PL232137B1 - Sposób otrzymywania modyfikowanego rutylu - Google Patents
Sposób otrzymywania modyfikowanego rutyluInfo
- Publication number
- PL232137B1 PL232137B1 PL403392A PL40339213A PL232137B1 PL 232137 B1 PL232137 B1 PL 232137B1 PL 403392 A PL403392 A PL 403392A PL 40339213 A PL40339213 A PL 40339213A PL 232137 B1 PL232137 B1 PL 232137B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- nickel
- rutile
- hours
- titanium dioxide
- salt
- Prior art date
Links
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N titanium dioxide Inorganic materials O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 63
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 29
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 claims description 10
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims description 7
- KBJMLQFLOWQJNF-UHFFFAOYSA-N nickel(ii) nitrate Chemical group [Ni+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O KBJMLQFLOWQJNF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 5
- 150000002815 nickel Chemical class 0.000 claims description 5
- LGQLOGILCSXPEA-UHFFFAOYSA-L nickel sulfate Chemical compound [Ni+2].[O-]S([O-])(=O)=O LGQLOGILCSXPEA-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 5
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 4
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 3
- 229910021586 Nickel(II) chloride Inorganic materials 0.000 claims description 2
- QMMRZOWCJAIUJA-UHFFFAOYSA-L nickel dichloride Chemical compound Cl[Ni]Cl QMMRZOWCJAIUJA-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 229910000363 nickel(II) sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N Phenol Chemical compound OC1=CC=CC=C1 ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 19
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Substances N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 6
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 description 6
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 6
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 6
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- -1 Anatase nitrogen Chemical class 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 2
- 229910021653 sulphate ion Inorganic materials 0.000 description 2
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 125000000218 acetic acid group Chemical group C(C)(=O)* 0.000 description 1
- 239000003570 air Substances 0.000 description 1
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000002845 discoloration Methods 0.000 description 1
- JEGUKCSWCFPDGT-UHFFFAOYSA-N h2o hydrate Chemical compound O.O JEGUKCSWCFPDGT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100000956 nontoxicity Toxicity 0.000 description 1
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 1
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 description 1
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 235000011149 sulphuric acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Pigments, Carbon Blacks, Or Wood Stains (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Catalysts (AREA)
Description
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania modyfikowanego rutylu, który może znaleźć zastosowanie do oczyszczania ścieków organicznych.
Fotokatalityczne oczyszczanie wody, ścieków, powietrza a także samooczyszczające się powłoki oraz farby są bardzo obiecującymi metodami usuwania problematycznych zanieczyszczeń organicznych, z którymi nie radzą sobie tradycyjne metody. Co więcej procesy te są bezodpadowe i stosunkowo niedrogie. Obecnie głównymi wyzwaniami dla nauki w tej dziedzinie jest otrzymanie nowych materiałów o wysokiej aktywności pod oraz dużej trwałości i stabilności termicznej, chemicznej oraz odporności na działanie czynników zewnętrznych i długą żywotnością. Najpopularniejszym półprzewodnikiem stosowanym w fotokatalizie jest TiO2 ze względu na jego nietoksyczność i niską cenę. Dwutlenek tytanu występuje natomiast w trzech odmianach krystalograficznych - anataz, rutyl oraz brukit, z czego ten ostatni nie posiada właściwości fotokatalitycznych. Rutyl jest najbardziej stabilną formą dwutlenku tytanu i już w formie podstawowej odznacza się lepszą absorpcją promieniowania oraz niższą wartością energii przejścia, czyli absorbuje promieniowanie z zakresu widzialnego. Niemniej jednak większość badań nad modyfikacją fotokatalizatorów w celu poprawienia ich aktywności prowadzonych jest z anatazem. Powodem tego może być fakt, że szybkość rekombinacji elektron-dziura elektronowa jest zdecydowanie wyższa dla rutylu, co właściwie uniemożliwia jego praktyczne zastosowanie w formie podstawowej oraz znacznie utrudnia modyfikację.
Z polskiego opisu patentowego 213380 znany jest sposób otrzymywania rutylu fotoaktywnego w promieniowaniu widzialnym do odbarwiania ścieków barwnych, który charakteryzuje się tym, że przemysłowy zanieczyszczony niekalcynowany uwodniony dwutlenek tytanu w postaci kwasu metatytanowego z technologii siarczanowej, zawierający TiO2 do 66,8%; H2SO4 - do 2%; Sb - do 0.005%; Fe - do 0.06%; Si - do 0.13%; Mg - do 0.04%; V - do 0.005%; Na - do 0.06% oraz wodę w ilości stanowiącej uzupełnienie do 100% poddaje się kalcynacji w atmosferze gazowego amoniaku w temperaturach 6011000°C. Korzystnie w celu usunięcia kwasu siarkowego kwas metatytanowy przed kalcynacją przemywa się wodą i/lub wodą amoniakalną.
