PL233343B1 - Sposób otrzymywania warstwowego fotokatalizatora magnetycznego - Google Patents
Sposób otrzymywania warstwowego fotokatalizatora magnetycznegoInfo
- Publication number
- PL233343B1 PL233343B1 PL423293A PL42329317A PL233343B1 PL 233343 B1 PL233343 B1 PL 233343B1 PL 423293 A PL423293 A PL 423293A PL 42329317 A PL42329317 A PL 42329317A PL 233343 B1 PL233343 B1 PL 233343B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- particles
- magnetic
- microemulsion
- semiconductor
- tio2
- Prior art date
Links
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 title claims description 67
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 61
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 119
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 86
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 86
- 239000006249 magnetic particle Substances 0.000 claims description 69
- 239000004530 micro-emulsion Substances 0.000 claims description 59
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Substances [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 51
- 235000010215 titanium dioxide Nutrition 0.000 claims description 49
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 claims description 47
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 44
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 43
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 38
- 235000010482 polyoxyethylene sorbitan monooleate Nutrition 0.000 claims description 33
- 229920000053 polysorbate 80 Polymers 0.000 claims description 33
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 31
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 30
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 29
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 29
- ZSIAUFGUXNUGDI-UHFFFAOYSA-N hexan-1-ol Chemical compound CCCCCCO ZSIAUFGUXNUGDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 26
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 25
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 23
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- IMNFDUFMRHMDMM-UHFFFAOYSA-N N-Heptane Chemical compound CCCCCCC IMNFDUFMRHMDMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- CIWBSHSKHKDKBQ-JLAZNSOCSA-N Ascorbic acid Chemical compound OC[C@H](O)[C@H]1OC(=O)C(O)=C1O CIWBSHSKHKDKBQ-JLAZNSOCSA-N 0.000 claims description 20
- 229910001030 Iron–nickel alloy Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 19
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 claims description 18
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 claims description 18
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 17
- XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N Cyclohexane Chemical compound C1CCCCC1 XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 16
- 239000002736 nonionic surfactant Substances 0.000 claims description 16
- 239000000244 polyoxyethylene sorbitan monooleate Substances 0.000 claims description 16
- VXUYXOFXAQZZMF-UHFFFAOYSA-N titanium(IV) isopropoxide Chemical compound CC(C)O[Ti](OC(C)C)(OC(C)C)OC(C)C VXUYXOFXAQZZMF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 16
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims description 15
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 claims description 15
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 claims description 15
- 229910002771 BaFe12O19 Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 229920004890 Triton X-100 Polymers 0.000 claims description 13
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 12
- XZIIFPSPUDAGJM-UHFFFAOYSA-N 6-chloro-2-n,2-n-diethylpyrimidine-2,4-diamine Chemical compound CCN(CC)C1=NC(N)=CC(Cl)=N1 XZIIFPSPUDAGJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 229940035044 sorbitan monolaurate Drugs 0.000 claims description 11
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 11
- LFQCEHFDDXELDD-UHFFFAOYSA-N tetramethyl orthosilicate Chemical compound CO[Si](OC)(OC)OC LFQCEHFDDXELDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 11
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- HVUMOYIDDBPOLL-XWVZOOPGSA-N Sorbitan monostearate Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCC(=O)OC[C@@H](O)[C@H]1OC[C@H](O)[C@H]1O HVUMOYIDDBPOLL-XWVZOOPGSA-N 0.000 claims description 10
- 235000010323 ascorbic acid Nutrition 0.000 claims description 10
- 229960005070 ascorbic acid Drugs 0.000 claims description 10
- 239000011668 ascorbic acid Substances 0.000 claims description 10
- 229910052980 cadmium sulfide Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 10
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000011572 manganese Substances 0.000 claims description 10
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 claims description 10
- -1 polydimethylsiloxane Polymers 0.000 claims description 10
- 239000001587 sorbitan monostearate Substances 0.000 claims description 10
- 235000011076 sorbitan monostearate Nutrition 0.000 claims description 10
- 229940035048 sorbitan monostearate Drugs 0.000 claims description 10
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 10
- ZNOKGRXACCSDPY-UHFFFAOYSA-N tungsten(VI) oxide Inorganic materials O=[W](=O)=O ZNOKGRXACCSDPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 claims description 10
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 9
- TVMXDCGIABBOFY-UHFFFAOYSA-N octane Chemical compound CCCCCCCC TVMXDCGIABBOFY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 9
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims description 9
- NHTMVDHEPJAVLT-UHFFFAOYSA-N Isooctane Chemical compound CC(C)CC(C)(C)C NHTMVDHEPJAVLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910018883 Pt—Cu Inorganic materials 0.000 claims description 8
- JVSWJIKNEAIKJW-UHFFFAOYSA-N dimethyl-hexane Natural products CCCCCC(C)C JVSWJIKNEAIKJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 8
- PNDPGZBMCMUPRI-UHFFFAOYSA-N iodine Chemical compound II PNDPGZBMCMUPRI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 8
- 229940068968 polysorbate 80 Drugs 0.000 claims description 8
- ZORQXIQZAOLNGE-UHFFFAOYSA-N 1,1-difluorocyclohexane Chemical compound FC1(F)CCCCC1 ZORQXIQZAOLNGE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- NWGKJDSIEKMTRX-AAZCQSIUSA-N Sorbitan monooleate Chemical compound CCCCCCCC\C=C/CCCCCCCC(=O)OC[C@@H](O)[C@H]1OC[C@H](O)[C@H]1O NWGKJDSIEKMTRX-AAZCQSIUSA-N 0.000 claims description 7
- YHWCPXVTRSHPNY-UHFFFAOYSA-N butan-1-olate;titanium(4+) Chemical compound [Ti+4].CCCC[O-].CCCC[O-].CCCC[O-].CCCC[O-] YHWCPXVTRSHPNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- MTHSVFCYNBDYFN-UHFFFAOYSA-N diethylene glycol Chemical compound OCCOCCO MTHSVFCYNBDYFN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000001593 sorbitan monooleate Substances 0.000 claims description 7
- 235000011069 sorbitan monooleate Nutrition 0.000 claims description 7
- 229940035049 sorbitan monooleate Drugs 0.000 claims description 7
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910000349 titanium oxysulfate Inorganic materials 0.000 claims description 6
- XJDNKRIXUMDJCW-UHFFFAOYSA-J titanium tetrachloride Chemical compound Cl[Ti](Cl)(Cl)Cl XJDNKRIXUMDJCW-UHFFFAOYSA-J 0.000 claims description 6
- 229910002710 Au-Pd Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910020707 Co—Pt Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910017061 Fe Co Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910000708 MFe2O4 Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910002668 Pd-Cu Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910018879 Pt—Pd Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910000422 cerium(IV) oxide Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 5
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims description 5
- 150000007522 mineralic acids Chemical class 0.000 claims description 5
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 5
- 239000011029 spinel Substances 0.000 claims description 5
- 229910052596 spinel Inorganic materials 0.000 claims description 5
- WUPHOULIZUERAE-UHFFFAOYSA-N 3-(oxolan-2-yl)propanoic acid Chemical compound OC(=O)CCC1CCCO1 WUPHOULIZUERAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910017944 Ag—Cu Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000001476 alcoholic effect Effects 0.000 claims description 4
- OVHDZBAFUMEXCX-UHFFFAOYSA-N benzyl 4-methylbenzenesulfonate Chemical compound C1=CC(C)=CC=C1S(=O)(=O)OCC1=CC=CC=C1 OVHDZBAFUMEXCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 150000001735 carboxylic acids Chemical class 0.000 claims description 3
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 claims description 3
- QNILTEGFHQSKFF-UHFFFAOYSA-N n-propan-2-ylprop-2-enamide Chemical compound CC(C)NC(=O)C=C QNILTEGFHQSKFF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229920003213 poly(N-isopropyl acrylamide) Polymers 0.000 claims description 3
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 claims description 3
- JNYAEWCLZODPBN-JGWLITMVSA-N (2r,3r,4s)-2-[(1r)-1,2-dihydroxyethyl]oxolane-3,4-diol Chemical compound OC[C@@H](O)[C@H]1OC[C@H](O)[C@H]1O JNYAEWCLZODPBN-JGWLITMVSA-N 0.000 claims description 2
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 claims description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims 1
- 229910021653 sulphate ion Inorganic materials 0.000 claims 1
- SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N ferrosoferric oxide Chemical compound O=[Fe]O[Fe]O[Fe]=O SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 41
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 37
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N Phenol Chemical compound OC1=CC=CC=C1 ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 30
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 29
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 29
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 29
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 29
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 29
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 description 26
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 23
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 14
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 13
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 13
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 10
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 8
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 description 8
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 8
- 239000012279 sodium borohydride Substances 0.000 description 8
- 229910000033 sodium borohydride Inorganic materials 0.000 description 8
- 230000033558 biomineral tissue development Effects 0.000 description 7
- 229910002518 CoFe2O4 Inorganic materials 0.000 description 6
