system from Milli pore corporation deionized.  

Eine Serie von Experimenten zur Hydrolyse und Gelbildung aus Teilchen wurde unter Verwendung einer Vielzahl von pH-Werten und Verhältnissen zwischen der Wasserkonzentra­ tion und der Titanionenkonzentration durchgeführt. Die Er­ gebnisse sind in Tabelle 1 nachstehend zusammengefaßt.A series of experiments on hydrolysis and gel formation particles were made using a variety of pH values and relationships between the water concentration tion and the titanium ion concentration. The he Results are summarized in Table 1 below.

Tabelle 1 Table 1

Aus den oben angegebenen Daten wird deutlich, daß die stabilen Titansole am besten erzielt werden können, wenn das Molverhält­ nis von freien Wasserstoffionen (von der Säure) zu den Titan­ molekülen zwischen 0,1 und 1,0 liegt. Dieser Bereich kann nur in relativ verdünnten Sollösungen, wie denen der Gruppe B der Tabelle, ausgedehnt werden. Der Grund hierfür ist nicht vollständig verstanden, kann jedoch im erhöhten Ab­ stand zwischen den Teilchen in stärker verdünnten Lösungen liegen, was die Aggregation schwieriger als in konzentrier­ ten Solen macht. Nur stabile Sole können dann richtig durch Verdampfen in kohärente transparente Gele und danach durch Protolyse in kohärente Oxidmembranen umgewandelt werden.From the data given above it is clear that the stable Titanium sols can best be achieved if the molar ratio nis from free hydrogen ions (from acid) to titanium  molecules is between 0.1 and 1.0. This area can only in relatively dilute target solutions, such as those of the group B of the table. The reason for this is not fully understood, but can stood between the particles in more dilute solutions lie, which makes aggregation more difficult than in concentrating ten Solen does. Only stable brine can then go through properly Evaporate into coherent transparent gels and then through Protolysis can be converted into coherent oxide membranes.

Es wurde gefunden, daß die Säure das Gelierungsvolumen be­ einflußt. Das Gelierungsvolumen geht durch ein Minimum, wenn die Säurekonzentration etwa 0,4 Mol an freien Protonen pro Mol Titan beträgt. Die Sole müssen wenigstens 4,5% ihres ursprünglichen Gewichts, je nach Elektrolytkonzentration, verlieren, um zum Gelierungspunkt zu gelangen. Die Sole müssen etwa weitere 97,6% ihres ursprünglichen Gewichts verlieren, um das feste Endgel zu bilden. Erhitzen der End­ gele im Sinterungsverfahren führt zu einem weiteren Ge­ wichtsverlust von etwa 13,5%, ohne die interne Gelstruktur zu zerstören.The acid was found to be the volume of gelation influences. The gel volume goes through a minimum if the acid concentration about 0.4 mol of free protons per Mole of titanium is. The brine must have at least 4.5% of its original weight, depending on the electrolyte concentration, lose to get to the gel point. The brine need about another 97.6% of their original weight lose to form the final solid gel. Heating the end gel in the sintering process leads to another Ge weight loss of about 13.5% without the internal gel structure to destroy.

b) Degradierung von PCB auf den trägergeschützten TiO₂- Membranenb) degradation of PCB on the carrier-protected TiO₂ Membranes

Zur Verminderung der Gegenwart von TiO₂-Teilchen in Lösung als Folge von Kantenlösung wird die glasgestützte Membran zuvor über Nacht in destilliertem Wasser gerührt. Das 3,4- Dichlorbiphenyl (3,4-DCB) (0,05 mg aus Hexanlösung) wurde der Membran durch Verdampfenlassen des Lösungsmittels zuge­ führt. Die Membran wurde dann in 50 ml Milli-Q-destilliertes Wasser eingetaucht und dann in einen zylindrischen Pyrexbe­ hälter gegeben. Der Temperatureinfluß auf die Zersetzung von auf TiO₂-Teilchen adsorbiertem 3,4-DCB ist bereits unter­ sucht worden. To reduce the presence of TiO₂ particles in solution as a result of edge solution the glass-supported membrane previously stirred overnight in distilled water. The 3,4- Dichlorobiphenyl (3,4-DCB) (0.05 mg from hexane solution) added to the membrane by allowing the solvent to evaporate leads. The membrane was then distilled in 50 ml Milli-Q Submerged water and then in a cylindrical pyrexbe given more. The temperature influence on the decomposition of 3,4-DCB adsorbed on TiO₂ particles is already under been searched.  