Nieoczekiwanie okazało się, że jednoczesna modyfikacja rutylu metalem - nikiel, oraz niemetalem - azot, prowadzi do otrzymanie materiału o wyjątkowo wysokie aktywności fotokatalitycznej pod wpływem promieniowania UV.
Sposób otrzymywania modyfikowanego rutylu, według wynalazku, wykorzystujący proces kalcynacji charakteryzuje się tym, że amorficzny ditlenek tytanu impregnuje się rozpuszczalną solą niklu, a następnie poddaje się procesowi kalcynacji w atmosferze amoniaku. Stosuje się sól w ilości odpowiadającej zawartości niklu od 1% mas. do 10% masowych w stosunku do ditlenku tytanu, korzystnie azotan niklu (II), siarczan niklu (II), chlorek niklu (II) bądź inną rozpuszczalną sól niklu. Kalcynację p rowadzi się przez co najmniej 4 godziny, w temperaturze powyżej przemiany fazowej w rutyl, to jest powyżej 750°C.
Sposób według wynalazku pozwala otrzymać materiał o niezwykle wysokiej aktywności w świetle widzialnym, znacznie wyższej niż te osiągane dla komercyjnie dostępnych materiałów. Co więcej aktywność ko-modyfikowanych według wynalazku materiałów jest znacznie wyższa niż sumaryczna aktywność rutylu modyfikowanego tylko azotem bądź tylko niklem, co świadczy o efekcie synergicznym takiej ko-modyfikacji. Otrzymany sposobem według wynalazku rutyl może być wykorzystany do rozkładu zanieczyszczeń organicznych na przykład fenolu czy kwasu octowego.
Materiały, których właściwości zostaną przytoczone w przykładach otrzymane zostały z komercyjnego dwutlenku tytanu, otrzymanego metodą siarczanową. Wodna zawiesina dwutlenku tytanu składa się w 35% z amorficznego anatazowego TiO2 oraz około 8% resztkowego kwasu siarkowego w stosunku do TiO2.
Sposób przedstawiony jest w przykładach wykonania, przy czym w przykłady od pierwszego do drugiego to przykłady porównawcze, w których przedstawiono wykorzystanie rutylu znanego ze stanu techniki do rozkładu kwasu octowego, zaś przykłady od czwartego do ósmego stanowią przykłady wykonania materiału według wynalazku i jego zastosowania do oczyszczania ścieków organicznych. P r z y k ł a d 1
Do pomiaru aktywności fotokatalitycznej zastosowano przykładowo modelowy roztwór fenolu o stężeniu 10 mg/l. Roztwór naświetlany był przy pomocy 6 lamp o mocy 20 W każda (Phillips) o natężeniu promieniowania 134.38 W/m2 Vis i 132.45 W/m2 UV (naświetlanie prowadzone było w odległości 15 cm od źródła promieniowania). W tym przykładzie przedstawiono rozkład fenolu na TiO2. W zlewce
PL 232 137 B1 umieszczono sproszkowany anatazowy dwutlenek tytanu modyfikowany azotem w 800°C (atmosfera amoniaku) w ilości 0,2 g/l oraz roztwór fenolu o stężeniu 10 mg/l, prowadzono proces adsorpcji prowadzono przez 1 godzinę. Po 1 godzinie stopień zaadsorbowania barwnika wynosił ok. 3%. Włączono lampy UV-Vis i prowadzono proces naświetlania próbek przez 5 godzin monitorując stężenie fenolu w całym czasie trwania naświetlania. Po 5 h dodatkowo zbadano stopień usunięcia ogólnego węgla organicznego (OWO). Początkowa stała szybkości rozkładu fenolu wynosiła 0,4 mg/dm3-h a stopień usunięcia OWO po 5 h wynosił 7%.