- FFGPTBGBLSHEPO-UHFFFAOYSA-N carbamazepine Chemical compound C1=CC2=CC=CC=C2N(C(=O)N)C2=CC=CC=C21 FFGPTBGBLSHEPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229960000623 carbamazepine Drugs 0.000 description 6
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 6
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000008346 aqueous phase Substances 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 5
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 5
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 4
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 4
- 239000011258 core-shell material Substances 0.000 description 4
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 4
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 4
- 229910021650 platinized titanium dioxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 4
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 4
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 3
- QFWPJPIVLCBXFJ-UHFFFAOYSA-N glymidine Chemical compound N1=CC(OCCOC)=CN=C1NS(=O)(=O)C1=CC=CC=C1 QFWPJPIVLCBXFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 3
- 239000002082 metal nanoparticle Substances 0.000 description 3
- NLKNQRATVPKPDG-UHFFFAOYSA-M potassium iodide Chemical compound [K+].[I-] NLKNQRATVPKPDG-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910005390 FeSO4-7H2O Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910005444 FeSO4—7H2O Inorganic materials 0.000 description 2
- OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N Hydrazine Chemical compound NN OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910020692 Pd-TiO2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910010445 TiO2 P25 Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 2
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 description 2
- 150000003863 ammonium salts Chemical class 0.000 description 2
- 238000006065 biodegradation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 2
- AYTAKQFHWFYBMA-UHFFFAOYSA-N chromium dioxide Chemical compound O=[Cr]=O AYTAKQFHWFYBMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- BAUYGSIQEAFULO-UHFFFAOYSA-L iron(2+) sulfate (anhydrous) Chemical compound [Fe+2].[O-]S([O-])(=O)=O BAUYGSIQEAFULO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 229910000359 iron(II) sulfate Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 229910000000 metal hydroxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004692 metal hydroxides Chemical class 0.000 description 2
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 2
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 2
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 2
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 description 2
- UMGDCJDMYOKAJW-UHFFFAOYSA-N thiourea Chemical compound NC(N)=S UMGDCJDMYOKAJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 2
- ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 7553-56-2 Chemical compound [I] ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- USFZMSVCRYTOJT-UHFFFAOYSA-N Ammonium acetate Chemical compound N.CC(O)=O USFZMSVCRYTOJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005695 Ammonium acetate Substances 0.000 description 1
- JZUFKLXOESDKRF-UHFFFAOYSA-N Chlorothiazide Chemical compound C1=C(Cl)C(S(=O)(=O)N)=CC2=C1NCNS2(=O)=O JZUFKLXOESDKRF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JPVYNHNXODAKFH-UHFFFAOYSA-N Cu2+ Chemical compound [Cu+2] JPVYNHNXODAKFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910016870 Fe(NO3)3-9H2O Inorganic materials 0.000 description 1
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021577 Iron(II) chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910020427 K2PtCl4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021586 Nickel(II) chloride Chemical class 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004115 Sodium Silicate Substances 0.000 description 1
- LCKIEQZJEYYRIY-UHFFFAOYSA-N Titanium ion Chemical compound [Ti+4] LCKIEQZJEYYRIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000013504 Triton X-100 Substances 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GWIQPBRNOMSDLS-UHFFFAOYSA-N [Cu+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O Chemical compound [Cu+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O GWIQPBRNOMSDLS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002730 additional effect Effects 0.000 description 1
- 238000009303 advanced oxidation process reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 235000019257 ammonium acetate Nutrition 0.000 description 1
- 229940043376 ammonium acetate Drugs 0.000 description 1
- 239000001961 anticonvulsive agent Substances 0.000 description 1
- 229960003965 antiepileptics Drugs 0.000 description 1
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 1
- 125000002091 cationic group Chemical group 0.000 description 1
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 1
- 238000009388 chemical precipitation Methods 0.000 description 1
- 150000001869 cobalt compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 229910001431 copper ion Inorganic materials 0.000 description 1
- XTVVROIMIGLXTD-UHFFFAOYSA-N copper(II) nitrate Chemical compound [Cu+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O XTVVROIMIGLXTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 1
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 1
- XFBVBWWRPKNWHW-UHFFFAOYSA-N etodolac Chemical compound C1COC(CC)(CC(O)=O)C2=N[C]3C(CC)=CC=CC3=C21 XFBVBWWRPKNWHW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229960005293 etodolac Drugs 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N heavy water Substances [2H]O[2H] XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 229960002003 hydrochlorothiazide Drugs 0.000 description 1
- 229910000040 hydrogen fluoride Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 239000010842 industrial wastewater Substances 0.000 description 1
- 150000002484 inorganic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- ICIWUVCWSCSTAQ-UHFFFAOYSA-N iodic acid Chemical compound OI(=O)=O ICIWUVCWSCSTAQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011630 iodine Substances 0.000 description 1
- NMCUIPGRVMDVDB-UHFFFAOYSA-L iron dichloride Chemical class Cl[Fe]Cl NMCUIPGRVMDVDB-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- LIKBJVNGSGBSGK-UHFFFAOYSA-N iron(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Fe+3].[Fe+3] LIKBJVNGSGBSGK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000002122 magnetic nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 238000007885 magnetic separation Methods 0.000 description 1
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000000693 micelle Substances 0.000 description 1
- 238000000386 microscopy Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 229910001172 neodymium magnet Inorganic materials 0.000 description 1
- QMMRZOWCJAIUJA-UHFFFAOYSA-L nickel dichloride Chemical class Cl[Ni]Cl QMMRZOWCJAIUJA-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 150000004045 organic chlorine compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 description 1
- 239000000575 pesticide Substances 0.000 description 1
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 description 1
- 238000013033 photocatalytic degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013032 photocatalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 231100000572 poisoning Toxicity 0.000 description 1
- 230000000607 poisoning effect Effects 0.000 description 1
- 125000005575 polycyclic aromatic hydrocarbon group Chemical group 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 description 1
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 description 1
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 1
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 1
- NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N sodium silicate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052911 sodium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- GPRLSGONYQIRFK-MNYXATJNSA-N triton Chemical compound [3H+] GPRLSGONYQIRFK-MNYXATJNSA-N 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- FZFRVZDLZISPFJ-UHFFFAOYSA-N tungsten(6+) Chemical compound [W+6] FZFRVZDLZISPFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000108 ultra-filtration Methods 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- GPPXJZIENCGNKB-UHFFFAOYSA-N vanadium Chemical compound [V]#[V] GPPXJZIENCGNKB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 1
- 229910052845 zircon Inorganic materials 0.000 description 1
- GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N zirconium(iv) silicate Chemical compound [Zr+4].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Landscapes
- Catalysts (AREA)
Description
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania warstwowych fotokatalizatorów magnetycznych o strukturze wielowarstwowej, aktywnych w zakresie promieniowania UV i Vis, mających zastosowanie zwłaszcza w reakcji fotokatalitycznej degradacji wybranych związków organicznych i nieorganicznych.
Konwencjonalne metody oczyszczania ścieków, płynów technologicznych nie zawsze są skuteczne i efektywne w odniesieniu do usuwania z nich substancji trudno degradowalnych, niepodatnych na rozkład biologiczny, takich jak: pestycydy, wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne, związki chloroorganiczne oraz barwniki. Efektywną metodą usuwania zanieczyszczeń z takich ścieków i płynów technologicznych są procesy zaawansowanego utleniania, które cechuje wytwarzanie in-situ utleniaczy o najwyższym potencjale utleniającym, takich jak: rodniki hydroksylowe, aniony nadtlenkowe, tlen singletowy oraz nadtlenek wodoru. Spośród najbardziej efektywnych metod zaawansowanego utleniania należy wymienić proces fotokatalizy, w którym degradacja zanieczyszczeń odbywa się w obecności fotokatalizatora, poddanego działaniu promieniowania elektromagnetycznego. Najczęściej opisywanym fotokatalizatorem, z uwagi na niską cenę oraz wysoką aktywność fotokatalityczną, jest tlenek tytanu(IV), rozdrobniony do postaci cząstek o nanometrycznych rozmiarach, co zapewnia dużą powierzchnię właściwą i zwiększa efektywność degradacji zanieczyszczeń poprzez zwiększenie powierzchni kontaktu fotokatalizator - zanieczyszczenie. Wielkość cząstek TiO2 generuje jednak trudności w jego separacji, po procesie oczyszczania, przyczyniając się do wzrostu kosztów prowadzenia procesu, poprzez stosowanie drogich metod separacji m.in. ultrafiltracji.
Jednym z najnowszych i efektywnych rozwiązań zagadnienia separacji fotokatalizatora po procesie oczyszczania i jego ponownego zastosowania w procesie, wykluczającym konieczność immobilizacji na nośniku stałym jest preparatyka nanokompozytu, który poza wysoką efektywnością rozkładu zanieczyszczeń w reakcji fotokatalitycznej posiada dodatkowe właściwości, umożliwiające jego separację z wodnej zawiesiny, z zastosowaniem pola magnetycznego.