Deshalb wurde eine konstante Temperatur von 60°C für die Ex­ perimente gewählt. Die Temperatur wurde durch Eintauchen des Pyrexgefäßes in ein thermostatisiertes Wasserbad kon­ stant gehalten. Die Bestrahlung erfolgte mit einer UV- Lichtquelle hoher Intensität, einer Xe-Mg-Lampe, etwa einer LPS 200 von Photo Technology International. Ein Vergleichs­ experiment wurde unter dunklen Bedingungen durchgeführt. Nach 5stündiger Bestrahlung wurde das 3,4-DCB mit einer (100 : 100 ml) Hexan/Aceton-Mischung soxhlet-extrahiert. Die Feine wurde mit Hexan (5 ml × 4) aus 5 ml Wasser extrahiert. Eine gaschromatische Analyse wurde zur Bestimmung der Kon­ zentration der organischen Bestandteile mit einem Hewlett Packard 5730 Gaschromatographen, ausgerüstet mit einem EC- Detektor und einer Kapillarsäule, durchgeführt. Der Prozent­ anteil Zersetzung wurde berechnet, wobei das dunkle Experi­ ment als Vergleich mit Null Zersetzung angenommen wurde. Die maximale beobachtete Zersetzung auf der Membran betrug 93%, während die Zersetzung in Wasser, als Folge der Ab­ sorption von organischen Bestandteilen an TiO₂-Feine, 75% betrug. Die gewichtsmäßige Rückgewinnung der organischen Be­ standteile im Dunkelexperiment betrug, unter Berücksichti­ gung der Menge an auf der Membran niedergeschlagenen orga­ nischen Bestandteile, 37%.Therefore a constant temperature of 60 ° C for the Ex experiments selected. The temperature was determined by immersion the Pyrex vessel in a thermostatted water bath con kept constant. The irradiation was carried out with a UV High intensity light source, a Xe-Mg lamp, such as one LPS 200 from Photo Technology International. A comparison experiment was carried out under dark conditions. After 5 hours of irradiation, the 3,4-DCB with a (100: 100 ml) hexane / acetone mixture soxhlet extracted. The Feine was extracted from 5 ml of water with hexane (5 ml x 4). A gas chromatographic analysis was used to determine the con concentration of the organic components with a Hewlett Packard 5730 gas chromatograph equipped with an EC Detector and a capillary column. The percent proportion of decomposition was calculated, the dark Experi ment was assumed as a comparison with zero decomposition. The maximum observed decomposition on the membrane was 93%, during the decomposition in water, as a result of the Ab sorption of organic components on fine TiO₂, 75% scam. The weight recovery of the organic loading components in the dark experiment was, taking into account the amount of orga deposited on the membrane African ingredients, 37%.

c) Zersetzung von Salicylsäure (SALA) und 3-Chlorsalicyl­ säure (3-ChS) auf nicht trägergestützten TiO₂-Membranenc) Decomposition of salicylic acid (SALA) and 3-chlorosalicyl acid (3-ChS) on unsupported TiO₂ membranes

Die photokatalytische Zersetzung von Salicylsäure (SALA) wurde in einem photochemischen Reaktor, der eine zylindri­ sche Anordnung hatte und in den nicht trägergestütztes TiO₂ gegeben wurde, durchgeführt. Der Reaktor war so angeordnet, daß die Flüssigkeit darin um eine Hanovia-UV-Hg-Bestrahlungs­ lampe zirkulierte. Die Temperatur wurde durch einen zirku­ lierenden Wassermantel kontrolliert. Ein Farbfilter, 5 × 10-2M NaVO₃ und 5% NaOH, wurde zwischen der UV-Lampe und der Suspension zur Verminderung der UV-Durchlässigkeit bei 340 nm zur Verminderung der direkten organischen Photo­ zersetzung zirkuliert. Zuvor war gefunden worden, daß Sali­ cylatlösung nach 4 Stunden bei einer Temperatur von 45°C eine 25%ige Zersetzung gegenüber einer 25 mikromolaren Aus­ gangslösung zeigt.The photocatalytic decomposition of salicylic acid (SALA) was carried out in a photochemical reactor which had a cylindrical arrangement and was placed in the unsupported TiO₂. The reactor was arranged so that the liquid circulated around a Hanovia UV-Hg radiation lamp. The temperature was controlled by a circulating water jacket. A color filter, 5 × 10 -2 M NaVO₃ and 5% NaOH, was circulated between the UV lamp and the suspension to reduce the UV transmission at 340 nm to reduce the direct organic photo decomposition. It had previously been found that salicylic solution after 4 hours at a temperature of 45 ° C showed a 25% decomposition compared to a 25 micromolar starting solution.