P r z y k ł a d 2
W tym przykładzie przedstawiono rozkład fenolu na TiO2. W zlewce umieszczono sproszkowany anatazowy dwutlenek tytanu modyfikowany niklem w ilości odpowiednio 1%, 5% i 10% w stosunku do zawartości TiO2 w 800°C (atmosfera argonu) w ilości 0,2 g/l oraz roztwór fenolu o stężeniu 10 mg/l, prowadzono proces adsorpcji prowadzono przez 1 godzinę. Po 1 godzinie stopień zaadsorbowania barwnika wynosił ok. 2%. Włączono lampy UV-Vis i prowadzono proces naświetlania próbek przez 5 godzin monitorując stężenie fenolu w całym czasie trwanie naświetlania. Po 5 h dodatkowo zbadano stopień usunięcia ogólnego węgla organicznego (OWO). Początkowa stała szybkości rozkładu fenolu wynosiła 0,5 mg/dm3-h dla 1% Ni, 0,3 mg/dm3-h dla 5% Ni oraz 0,9 mg/dm3-h dla 10% Ni a stopień usunięcia OWO po 5 h wynosił odpowiednio 2%, 0% oraz 0%.
P r z y k ł a d 3
Amorficzny ditlenek tytanu w ilości 24 g poddano impregnacji azotanem niklu. Ilość użytej soli dobrana była tak, aby stosunek niklu do TiO2 w mieszaninie impregnacyjnej wynosił 1% masowych. Następnie materiał poddano kalcynacji w atmosferze amoniaku przez 4 godziny w temperaturze 800°C. Otrzymano fotokatalizator, który zastosowano do fotokatalitycznego rozkładu fenolu. W zlewce umieszczono sproszkowany anatazowy dwutlenek tytanu modyfikowany niklem oraz azotem w ilości 0,2 g/l oraz roztwór fenolu o stężeniu 10 mg/l. Prowadzono proces adsorpcji przez 1 godzinę. Po 1 godzinie stopień zaadsorbowania barwnika wynosił ok. 3%. Włączono lampy UV-Vis i prowadzono proces naświetlania próbek przez 5 godzin monitorując stężenie fenolu w całym czasie trwanie naświetlania. Po 5 h dodatkowo zbadano stopień usunięcia ogólnego węgla organicznego (OWO). Początkowa stała szybkości rozkładu fenolu wynosiła ok. 5 mg/dm3-h dla 1% Ni, a stopień usunięcia OWO po 5 h wynosił odpowiednio ok. 30%.
P r z y k ł a d 4
Sposób jak w przykładzie trzecim, z tym, że do impregnacji zastosowano azotan niklu w ilości odpowiadającej zawartości 5% niklu w stosunku do TiO2. Początkowa stała szybkości rozkładu fenolu wynosiła 6,5 mg/dm3-h, a stopień usunięcia OWO po 5 h wynosił 34%.
P r z y k ł a d 5
Sposób jak w przykładzie czwartym, z tym, że do impregnacji zastosowano azotan niklu w ilości odpowiadającej zawartości 10% w stosunku do zawartości TiO2. Początkowa stała szybkości rozkładu fenolu wynosiła 9 mg/dm3-h, a stopień usunięcia OWO po 5 h wynosił 45%.
P r z y k ł a d 6
Sposób jak w przykładzie czwartym, z tym, że do impregnacji zastosowano siarczan niklu w ilości odpowiadającej zawartości 1% w stosunku do zawartości TiO2. Początkowa stała szybkości rozkładu fenolu wynosiła 4 mg/dm3-h, a stopień usunięcia OWO po 5 h wynosił 25%.
P r z y k ł a d 7
Sposób jak w przykładzie czwartym, z tym, że do impregnacji zastosowano siarczan niklu w ilości odpowiadającej zawartości 5% w stosunku do zawartości TiO2. Początkowa stała szybkości rozkładu fenolu wynosiła 5,5 mg/dm3-h, a stopień usunięcia OWO po 5 h wynosił 30%.
P r z y k ł a d 8
Sposób jak w przykładzie czwartym, z tym, że do impregnacji zastosowano siarczan niklu w ilości odpowiadającej zawartości 10% w stosunku do zawartości TiO2. Początkowa stała szybkości rozkładu fenolu wynosiła 8 mg/dm3-h, a stopień usunięcia OWO po 5 h wynosił 37%.
Claims (4)
- Zastrzeżenia patentowe1. Sposób otrzymywania modyfikowanego rutylu, wykorzystujący proces kalcynacji, znamienny tym, że amorficzny ditlenek tytanu impregnuje się rozpuszczalną solą niklu, a następnie poddaje się procesowi kalcynacji w atmosferze amoniaku.