Znane są sposoby otrzymywania fotokatalizatorów o właściwościach magnetycznych, które jednak w wyniku bezpośredniego kontaktu materiału magnetycznego zawierającego jony metalu, szczególnie żelaza podatne są na ługowanie chemiczne w fazie wodnej o odczynie kwasowym (pH<7). Prowadzi to często do wtórnego zanieczyszczenia ścieków lub w wyniku kontaktu z powierzchnią fotokatalizatora do jego zatrucia i w konsekwencji obniżenia efektywności rozkładu zanieczyszczeń obecnych w fazie wodnej metodą fotokatalityczną. Ponadto w trakcie procesu fotokatalitycznego może następować fotochemiczne ługowanie jonów żelaza do roztworu, będące efektem reakcji wygenerowanych nośników ładunku na powierzchni półprzewodnika (np. TiO2) z cząsteczką tlenu lub wody, które zdolne są do utleniania żelaza lub innego metalu znajdującego się na powierzchni cząstki magnetycznej. W tym odniesieniu pokrycie powierzchni kompozytu inertną warstwą oddzielającą magnetyczny rdzeń od warstwy fotokatalizatora pozwala na wielokrotne zastosowanie otrzymanego fotokatalizatora w procesie oczyszczania ścieków lub płynów technologicznych, nie zmieniając jego właściwości fotokatalitycznych oraz magnetycznych.
Z dokumentacji zgłoszeniowej CN102357363A znany jest sposób preparatyki fotokatalizatora TiO2/SiO2/Fe3O4 o właściwościach magnetycznych aktywnego w zakresie światła widzialnego. Nanocząstki magnetyczne otrzymano metodą strąceniową w wyniku dodawania do wodnego roztworu FeCh'6H2O i FeSO4 amoniaku w temperaturze 40-60°C w atmosferze gazu obojętnego, azotu. Otrzymany osad cząstek magnetycznych dyspergowano w alkoholu etylowym, dodawano TEOS w ilości od 0,5% do 10% molowych i mieszano w temperaturze 50°C-60°C. Hydrolizę krzemionki przeprowadzano dodając wodny roztwór kwasu solnego, a następnie po 30 min mieszania dodano amoniak i kontynuowano mieszanie przez 10 h. Stosunek wagowy TEOS do amoniaku wynosił 2:3. Następnie do wody dejonizowanej wprowadzono prekursor TiO2 - siarczan tytanylu, mocznik oraz otrzymane cząstki magnetyczne i prowadzono reakcję hydrotermalną w temperaturze 120-200°C przez 5-18 h. Otrzymane cząstki charakteryzowały się magnetycznością 3 emu-g-1.
Z dokumentacji patentowej CN1103637C znany jest sposób preparatyki fotokatalizatorów magnetycznych, których rdzeń stanowi związek o właściwościach magnetycznych, o wielkości cząstek od 5 nm do 10 ąm otrzymany w wyniku dyspergowania cząstek magnetycznych z grupy: Fe3O4, y-Fe2O3, CrO2, Co-Fe2O3, BaFe12O19 w roztworze wodnym o pH 11, które następnie wkraplano do roztworu krzemianu sodu i żywicy kationowej o pH 10. Całość poddawano działaniu ultradźwięków, mieszano, suszono i kalcynowano w temperaturze 600°C przez 1 h. Otrzymane cząstki magnetyczne pokryte warstwą inertną krzemionki po suszeniu ucierano z półprzewodnikiem takim jak: TiO2, SnO2, ZnO, Cds czy
PL 233 343 B1
WO3 z dodatkiem wody, otrzymując pastę fotokatalizatora, którą następnie suszono i kalcynowano w temperaturze 500°C przez 1 h.
Znane są sposoby otrzymywania fotokatalizatorów magnetycznych o strukturze rdzeń-otoczka. Według tych sposobów można otrzymywać cząstki o wielkości rzędu od kilku nm do kilkudziesięciu pm. Jednak często magnetyczność otrzymanych nanokompozytów jest niewielka (poniżej 5 emu-g-1), co nie pozwala na efektywną separację magnetyczną w krótkim czasie fotokatalizatora z fazy wodnej. Ponadto otrzymywanie fotokatalizatora magnetycznego w środowisku o odczynie kwasowym, dla którego cząstki magnetyczne oraz warstwy fotokatalitycznej (np. TiO2) charakteryzują się zwiększonym powierzchniowym ładunkiem dodatnim, wpływa na ich wzajemne odpychanie i nie prowadzi do otrzymania pożądanej struktury rdzeń-otoczka nanokompozytu. Procesy wytwarzania cząstek magnetycznych impregnowanych warstwą inertną oraz warstwą fotokatalityczną prowadzone są wieloetapowo w kolejnych etapach polegających na (1) otrzymaniu cząstek magnetycznych i ich obróbce termicznej, (2) dyspergowaniu wysuszonych cząstek magnetycznych w mieszaninie reakcyjnej, (3) osadzeniu cząstek warstwy inertnej i ich ponownej obróbce termicznej, a następnie (4) osadzeniu cząstek fotokatalizatora, suszeniu i kalcynacji otrzymanego nanokompozytu.
W tym odniesieniu należy wskazać, że dotychczas nie jest znany sposób otrzymywania fotokatalizatorów magnetycznych, według którego struktura nanokompozytu może być dowolnie zaprojektowana i otrzymana w oparciu o pomiar potencjału elektrokinetycznego (zeta) poszczególnych komponentów układu: materiału magnetycznego, warstwy inertnej oraz fotokatalizatora, a następnie odpowiedni dobór pH, w jakim należy przeprowadzać adhezję poszczególnych warstw na powierzchni rdzenia magnetycznego, w celu otrzymania struktury rdzeń-otoczka lub struktury wielowarstwowej.
Sposób wytwarzania fotokatalizatora magnetycznego charakteryzuje się według wynalazku tym, że preparatyka cząstek magnetycznych, wytwarzanie warstwy inertnej oraz warstwy fotokatalizatora mogą być prowadzone w jednym układzie, bez konieczności separacji poszczególnych jego komponentów. Proces przeprowadza się w oparciu o zmianę właściwości powierzchniowych cząstek w funkcji pH. Sposób otrzymywania fotokatalizatorów magnetycznych prowadzi się również w układzie mikroemulsji w/o, jednak można również stosować w tym celu roztwory wodne oraz roztwory wodne surfaktantów.
W przedstawionym sposobie otrzymywania nanokompozytów magnetycznych według wynalazku, do roztworu wodnego wprowadza się prekursory cząstek magnetycznych korzystnie w atmosferze gazu obojętnego, korzystnie azotu i/lub argonu, i/lub amoniaku, dodaje się odczynnik strącający cząstki magnetyczne i jednocześnie podwyższający pH, w zakresie od 7 do 14, korzystnie do wartości
8-12, z grupy: wodorotlenki metali grupy I i II A układu okresowego pierwiastków, amoniak, sole amonowe, aminy, otrzymując zawiesinę cząstek magnetycznych. Jako cząstki magnetyczne stosuje się dowolny ferryt spinelowy, korzystnie z grupy: MFe2O4 (M=Mn, Zn, Fe), CoFe2-xMxO4 (M=Zn2+, Mn2+), y-Fe2O3, dowolny ferryt heksagonalny, korzystnie BaFe12O19, BaFe12O19-M2Fe4Os (M=Mn, Fe, Zn), związki z grupy magnesów organicznych, pył żelazowy lub stopy metali i ich nanocząstki o właściwościach magnetycznych, takie jak: Fe-Pt, Co-Pt, Fe-Ni, Fe-Co, Ni-CeO2, korzystnie Fe-Ni. Zawiesinę cząstek magnetycznych w wodzie i/lub alkoholu miesza się korzystnie w atmosferze gazu obojętnego lub tlenku węgla(IV), sporządza się drugą mieszaninę w ten sposób, że sporządza się alkoholowy i/lub wodny roztwór substancji obniżającej pH z grupy: kwasów karboksylowych i/lub kwasów nieorganicznych, korzystnie kwas solny i/lub kwas octowy i/lub kwas cytrynowy i/lub kwas askorbinowy o pH w zakresie od 1 do 7, korzystnie od 3 do 6, do którego dodaje się składnik warstwy inertnej w postaci węgla korzystnie w postaci grafitu lub grafenu, polimeru poli(N-izopropyloakryloamidu) glikolu polietylenowego lub polidimetylosiloksanu lub prekursora składnika warstwy inertnej, takiego jak tetraetyloortokrzemian (TEOS) i/lub tetrametoksysilan (TMOS) w stosunku molowym składnika warstwy inertnej do cząstek magnetycznych wynoszącym w zakresie od 0,01:1 do 20:1, korzystnie od 0,5:1 do 10:1. Następnie do zawiesiny cząstek magnetycznych wkrapla się drugą mieszaninę i ustala się pH poniżej 7, korzystnie w zakresie od 3 do 6, całość miesza się, a następnie dodaje się cząstki fotokatalityczne z grupy: TiO2, WO3, ZnO, SnO2, CdS, korzystnie TiO2, korzystnie w postaci prekursora półprzewodnika cząstek fotokatalitycznych, korzystnie tetrabutylo tytanian i/lub tetraizopropylo tytanian i/lub siarczan tytanylu i/lub czterochlorek tytanu w takiej ilości, aby stosunek molowy półprzewodnika do cząstek magnetycznych wynosił od 0,1:1 do 30:1, korzystnie w zakresie od 0,5:1 do 4:1. Cząstki fotokatalityczne korzystnie modyfikuje się powierzchniowo nanocząstkami metali szlachetnych lub bimetali, korzystnie Pt-Cu, Pt-Pd, Pd-Cu, Au-Pt, Au-Pd, Ag-Pt, Ag-Cu w ilości od 0,01 do 10% molowych w stosunku do półprzewodnika, korzystnie od 0,01 do 1% molowych lub cząstki fotokatalityczne korzystnie domieszkuje się niemetalem z grupy azot, siarka, bor, jod, węgiel w ilości od 0,01 do 30% wagowych w stosunku
PL 233 343 B1 do półprzewodnika, korzystnie od 0,01 do 15% wagowych lub cząstki fotokatalityczne korzystnie domieszkuje się niemetalem z grupy azot, siarka, bor, jod, węgiel w ilości od 0,01 do 30% wagowych w stosunku do półprzewodnika, korzystnie od 0,01 do 15% wagowych i dodatkowo modyfikuje się powierzchniowo w znany sposób nanocząstkami metali, korzystnie platyny, miedzi, palladu, srebra, złota, rutenu w ilości od 0,01 do 10% molowych w stosunku do półprzewodnika, korzystnie od 0,01 do 1% molowych. Stopień pokrycia cząstek magnetycznych warstwą inertną i warstwą fotokatalityczną monitoruje się mierząc potencjał zeta powstałego układu dyspersyjnego. Potencjał zeta dla cząstek magnetycznych pokrytych krzemionką w środowisku kwasowym przyjmuje wartość ujemną, natomiast po wprowadzeniu do układu cząstek warstwy fotokatalitycznej i ich adsorpcji na powierzchni cząstek magnetycznych, potencjał zeta przyjmuje wartość dodatnią. Po co najmniej 10 min mieszania, lub uzyskaniu dodatniej wartości potencjału zeta dla cząstek pokrytych warstwą inertną i TiO2, otrzymane cząstki separuje się za pomocą pola magnetycznego, przemywa się wodą, suszy się do stałej masy, w temperaturze 60-90°C i kalcynuje się w temperaturze 250-1000°C przez 0,5-5 godzin.