Die Photokatalyse von SALA wurde bei pH 3,7 und einer Tem­ peratur von 29°C durchgeführt. Die TiO₂-Membran war bei 375°C gebrannt worden. 5 ml 20 mM SALA wurden zu 700 ml der Lösung gegeben, deren pH über Nacht equilibriert worden war. Nach Zugabe des SALA wurde die Suspension eine Stunde equi­ libriert, was aus kinetischen Experimenten als zur Errei­ chung des Gleichgewichts ausreichende Zeit bekannt war. Die SALA-Konzentration in der Gleichgewichtslösung wurde durch Ultrafiltration mit einer Nucleopore 0,05 Mikron Membran zu 88 × 10-6 M bestimmt. Die Lösung wurde dann 3 h 40 min be­ strahlt, die SALA-Konzentration erneut gemessen und zu 0,6 × 10-6 M oder 0,7% der Anfangskonzentration bestimmt.The photocatalysis of SALA was carried out at pH 3.7 and a temperature of 29 ° C. The TiO₂ membrane had been fired at 375 ° C. 5 ml of 20 mM SALA was added to 700 ml of the solution, the pH of which had been equilibrated overnight. After adding the SALA, the suspension was equilibrated for one hour, which was known from kinetic experiments as sufficient time to reach equilibrium. The SALA concentration in the equilibrium solution was determined to be 88 × 10 -6 M by ultrafiltration with a Nucleopore 0.05 micron membrane. The solution was then irradiated for 3 h 40 min, the SALA concentration measured again and determined to be 0.6 × 10 -6 M or 0.7% of the initial concentration.

Eine ähnliche Reaktion wurde mit 3-Chlorsalicylat (3-ChS) im gleichen Reaktortyp durchgeführt. Nach 3 h bei 25°C wurde der Zersetzungsgrad für 3-ChS zu etwa 90% der Anfangskon­ zentration bestimmt.A similar reaction was carried out with 3-chlorosalicylate (3-ChS) carried out in the same reactor type. After 3 h at 25 ° C. the degree of decomposition for 3-ChS to about 90% of the initial con center determined.

Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf die hier zur Erläuterung angegebenen besonderen Materialien, Strukturen und Verfahren beschränkt ist, sondern modifizierte Formen davon einschließt, wie sie von den nachfolgenden Ansprüchen umfaßt werden.It is understood that the invention is not based on the here Explanation given special materials, structures and process is limited, but modified forms including as defined by the following claims be included.

Claims (4)

1. Verfahren zur Zersetzung organischer Moleküle an Titandioxid-Oberflächen, welches die folgenden Schritte aufweist:
  • a) Aussetzen organischer Moleküle in Lösung einer Titandioxid-Oberfläche, wobei die organischen Moleküle mit der Oberfläche in Kontakt kommen;
  • b) Bestrahlen der Titandioxid-Oberfläche mit ultraviolettem Licht, wobei sich die orga­ nischen Moleküle durch das ultraviolette Licht unter der katalytischen Wirkung der Titandioxid-Oberfläche zersetzen,
1. A process for the decomposition of organic molecules on titanium dioxide surfaces, which comprises the following steps:
  • a) exposing organic molecules in solution to a titanium dioxide surface, the organic molecules coming into contact with the surface;
  • b) irradiating the titanium dioxide surface with ultraviolet light, the organic molecules being decomposed by the ultraviolet light under the catalytic action of the titanium dioxide surface,
dadurch gekennzeichnet, daß die Titandioxid-Oberfläche die Oberfläche einer kerami­ schen, porösen Titanmembran ist. characterized in that the titanium dioxide surface is the surface of a ceramic porous titanium membrane. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die organischen Moleküle polychlorierte Biphenyle sind.2. The method according to claim 1, characterized in that the organic molecules are polychlorinated biphenyls. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt a) die organi­ schen Moleküle in Lösung von der Membran absorbiert werden.3. The method according to claim 1, characterized in that in step a) the organi molecules in solution are absorbed by the membrane.
DE3890597A 1987-07-27 1988-07-26 Decomposition of organic chemicals with ceramic titanium membranes Expired - Lifetime DE3890597C2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US7804387A 1987-07-27 1987-07-27
PCT/US1988/002539 WO1989000985A1 (en) 1987-07-27 1988-07-26 Degradation of organic chemicals with titanium ceramic membranes

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE3890597C2 true DE3890597C2 (en) 1996-11-07

Family

ID=22141566

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE3890597A Expired - Lifetime DE3890597C2 (en) 1987-07-27 1988-07-26 Decomposition of organic chemicals with ceramic titanium membranes

Country Status (5)