- 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się sól w ilości odpowiadającej zawartości niklu od 1% mas. do 10% masowych w stosunku do ditlenku tytanu.
- 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako sól niklu stosuje się azotan niklu (II), siarczan niklu (II), chlorek niklu (II) lub inną, rozpuszczalną sól niklu.
- 4. Sposób wg. zastrz. 1, znamienny tym, że kalcynację prowadzi się przez co najmniej 4 godziny, w temperaturze powyżej przemiany fazowej w rutyl, to jest powyżej 750°C.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL403392A PL232137B1 (pl) | 2013-04-02 | 2013-04-02 | Sposób otrzymywania modyfikowanego rutylu |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL403392A PL232137B1 (pl) | 2013-04-02 | 2013-04-02 | Sposób otrzymywania modyfikowanego rutylu |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL403392A1 PL403392A1 (pl) | 2014-10-13 |
| PL232137B1 true PL232137B1 (pl) | 2019-05-31 |
Family
ID=51662775
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL403392A PL232137B1 (pl) | 2013-04-02 | 2013-04-02 | Sposób otrzymywania modyfikowanego rutylu |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL232137B1 (pl) |
-
2013
- 2013-04-02 PL PL403392A patent/PL232137B1/pl unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL403392A1 (pl) | 2014-10-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Sánchez-Martínez et al. | Synthesis of WO3 nanoparticles by citric acid-assisted precipitation and evaluation of their photocatalytic properties | |
| Wetchakun et al. | Efficient photocatalytic degradation of methylene blue over BiVO4/TiO2 nanocomposites | |
| Liu et al. | Photocatalytic perfermance of sandwich-like BiVO4 sheets by microwave assisted synthesis | |
| Pant et al. | CdS-TiO2 NPs decorated carbonized eggshell membrane for effective removal of organic pollutants: A novel strategy to use a waste material for environmental remediation | |
| Luevano-Hipolito et al. | Synthesis, characterization and photocatalytic activity of WO3/TiO2 for NO removal under UV and visible light irradiation | |
| Lee et al. | Effect of hydrothermal temperature on photocatalytic properties of TiO2 nanotubes | |
| Kadirova et al. | Adsorption and photodegradation of methylene blue by iron oxide impregnated on granular activated carbons in an oxalate solution | |
| WO2015120764A1 (zh) | 一种共掺杂TiO2催化剂及其制备方法 | |
| Lahmar et al. | Chromate reduction on the novel hetero-system La 2 NiO 4/TiO 2 under solar light | |
| CN104607230A (zh) | 一种复合光催化剂Bi2O3/g-C3N4及其制备方法和应用 | |
| BRPI0919582B1 (pt) | processo de decomposição de n2o | |
| Zhao et al. | Preparation, characterization and photocatalytic activity of N-doped NaTaO3 nanocubes | |
| CN102718257A (zh) | 一种由空心纳米颗粒组装成二氧化钛空心微球的制备方法 | |
| CA2723295A1 (en) | Photocatalytically active tio2-molded bodies | |
| PL232137B1 (pl) | Sposób otrzymywania modyfikowanego rutylu | |
| Yao et al. | Physical properties of nano-titania hollow fibers and their photocatalytic activity in the decomposition of phenol | |
| Wang et al. | Synthesis and characterization of C, N‐codoped TiO2 nanotubes/nanorods with visible‐light activity | |
| Gambhire et al. | Degradation of methylene blue via photocatalysis of transition metal-loaded sulfated TiO2 | |
| PL232138B1 (pl) | Sposób otrzymywania modyfikowanego anatazu | |
| Cheng et al. | Deep degradation of toluene on point-to-face Cu-Bi2WO6@ TiO2 heterojunction nanoflakes with rich oxygen vacancies and regulated energy band structure | |
| Wu et al. | Photocatalytic degradation of indigo carmine by ZnO-Cu2O/graphene oxide composites synthesized via hydrothermal method | |
| Gul et al. | Synthesis of magnetic ZnFe1. 5Al0. 5O4 nanoparticles and their photocatalytic activity testing under sunlight irradiation | |
| Zhang et al. | Effects of calcination temperature on properties of 0.3% La-3% In-TiO2 photocatalyst prepared using sol-gel method | |
| PL232136B1 (pl) | Sposób otrzymywania modyfikowanego rutylu | |
| Doan et al. | Characterization and photocatalytic activity of nano-TiO2 doped with iron and niobium for turquoise blue dye removal |