Projektowane nanokompozyty o właściwościach fotokatalitycznych i magnetycznych według wynalazku korzystnie otrzymywane są w wyniku preparatyki z zastosowaniem związków powierzchniowo czynnych niejonowych, pozwalających na efektywną adhezję poszczególnych warstw na powierzchni rdzenia magnetycznego, korzystnie przeprowadza się reakcję w układzie mikroemulsji w/o. W mikroemulsji nanokrople fazy wodnej zdyspergowane są w fazie ciągłej - olejowej, dodatkowo stabilizowanej i chronionej przed aglomeracją przez surfaktant na granicy faz w/o. Każda z kropel stanowi mikroreaktor, a wielkość tworzących się cząstek jest ograniczona poprzez wielkość kropli fazy wewnętrznej. Dzięki temu można kontrolować wielkość otrzymywanych cząstek materiału magnetycznego, nukleację i wzrost cząstek fotokatalizatora magnetycznego zgodnie z zamierzonym oczekiwaniem.
W przedstawionym sposobie otrzymywania warstwowego fotokatalizatora magnetycznego według wynalazku do wodnego i/lub alkoholowego roztworu surfaktantu niejonowego, korzystnie eteru p-1,1,3,3-tetrametylobutylofenylowo polietylenoglikolowym (TX-100), monostearynian sorbitanu, monolaurynianu sorbitanu (Tween 80) w stężeniu od 0,01M do 3M wprowadza się cząstki magnetyczne. Jako cząstki magnetyczne stosuje się dowolny ferryt spinelowy, korzystnie z grupy: MFe2O4 (M=Mn, Zn, Fe), CoFe2-xMxO4 (M=Zn2+, Mn2+), y-Fe2O3, dowolny ferryt heksagonalny, korzystnie BaFe12O19, BaFe12O19-M2Fe4O8 (M=Mn, Fe, Zn), związki z grupy magnesów organicznych, pył żelazowy lub stopy metali i ich nanocząstki o właściwościach magnetycznych, takie jak: Fe-Pt, Co-Pt, Fe-Ni, Fe-Co, Ni-CeO2, korzystnie Fe-Ni. Następnie sporządza się drugą mieszaninę zawierającą alkoholowy i/lub wodny roztwór surfaktantu niejonowego, korzystnie eteru p-1,1,3,3-tetrametylobutylofenylowo polietylenoglikolowym (TX-100), monostearynian sorbitanu, monolaurynianu sorbitanu (Tween 80) w stężeniu od 0,01M do 3M zawierający substancję obniżającą pH z grupy: kwasów karboksylowych i/lub kwasów nieorganicznych, korzystnie kwas solny i/lub kwas octowy i/lub kwas cytrynowy i/lub kwas askorbinowy o pH w zakresie od 1 do 7, korzystnie od 3 do 6, do którego dodaje się składnik warstwy inertnej w postaci węgla korzystnie w postaci grafitu lub grafenu, polimeru poli(N-izopropyloakryloamidu), glikolu polietylenowego lub polidimetylosiloksanu lub tetraetyloortokrzemianu (TEOS) i/lub tetrametoksysilanu (TMOS) w stosunku molowym składnika warstwy inertnej do cząstek magnetycznych wynoszącym w zakresie od 0,01:1 do 20:1, korzystnie od 0,5:1 do 10:1. Następnie do zawiesiny zawierającej cząstki magnetyczne wkrapla się drugą mieszaninę i ustala się pH poniżej 7, korzystnie w zakresie od 3 do 6, całość miesza się, a następnie dodaje się cząstki fotokatalityczne półprzewodników z grupy: tlenek tytanu (IV) TiO2, tlenek wolframu (VI) WO3, tlenek cynku ZnO, dwutlenek cyny SnO2, siarczek kadmu CdS, korzystnie TiO2, korzystnie w postaci prekursora półprzewodnika cząstek fotokatalitycznych, korzystnie tetrabutylo tytanian i/lub tetraizopropylo tytanian i/lub siarczan tytanylu i/lub czterochlorek tytanu, w takiej ilości, aby stosunek molowy cząstek fotokatalitycznych do cząstek magnetycznych wynosił od 0,1:1 do 30:1, korzystnie w zakresie od 0,5:1 do 4:1. Cząstki fotokatalityczne korzystnie modyfikuje się powierzchniowo nanocząstkami metali szlachetnych lub bimetali, korzystnie Pt-Cu, Pt- Pd, Pd-Cu, Au-Pt, Au-Pd, Ag-Pt, Ag-Cu w ilości od 0,01 do 10% molowych w stosunku do półprzewodnika, korzystnie od 0,01 do 1% molowych lub cząstki fotokatalityczne korzystnie domieszkuje się niemetalem z grupy azot, siarka, bor, jod, węgiel w ilości od 0,01 do 30% wagowych w stosunku do półprzewodnika, korzystnie od 0,01 do 15% wagowych lub cząstki fotokatalityczne korzystnie domieszkuje się niemetalem z grupy azot, siarka, bor, jod, węgiel w ilości od 0,01 do 30% wagowych w stosunku do półprzewodnika, korzystnie od 0,01 do 15% wagowych i dodatkowo modyfikuje się powierzchniowo w znany sposób nanocząstkami metali, korzystnie platyny, miedzi, palladu, srebra, złota, rutenu w ilości od 0,01 do 10% molowych w stosunku do półprzewodnika, korzystnie od 0,01 do 1% molowych. Następnie po co najmniej 10 min mieszania
PL 233 343 B1 lub uzyskaniu dodatniej wartości potencjału zeta dla cząstek fotokatalizatora magnetycznego, otrzymane cząstki separuje się za pomocą pola magnetycznego, przemywa się wodą, suszy się do stałej masy, w temperaturze 60-90°C i kalcynuje się w temperaturze 250-1000oC przez 0,5-5 godzin.