Country Link
JP (1) JP2739128B2 (en)
CA (1) CA1334520C (en)
DE (1) DE3890597C2 (en)
GB (1) GB2217321B (en)
WO (1) WO1989000985A1 (en)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4002437A1 (en) * 1990-01-27 1991-08-01 Man Technologie Gmbh Catalytic gas phase decomposition of organic halogen cpds.
US5137607A (en) * 1990-04-27 1992-08-11 Wisconsin Alumni Research Foundation Reactor vessel using metal oxide ceramic membranes
GB9102766D0 (en) * 1991-02-09 1991-03-27 Tioxide Group Services Ltd Destruction process
GB9102767D0 (en) * 1991-02-09 1991-03-27 Tioxide Group Services Ltd Destruction process
US5468699A (en) * 1992-07-30 1995-11-21 Inrad Molecular sieve - photoactive semiconductor membranes and reactions employing the membranes
US6284314B1 (en) 1993-12-09 2001-09-04 Agency Of Industrial Science & Technology, Ministry Of International Trade & Industry Porous ceramic thin film and method for production thereof
JP2636158B2 (en) * 1993-12-09 1997-07-30 工業技術院長 Titanium oxide porous thin film photocatalyst and method for producing the same
US10471289B2 (en) 2017-01-04 2019-11-12 King Abdulaziz University Carbon-modified titanium dioxide nanoparticles and the photocatalytic remediation of aqueous sources systems and methods thereof

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4072596A (en) * 1975-04-30 1978-02-07 Westinghouse Electric Corporation Apparatus for removal of contaminants from water
JPS594436A (en) * 1982-06-29 1984-01-11 Toshiba Corp Photochemical reaction method using solar light
JPS60118289A (en) * 1983-11-30 1985-06-25 Giken Kogyo Kk Water purifying method
US4659443A (en) * 1984-08-22 1987-04-21 Pcb Sandpiper, Inc. Halogenated aromatic compound removal and destruction process
US4585533A (en) * 1985-04-19 1986-04-29 Exxon Research And Engineering Co. Removal of halogen from polyhalogenated compounds by electrolysis

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CIR-FTIR interfacial analysis, 16 Chemosphere 7, 1447, (1987) *

Also Published As

Publication number Publication date
GB2217321B (en) 1991-11-27
JP2739128B2 (en) 1998-04-08
WO1989000985A1 (en) 1989-02-09
CA1334520C (en) 1995-02-21
GB2217321A (en) 1989-10-25
GB8906707D0 (en) 1989-05-24
JPH02500258A (en) 1990-02-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5006248A (en) Metal oxide porous ceramic membranes with small pore sizes
DE69728452T3 (en) Particles, aqueous dispersion and film of titanium oxide and its preparation
US5104539A (en) Metal oxide porous ceramic membranes with small pore sizes
DE69929593T2 (en) TITANIUM DIOXIDE SOL, THIN FILM AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF
US5035784A (en) Degradation of organic chemicals with titanium ceramic membranes
DE19721697B4 (en) Process for the preparation of a ceramic titanium dioxide paint
DE69827027T2 (en) USING TITANIUM DIOXIDE AS A PHOTO CATALYST
DE10301984B4 (en) Flexible, breathable polymer film
DE69728516T2 (en) METHOD FOR PRODUCING A THIN LAYER OF TITANIUM OXIDE AND CATALYST FOR PHOTODECOMPOSITION
DE3890597C2 (en) Decomposition of organic chemicals with ceramic titanium membranes
DE2365265A1 (en) MOLECULARSIES AND THEIR PRODUCTION
EP0280926A1 (en) Method for purifying industrial-waste waters by electrochemical oxidation
EP0425252B1 (en) Metal oxide porous ceramic membranes with small pore sizes
EP0098946A2 (en) Organopolysiloxanes which contain sulfonate groups, process for preparing them and their use
WO1993017790A1 (en) Abrasion-resistant carrier catalyst
DE102016118664A1 (en) Catalytic oxidation of aqueous organic contaminants
US6365007B1 (en) Photocatalysts for the degradation of organic pollutants
DE60314650T2 (en) PROCESS FOR PREPARING SOLUTIONS FOR USE AS COATINGS IN PHOTOCATALYTIC AND TRANSPARENT FILMS
DE4227720A1 (en) Prepn. of coatings of spinel - by hydrolysing magnesium aluminium-alkoxide in presence of water, peptising suspension with acid, ageing suspension, coating substrate with resulting colloidal soln., drying and calcining
US5169576A (en) Method of making metal oxide ceramic membranes with small pore sizes
DE102005010320A1 (en) Surface modified zinc oxide particles
DE4216119A1 (en) Process for the preparation and concentration of silica sols
JP6660691B2 (en) Photocatalyst composite particles and method for producing the same
RU2581359C1 (en) Photocatalytic coating
EP0812803A1 (en) Preparation of silica sol dispersions in low boiling points alcohols,with a low salt content

Legal Events

Date Code Title Description
8110 Request for examination paragraph 44
D2 Grant after examination
8364 No opposition during term of opposition