W przedstawionym sposobie otrzymywania warstwowego fotokatalizatora magnetycznego według wynalazku otrzymywanie cząstek magnetycznych korzystnie prowadzi się w mikroemulsji w/o lub układzie odwróconych miceli. Sporządza się mikroemulsję w/o składającą się z fazy wodnej, która zawiera roztwór soli metali stanowiące prekursory cząstek magnetycznych oraz fazę olejową, która zawiera ciekłe węglowodory korzystnie cykloheksan i/lub oktan i/lub izooktan i/lub heptan oraz surfaktant niejonowy korzystnie eter p-1,1,3,3-tetrametylobutylofenylowo polietylenoglikolowym, monooleinian polioksyetylenosorbitanu (Polisorbat 80), monooleinian sorbitanu (Span 80), monostearynian sorbitanu, monolaurynianem sorbitanu (Tween 80) w stężeniu od 0,1M do 10M w stosunku do fazy olejowej korzystnie cykloheksanu i/lub izooktanu i/lub heptanu, i/lub oktanu i/lub ko-surfaktant, korzystnie izopropanol i/lub n-butanol i/lub heksanol o stężeniu od 0,1M do 10M w stosunku do fazy olejowej, do której dodaje się mikroemulsję w/o stabilizowaną surfaktantem niejonowym, korzystnie eter p-1,1,3,3-tetrametylobutylofenylowo polietylenoglikolowym, monooleinian polioksyetylenosorbitanu (Polisorbat 80), monooleinian sorbitanu (Span 80), monostearynian sorbitanu, monolaurynianem sorbitanu (Tween 80) w stężeniu od 0,1M do 10M w stosunku do fazy olejowej korzystnie cykloheksanu i/lub izooktanu i/lub heptanu, i/lub oktanu i/lub ko-surfaktantem, korzystnie izopropanolem i/lub n-butanolem i/lub heksanolem o stężeniu od 0,1M do 10M w stosunku do fazy olejowej, zawierającą w fazie wodnej substancję podwyższającą pH w zakresie od 7 do 14, korzystnie do wartości w zakresie od 8 do 12, z grupy: wodorotlenki metali grupy I i II A układu okresowego pierwiastków, amoniak, sole amonowe, aminy. Całość miesza się otrzymując mikroemulsję zawierającą zdyspergowane cząstki magnetyczne. Sposób otrzymywania cząstek fotokatalizatora magnetycznego w mikroemulsji w/o charakteryzuje się tym, że sporządza się pierwszą mikroemulsję w/o zawierającą zawiesinę cząstek magnetycznych oraz surfaktant niejonowy, korzystnie eter p-1,1,3,3-tetrametylobutylofenylowo polietylenoglikolowym, monooleinian polioksyetylenosorbitanu (Polisorbat 80), monooleinian sorbitanu (Span 80), monostearynian sorbitanu, monolaurynianem sorbitanu (Tween 80) w stężeniu od 0,1M do 10M w stosunku do fazy olejowej korzystnie cykloheksanu i/lub izooktanu i/lub heptanu, i/lub oktanu i/lub ko-surfaktant, korzystnie izopropanol i/lub n-butanol i/lub heksanol o stężeniu od 0,1 M do 10M w stosunku do fazy olejowej. Jako cząstki magnetyczne stosuje się dowolny ferryt spinelowy, korzystnie z grupy: MFe2O4 (M=Mn, Zn, Fe), CoFe2-xMxO4 (M=Zn2+, Mn2+), y-Fe2Os, dowolny ferryt heksagonalny, korzystnie BaFe-120-19, BaFe12O19-M2Fe4O8 (M=Mn, Fe, Zn), związki z grupy magnesów organicznych, pył żelazowy lub stopy metali i ich nanocząstki o właściwościach magnetycznych, takie jak: Fe-Pt, Co-Pt, Fe-Ni, Fe-Co, Ni-CeO2, korzystnie Fe-Ni. Oddzielnie sporządza się drugą mikroemulsję w/o zawierającą surfaktant niejonowy korzystnie eter p-1,1,3,3-tetrametylobutylofenylowo polietylenoglikolowym, monooleinian polioksyetylenosorbitanu (Polisorbat 80), monooleinian sorbitanu (Span 80), monostearynian sorbitanu, monolaurynianem sorbitanu (Tween 80) w stężeniu od 0,1M do 10M w stosunku do fazy olejowej korzystnie cykloheksanu i/lub izooktanu lub i/heptanu i/lub oktanu i/lub ko-surfaktant, korzystnie izopropanol i/lub n-butanol i/lub heksanol o stężeniu od 0,1M do 10M w stosunku do fazy olejowej oraz w fazie wodnej substancję obniżającą pH z grupy kwasów organicznych i/lub nieorganicznych, korzystnie kwas cytrynowy i/lub kwas solny i/lub kwas askorbinowy o stężeniu od 0,01 do 10M, korzystnie 1M, o pH poniżej 7 korzystnie od 3 do 6, następnie do drugiej mikroemulsji dodaje się składnik warstwy inertnej w postaci substancji z grupy krzemionki, polimeru poli(N-izopropyloakryloamidu) glikolu polietylenowego lub węgla korzystnie w postaci grafitu lub grafenu lub prekursora składnika warstwy inertnej, takiego jak tetraetyloortokrzemian (TEOS) i/lub tetrametoksysilan (TMOS), w stosunku molowym składnika warstwy inertnej do cząstek magnetycznych wynoszącym od 0,01:1 do 20:1, korzystnie od 1:1 do 10:1, następnie miesza się razem pierwszą mikroemulsję z drugą mikroemulsją cały czas utrzymując pH poniżej 7, korzystnie w zakresie od 3 do 6, po czym dodaje się cząstki fotokatalityczne półprzewodników z grupy: tlenek tytanu (IV) TiO2, tlenek wolframu (VI) WO3, tlenek cynku ZnO, dwutlenek cyny SnO2, siarczek kadmu CdS, korzystnie TiO2 korzystnie w postaci prekursora półprzewodnika, korzystnie tetrabutylo tytanian i/lub tetraizopropylo tytanian i/lub siarczan tytanylu i/lub czterochlorek tytanu, w takiej ilości, aby stosunek molowy cząstek fotokatalitycznych do cząstek magnetycznych wynosił od 0,1:1 do 30:1, korzystnie w zakresie od 1:1 do 4:1, cały czas utrzymując pH poniżej 7 korzystnie od 3 do 6. Cząstki fotokatalityczne korzystnie modyfikuje się powierzchniowo nanocząstkami metali szlachetnych lub bimetali, korzystnie Pt-Cu, Pt-Pd, Pd-Cu, Au-Pt, Au-Pd, Ag-Pt, Ag-Cu w ilości od 0,01 do 10% molowych w stosunku do półprzewodnika, korzystnie od 0,01 do 1% molowych lub cząstki fotokatalityczne korzystnie domieszkuje się
PL 233 343 B1 niemetalem z grupy azot, siarka, bor, jod, węgiel w ilości od 0,01 do 30% wagowych w stosunku do półprzewodnika, korzystnie od 0,01 do 15% wagowych lub cząstki fotokatalityczne korzystnie domieszkuje się niemetalem z grupy azot, siarka, bor, jod, węgiel w ilości od 0,01 do 30% wagowych w stosunku do półprzewodnika, korzystnie od 0,01 do 15% wagowych i dodatkowo modyfikuje się powierzchniowo w znany sposób nanocząstkami metali, korzystnie platyny, miedzi, palladu, srebra, złota, rutenu w ilości od 0,01 do 10% molowych w stosunku do półprzewodnika, korzystnie od 0,01 do 1% molowych. Cząstki fotokalityczne korzystnie dodaje się w postaci mikroemulsji w/o (mikroemulsji trzeciej) zawierającej surfaktant niejonowy korzystnie eter p-1,1,3,3-tetrametylobutylofenylowo polietylenoglikolowym, monooleinian polioksyetylenosorbitanu (Polisorbat 80), monooleinian sorbitanu (Span 80), monostearynian sorbitanu, monolaurynianem sorbitanu (Tween 80) w stężeniu od 0,1M do 10M w stosunku do fazy olejowej korzystnie cykloheksanu i/lub izooktanu lub i/heptanu i/lub oktanu, i/lub ko-surfaktant, korzystnie izopropanol i/lub n-butanol i/lub heksanol o stężeniu od 0,1M do 10M w stosunku do fazy olejowej, w takiej ilości aby stosunek molowy półprzewodnika do cząstek magnetycznych wynosił od 0,1:1 do 30:1, korzystnie w zakresie od 1:1 do 4:1, o pH o wartości poniżej 7, korzystnie 3 do 6 do mikroemulsji powstałej ze zmieszania pierwszej mikroemulsji zawierającej cząstki magnetyczne i drugiej mikroemulsji zawierającej składnik warstwy inertnej i substancję obniżającą pH. Następnie po co najmniej 10 min mieszania lub uzyskaniu dodatniej wartości potencjału zeta, otrzymane cząstki separuje się za pomocą pola magnetycznego, przemywa się wodą, suszy się w temperaturze 60-90°C i kalcynuje się w temperaturze 250-1000°C przez 0,5-5 godzin.
Sposób według wynalazku charakteryzuje się tym, że otrzymany nanokompozyt może wykazywać aktywność w zakresie UV i Vis w wyniku domieszkowania struktury objętościowej półprzewodnika za pomocą związków niemetali, korzystnie z grupy: mocznik, i/lub tiomocznik, i/lub hydrazyna, i/lub amoniak, i/lub kwas jodowy, i/lub jodek potasu, i/lub fluorowodór i/lub jonów metali, korzystnie związków niklu, i/lub kobaltu, i/lub żelaza, i/lub cynku, i/lub rutenu, i/lub wolframu, i/lub miedzi, lub modyfikacji powierzchni za pomocą nanocząstek metali szlachetnych, korzystnie platyny, i/lub palladu, i/lub złota, i/lub srebra oraz nanocząstek metali grup przejściowych, korzystnie miedzi, i/lub rutenu, i/lub cyrkonu, i/lub rodu, i/lub wanadu. W tym celu do mieszaniny reakcyjnej przed dodaniem cząstek fotokatalizatora z grupy: TiO2, WO3, ZnO, SnO2, CdS, i/lub prekursora półprzewodnika, korzystnie tetrabutylo tytanianu, i/lub tetraizopropylo tytanianu, i/lub siarczan tytanylu, i/lub czterochlorek tytanu wprowadza się prekursor nanocząstek metalu i/lub prekursor niemetali z grupy azot, siarka, bor, jod, węgiel w ilości od 0,01 do 30% wagowych w stosunku do TiO2, korzystnie od 0,01 do 15% wagowych i/lub prekursor cząstek platyny, miedzi, palladu w ilości od 0,01 do 10% molowych w stosunku do TiO2, korzystnie od 0,01 do 1% molowych, korzystnie otrzymując strukturę warstwy fotokatalitycznej I-TiO2, N-TiO2, S-TiO2, l,C-TiO2, B-TiO2, Pt/I-TiO2, Pt/N-TiO2, Pd/-l-TiO2, Pd/N-TiO2, Cu/l-TiO2, Cu/N-TiO2, Pt-Cu-TiO2, Pt-Pd-TiO2, Pd-Cu-TiO2, Au-Pt-TiO2, Au-Pd-TiO2, Ag-Pt-TiO2, Ag-Cu-TiO2.
Dzięki wykorzystaniu sposobu według wynalazku w stosunkowo prosty sposób otrzymuje się fotokatalizatory magnetyczne, prowadząc syntezę w jednym układzie, bez konieczności separacji poszczególnych jego komponentów w oparciu o adhezję w środowisku kwasowym cząstek warstwy inertnej i warstwy fotokatalizatora w roztworze wodnym lub roztworze wodnym surfaktantu niejonowego lub mikroemulsji w/o stabilizowanej surfaktantem niejonowym. Otrzymane według sposobu opisanego w wynalazku fotokatalizatory magnetyczne można odseparować z fazy wodnej po przyłożeniu gradientu pola magnetycznego. Pętle histerezy dla wybranych fotokatalizatorów magnetycznych wskazują, że nanokompozyty charakteryzują się wysokim momentem magnetycznym wynoszącym od 15 do 60 emu-g-1. Otrzymane fotokatalizatory magnetyczne wykazują wysoką efektywność degradacji związków organicznych np. fenolu, w tym również związków niepodatnych na rozkład biologiczny, obecnych w ściekach przemysłowych, odbiornikach wodnych takich jak: etodolak, karbamazepina, hydrochlorotiazyd. Charakterystykę właściwości magnetycznych i fotokatalitycznych wybranych nanokompozytów otrzymanych według sposobu wykonania omówionego w niniejszym wynalazku oraz szczegółowy opis wykonania przedstawiono w przykładach wykonania i na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia zmianę potencjału elektrokinetycznego (zeta) w funkcji pH dla (a) cząstek magnetycznych Fe3O4, fotokatalizatora TiO2 i cząstek SiO2 oraz (b) dla cząstek CoFe2O4, fotokatalizatora TiO2 i cząstek SiO2, fig. 2 przedstawia wykresy histerezy magnetycznej dla fotokatalizatora magnetycznego (a) TiO2/SiO2/CoFe2O4 oraz (b) TiO2/SiO2/BaFe12O19, fig. 3 przedstawia separację cząstek fotokatalizatora po 1 min (a) oraz po czasie 5 minut (b) od przyłożenia magnesu neodymowego, fig. 4 przedstawia zdjęcia mikroskopowe TEM z mappingiem struktur rdzeń-otoczka nanokompozytu magnetycznego otrzymanego sposobem według wynalazku, fig. 5 przedstawia histerezy magnetyczne dla nanokompozytu Fe3O4/SiO2, fig. 6 przedstawia
PL 233 343 B1 histerezę magnetyczną dla nanokompozytu l-TiO2/Fe3O4/SiO2, fig. 7 przedstawia histerezę magnetyczną dla nanokompozytu Pd/l-TiO2/SiO2/BaFei2Og.
P r z y k ł a d 1
Sposób otrzymywania fotokatalizatora magnetycznego warstwowego Pt-Cu/TiO2/SiO2/CoFe2O4 w mikroemulsji w/o aktywnego w świetle widzialnym
Do 200 cm3 0,2M TX-100 (Triton Χ-100) w cykloheksanie wprowadza się roztwór wodny zawierający FeSO4'7H2O i CoCL w stosunku molowym Fe2+ do Co2+ wynoszącym 2:1. Następnie dodaje się jako ko-surfaktant 0,5M heksanol, całość miesza się 30 min w atmosferze gazu obojętnego. Następnie do 100 cm3 0,2M TX-100 w cykloheksanie wprowadza się roztwór wodny NaOH oraz 0,5M heksanol. Współczynnik R w obu mikroemulsjach, określający stosunek ilości wody do surfaktantu wynosi 20, natomiast stosunek molowy Fe2+:Co2+:OH- wynosi 1:0,5:2. Do pierwszej mikroemulsji dodaje się drugą mikroemulsję i otrzymuje się koloid cząstek magnetycznych CoFe2O4. Moment magnetyczny otrzymanych cząstek wynosi 40 emu-g-1. Następnie sporządza się trzecią mikroemulsję, dodając do 0,2M TX-100 w cykloheksanie, 0,5M heksanol oraz roztwór wodny 3M kwasu cytrynowego tak, aby współczynnik R określający stosunek ilości wody do surfaktantu wynosił 20. Cały czas mieszając do mikroemulsji trzeciej wkrapla się 15,4 cm3 tetraetyloortokrzemian (TEOS), a następnie ustala się wartość pH do wartości 5, dodając 0,3 cm3 1M kwasu cytrynowego. Do otrzymanego układu mikroemulsji w/o zawierającego cząstki magnetyczne wprowadza się mikroemulsję trzecią i ustala wartość pH w granicach 5-5,5. Po 15 min. wartość potencjału zeta cząstek wynosiła -20 mV. Następnie do układu zawierającego cząstki magnetyczne pokryte warstwą inertną krzemionki dodawany jest prekursor tlenku tytanu(IV), tetrabutylo tytanian, przy wartości pH wynoszącej 5. Stosunek molowy półprzewodnika do cząstek magnetycznych (CoFe2O4) wynosi 1:1. W ten sposób otrzymuje się fotokatalizator magnetyczny aktywny w zakresie promieniowania UV. Wartość potencjału zeta po 15 min mieszania wynosiła +40 mV. W celu aktywacji fotokatalizatora w zakresie światła widzialnego, otrzymany nanokompozyt modyfikuje się powierzchniowo cząstkami bimetalicznymi Pt-Cu. Do mikroemulsji zawierającej fotokatalizator magnetyczny dodaje się 0,36 cm3 0,05M roztworu kwasu heksachloroplatynowego tak, aby stosunek molowy Pt:TiO2 wynosił 0,05% oraz 3,5 cm3 0,025 M azotanu miedzi(III). Cały czas mieszając do układu wkrapla się borowodorek sodu w nadmiarze molowym w stosunku do jonów platyny i miedzi wynoszącym 1,5. Otrzymane cząstki fotokatalizatora separuje się za pomocą pola magnetycznego, przemywa się wodą, suszy się w temperaturze 80°C i kalcynuje się w temperaturze 400°C przez 2 godziny. Otrzymany według przedstawionego przykładu wykonania fotokatalizator Pt-Cu/TiO2/SiO2/CoFe2O4 (patrz Rysunek 3) posiada doskonałe właściwości magnetyczne, jak również charakteryzuje się wysoką aktywnością fotokatalityczną w zakresie promieniowania UV-Vis oraz Vis.
Efektywność fotokatalityczną zbadano w reakcji degradacji fenolu oraz karbamazepiny, analizując ubytek badanego związku w czasie oraz stopień mineralizacji zanieczyszczeń organicznych obecnych w fazie wodnej. Stwierdzono, że po 30 minutach naświetlania promieniowaniem z zakresu widzialnego (λ>420 nm) degradacji ulega 100% fenolu oraz w czasie 120 min 100% karbamazepiny, a stopień mineralizacji dla analizowanych związków wynosi odpowiednio 95% oraz 86%.
P r z y k ł a d 2
Sposób otrzymywania fotokatalizatora magnetycznego warstwowego I-TiO2/SiO2/Fe3O4 w mikroemulsji w/o aktywnego w świetle widzialnym
Do 200 cm3 0,2M TX-100 w cykloheksanie wprowadza się roztwór wodny zawierający
FeSO4-7H2O i FeCh w stosunku molowym Fe3+ do Fe2+ wynoszącym 2:1. Następnie dodaje się 0,5M heksanol, całość miesza się 30 min w atmosferze gazu obojętnego. Następnie otrzymuje się drugą mikroemulsję dodając do 100 cm3 0,2M TX-100 w cykloheksanie roztwór wody amoniakalnej oraz 0,5M heksanol. Współczynnik R określający stosunek ilości wody do surfaktantu wynosi 30, a stosunek molowy Fe3+:Fe2+:OH- wynosi 2:1:8. Do pierwszej mikroemulsji dodaje się drugą mikroemulsję, zawierającą amoniak jako odczynnik strącający tak, aby wartość pH wynosiła 10. Następnie sporządza się mikroemulsję trzecią 0,2M TX-100 w cykloheksanie, zawierającą w fazie zdyspergowanej 0,2M roztwór wodny kwasu solnego. Współczynnik R określający stosunek ilości wody do surfaktantu w trzeciej mikroemulsji wynosi 30, następnie do mikroemulsji trzeciej wprowadza się tetraetyloortokrzemian. Stosunek molowy TEOS do Fe3O4 wynosi 8:1. Po 1 h mieszania do mikroemulsji zawierającej cząstki magnetyczne wprowadza się mikroemulsję trzecią, utrzymując wartość pH w granicach 5-6. Otrzymane cząstki Fe3O4/SiO2 separuje się za pomocą pola magnetycznego, przemywa się wodą, suszy się w temperaturze 80°C i kalcynuje się w temperaturze 500°C przez 1 godzinę. Zdjęcia mikroskopowe TEM uzyskanego nanokompozytu o strukturze rdzeń-otoczka przedstawiono na Fig. 4.
PL 233 343 B1
Właściwości magnetyczne otrzymanego nanokompozytu przedstawiono na Fig. 5. Natężenie koercji bliskie jest zeru, co wskazuje na właściwości superparamagnetyczne otrzymanych cząstek Fe3O4/SiO2. Otrzymany nanokompozyt może być zastosowany w diagnostyce medycznej.
W celu nadania właściwości fotokatalitycznych w świetle widzialnym do mikroemulsji 0,2M TX-100 w cykloheksanie zawierającej 0,5M heksanol oraz zawierającej cząstki magnetyczne (Fe3O4) pokryte inertną warstwą SiO2 wprowadza się mikroemulsję czwartą zawierającą 0,2M Triton X-100 w cykloheksanie, 0,5M heksanol oraz roztwór kwasu jodowego zdyspergowany w fazie wodnej, kontrolując wartość pH w granicach 5-5,5 za pomocą kwasu solnego. Następnie do mikroemulsji czwartej wkrapla się prekursor TiO2 (TBT) tak, aby stosunek molowy TiO2 do HIO3 wynosił 15:1. Następnie mikroemulsję czwartą dodaje się do mikroemulsji zawierającej cząstki magnetyczne pokryte inertną warstwą krzemionki, kontrolując wartość pH fazy wodnej w granicach 5-6, dodając ewentualnie 0,1 M HCI. Stosunek molowy TiO2 do Fe3O4 wynosi 2:1. Otrzymaną zawiesinę fotokatalizatora aktywnego w zakresie promieniowania widzialnego, separuje się w znany sposób, suszy się w temperaturze 60°C i kalcynuje w temperaturze 300°C przez 1 h.
Właściwości fotokatalityczne zbadano w reakcji degradacji fenolu oraz karbamazepiny - leku przeciwpadaczkowego, który jest sklasyfikowany w systemie związków farmaceutycznych, jako związek niepodatny na degradację biologiczną. Stwierdzono, że w wyniku naświetlania promieniowaniem z zakresu Vis (λ>420 nm) w czasie 1 h degradacji uległo odpowiednio 100% fenolu oraz 95% karbamazepiny. Jak pokazano na Fig. 5, magnetyczność nanokompozytu I-TiO2/SiO2/Fe3O4 była porównywalna do właściwości magnetycznych Fe3O4/SiO2 i wyniosła 15 emu-g-1.
P r z y k ł a d 3
Sposób otrzymywania fotokatalizatora magnetycznego warstwowego Cu/TiO2/PEG-PNIPAm/Fe-Ni w wodzie charakteryzującego się aktywnością w świetle widzialnym
Cząstki magnetyczne Fe-Ni otrzymuje się w wyniku chemicznego strącania w roztworze wodnym soli metali zgodnie z reakcją przedstawioną w równaniu 1, poniżej:
2Fe2+ Ni2+ + 2H2O + BH4- Φ 2Fe-NiΦ + BO2- + 4H+ + 2H2^ [1]
W ty celu do 100 cm3 wody wprowadza się sole metali FeCI2 i NiCI2 w stosunku molowym określonym zgodnie ze stechiometrią reakcji, Fe2+ do Ni2+ wynoszącym 2:1. Całość miesza się w atmosferze gazu obojętnego, azotu. Następnie dodaje się 20 cm3 1M borowodorku sodu tak, aby stosunek molowy Fe2+:Ni2+:BH4- wynosił 2:1:1. Następnie sporządza się mieszaninę drugą 0,01M kwasu solnego o pH 3,5, do której wprowadza się prekursor warstwy intertnej w postaci 2,5% roztworu wodnego poli(N-izopropyloakryloamidu) glikolu polietylenowego tak, aby zawartość polimeru w stosunku do cząstek Fe-Ni wynosiła 0,5%. Mieszaninę drugą dodaje się do zawiesiny cząstek Fe-Ni, tak aby wartość pH wynosiła 5 i otrzymuje zawiesinę zawierającą cząstki magnetyczne pokryte warstwą inertną polimeru. Następnie przygotowuje się zawiesinę trzecią, zawierającą fotokatalizator Cu-TiO2. W tym celu do 20 cm3 roztworu wodnego azotanu miedzi(III) dodaje się cząstki TiO2 P25 tak, aby zawartość cząstek miedzi w stosunku do TiO2 wynosiła 0,5% mol. Następnie redukuje się miedź na powierzchni TiO2 za pomocą 0,1M roztworu borowodorku sodu w 1,5-krotnym nadmiarze molowym NaBH4 do jonów Cu2+. Do zawiesiny cząstek magnetycznych Fe-Ni pokrytych warstwą polimeru dodaje się zawiesinę trzecią zawierającą cząstki fotokatalizatora Cu-TiO2, przy wartości pH wynoszącej 5-6. Stosunek molowy TiO2 do Fe-Ni wynosi 0,5:1. Otrzymany fotokatalizator magnetyczny Cu/TiO2/PEG-PNIPAm/Fe-Ni separuje się, przemywa się wodą i suszy się w temperaturze 70°C do suchej masy. Magnetyczność otrzymanego nanokompozytu wynosi 70 emu-g-1. Stwierdzono, że efektywność degradacji fenolu po 30 min naświetlania światłem widzialnym (λ>450 nm) wynosiła 100%, a stopień mineralizacji 95%.
P r z y k ł a d 4
Sposób otrzymywania fotokatalizatora magnetycznego TiO:7SiO.7Fe3O.··'. aktywnego w zakresie promieniowania UV
Do 200 cm3 0,2M TX-100 w cykloheksanie wprowadza się zdyspergowane w wodzie cząstki magnetytu (Fe3O4) o wielkości 50 nm. Do otrzymanej mikroemulsji dodaje się tetraetyloortokrzemian. Stosunek molowy TEOS do Fe3O4 wynosi 10:1. Następnie sporządza się mikroemulsję o takim samym składzie fazy ciągłej, zawierającej w fazie zdyspergowanej 0,2M roztwór wodny kwasu askorbinowego. Drugą mikroemulsję dodaje się do pierwszej, korygując pH fazy wodnej do wartości 6. Współczynnik R określający stosunek molowy wody do surfaktantu dla obydwu mikroemulsji wynosi 30. Po 1 h mieszania do mikroemulsji zawierającej cząstki magnetyczne pokryte warstwą krzemionki wprowadza tlenek tytanu(IV) P25 firmy Evonik, przy wartości pH wynoszącej 5, korygowanej za pomocą kwasu solnego.
PL 233 343 B1
Stosunek molowy półprzewodnika do cząstek magnetycznych wynosi 2:1. W ten sposób otrzymuje się fotokatalizator magnetyczny aktywny w zakresie promieniowania UV o strukturze wielowarstwowej, przedstawiony na zdjęciu wykonanym za pomocą wysokorozdzielczego mikroskopu transmisyjnego, patrz fig. 7.
Magnetyczność otrzymanego nanokompozytu wynosi 10 emu-g-1. Stwierdzono, że efektywność degradacji fenolu po 30 min naświetlania światłem UV-Vis wynosiła 100%, stopień mineralizacji (TOC/TOCo) wynosi 86%, a efektywność mineralizacji karbamazepiny 85% w czasie 120 min naświetlania promieniowanie w zakresie UV-Vis (natężenie promieniowania 30 mW-cm-2).
P r z y k ł a d 5
Sposób otrzymywania fotokatalizatora magnetycznego ZnO/SiO2/Fe2O3 w mikroemulsji w/o, charakteryzującego się aktywnością w zakresie promieniowania UV
Do 200 cm3 0,05M surfaktantu niejonowego Span 80 w heptanie wprowadza się zdyspergowane w wodzie cząstki hematytu (Fe2O3) o wielkości 45 nm. Następnie sporządza się 50 cm3 mikroemulsji 0,05M Span 80 w heptanie, zawierającą w fazie wodnej 0,5M kwas askorbinowy, do której wprowadza się tetraetyloortokrzemian, pH mikroemulsji powinno wynosić 3. Współczynnik R określający stosunek molowy wody do surfaktantu dla obydwu mikroemulsji wynosi 20. Stosunek molowy TEOS do Fe2O3 wynosi 10:1. Do otrzymanego układu koloidalnego zawierającego cząstki magnetyczne wprowadza się mikroemulsję drugą zawierającą cząstki SiO2 i koryguje ewentualnie wartość pH za pomocą 0,1M HCI do wartości 4. Po 1 h mieszania do otrzymanego układu koloidalnego zawierającego cząstki magnetyczne pokryte warstwą inertną krzemionki dodawany jest półprzewodnik, tlenek cynku(II), korygując jeśli to konieczne pH do wartości 4, za pomocą octanu amonu. Stosunek molowy półprzewodnika do związku magnetycznego wynosi 1,75:1. Następnie otrzymane cząstki separuje się za pomocą pola magnetycznego, przemywa się wodą, suszy się w temperaturze 80°C do suchej masy. W ten sposób otrzymuje się fotokatalizator magnetyczny ZnO/SiO2/Fe2O3 aktywny w zakresie promieniowania UV. Właściwości fotokatalityczne zbadano w reakcji degradacji fenolu. Stwierdzono, że w wyniku naświetlania promieniowaniem z zakresu UV (λ<400 nm) w czasie 120 min naświetlania degradacji uległo 80% fenolu, a magnetyczność nanokompozytu ZnO/SiO2/Fe2O3 wynosi 7 emu-g-1.
P r z y k ł a d 6
Sposób otrzymywania fotokatalizatora magnetycznego TiO2/SiO2/Fe3O4 aktywnego w zakresie promieniowania UV
Do 0,18M Tween 80 w wodzie dodaje się 20 g Fe(NO3)3-9H2O oraz 10 g FeSO4-7H2O, całość miesza się w atmosferze gazu obojętnego, azotu. Dodaje się wodę amoniakalną w 0,18M Tween 80 do wartości pH wynoszącej 10. Oddzielnie sporządza się mieszaninę drugą zawierającą roztwór alkoholu etylowego oraz TEOS i do mieszaniny drugiej dodaje się 0,18M Tween 80 w wodzie i 0,1M kwas azotowy tak, aby wartość pH mieszaniny drugiej wynosiła 3. Stosunek molowy TEOS do Fe3O4 wynosi 4:1. Otrzymany koloid SiO2 w mieszaninie drugiej dodaje się do zawiesiny cząstek magnetycznych w wodzie, ustalając wartość pH 4. Następnie dodaje się 1 g TiO2 P25, otrzymując fotokatalizator magnetyczny TiO2/SiO2/Fe3O4. Właściwości fotokatalityczne zbadano w reakcji degradacji fenolu. Stwierdzono, że w wyniku naświetlania promieniowaniem z zakresu UV 0,2 mM roztworu wodnego fenolu zawierającego 1 g fotokatalizatora, w czasie 30 min degradacji uległo 100% fenolu. Magnetyczność nanokompozytu TiO2/SiO2/Fe3O4 wynosiła 49 emu-g-1.
P r z y k ł a d 7
Sposób otrzymywania fotokatalizatora magnetycznego Pt-TiO2/SiO2/Fe3O4 aktywnego w zakresie promieniowania UV i Vis
Do 0,18M Tween 80 w wodzie dodaje się 3 g cząstek Fe-Ni o wielkości 10 nm. Oddzielnie sporządza się 50 cm3 0,18M Tween 80 zawierającego 0,05M kwas solny, do którego dodaje się 16 cm3 TMOS. Mieszaninę drugą dodaje się do zawiesiny cząstek Fe-Ni, tak aby wartość pH wynosiła 5-6 i otrzymuje zawiesinę zawierającą cząstki magnetyczne pokryte warstwą krzemionki. Następnie przygotowuje się zawiesinę trzecią, zawierającą 0,18M Tween 80 w wodzie, zawierającej K2PtCI4, do którego dodaje się 1 g TiO2 ST-01 (Ishikara) tak, aby zawartość cząstek platyny w stosunku do TiO2 wynosiła 0,05% mol. Platynę redukuje się na powierzchni TiO2 za pomocą 0,1M roztworu borowodorku sodu w 1,5-krotnym nadmiarze molowym NaBH4 do jonów Pt2+. Do zawiesiny cząstek magnetycznych Fe-Ni pokrytych warstwą krzemionki dodaje się zawiesinę trzecią zawierającą cząstki fotokatalizatora Pt-TiO2, przy wartości pH wynoszącej 5-6. Otrzymany fotokatalizator magnetyczny Pt/TiO2/SiO2/Fe-Ni separuje się, przemywa się wodą i suszy się w temperaturze 70°C do suchej masy. Magnetyczność
PL 233 343 B1 otrzymanego nanokompozytu wynosi 46 emu-g 1. Stwierdzono, że efektywność degradacji fenolu po 30 min naświetlania światłem widzialnym (λ>450 nm) wynosiła 100%.
P r z y k ł a d 8
Sposób otrzymywania fotokatalizatora magnetycznego warstwowego Pt/I-TiO2/SiO2/BaFei2Oi9 aktywnego w świetle widzialnym
Do 100 cm3 wody wprowadza się cząstki magnetyczne BaFe12O19 o wielkości 12 nm, zawiesinę poddaje się działaniu ultradźwięków przez 10 min. Oddzielnie sporządza się roztwór 0,1M kwasu askorbinowego o pH 3,5, do którego wprowadza się prekursor warstwy intertnej tetraetyloortokrzemian (TEOS) tak, aby zawartość TEOS w stosunku do cząstek BaFe12O19 wynosiła 4:1. Mieszaninę drugą dodaje się do zawiesiny cząstek magnetycznych, tak aby wartość pH wynosiła 4,5. Następnie przygotowuje się zawiesinę trzecią, wprowadzając do 10 cm3 tetraizopropylotytanianu zdyspergowanego w alkoholu etylowym 6 cm3 6 mM roztworu wodnego kwasu jodowego. Następnie po 30 min mieszania dodaje się 0,5 cm3 K2PtCI4 tak, aby zawartość platyny do TiO2 wynosiła 0,05% molowych oraz po min mieszania dodaje się 0,5 cm3 borowodorku sodu w nadmiarze molowym w stosunku do jonów platyny wynoszącym 1,5. Do zawiesiny cząstek magnetycznych BaFe12O19 pokrytych warstwą krzemionki dodaje się zawiesinę trzecią zawierającą cząstki fotokatalizatora Pt/l-TiO2, korygując wartość pH w zakresie pomiędzy 4-5. Otrzymany fotokatalizator magnetyczny Pt/l-TiO2/SiO2/BaFe12O19 separuje się, przemywa się wodą i suszy się w temperaturze 70°C do suchej masy i kalcynuje w temperaturze 300°C przez 1 h. Magnetyczność otrzymanego nanokompozytu wynosi 65 emu-g-1. Stwierdzono, że efektywność degradacji fenolu po 30 min. naświetlania światłem widzialnym (λ>420 nm) wynosiła 100%, a stopień mineralizacji 98%.
P r z y k ł a d 9
Sposób otrzymywania fotokatalizatora magnetycznego warstwowego Pt/TiO2/grafen/BaFe12O19 aktywnego w UV-Vis
Do 100 cm3 wody wprowadza się cząstki magnetyczne BaFe12O19 o wielkości 12 nm, zawiesinę poddaje się działaniu ultradźwięków przez 10 min. Oddzielnie sporządza się zawiesinę drugą zawierającą roztwór 0,2M kwasu askorbinowego o pH 3,5, do którego wprowadza się cząstki grafenu lub węgla w ilości 3% wag. a stosunek molowy grafenu lub węgla do cząstek BaFe^Ow wynosił 0,1:1. Zawiesinę drugą dodaje się do zawiesiny cząstek magnetycznych, tak aby wartość pH wynosiła 6. Następnie przygotowuje się zawiesinę trzecią, wprowadzając do 10 cm3 tetraizopropylotytanianu zdyspergowanego w alkoholu etylowym 6 cm3 6 mM roztworu wodnego kwasu jodowego. Do zawiesiny cząstek magnetycznych BaFe12O19 pokrytych warstwą krzemionki dodaje się zawiesinę trzecią zawierającą cząstki fotokatalizatora I-TiO2, korygując wartość pH w zakresie pomiędzy 5-6 za pomocą 0,2M kwasu askorbinowego. Wartość potencjału zeta cząstek I-TiO2/grafen/BaFe12O19 wynosi +32 mV. Następnie po 30 min mieszania dodaje się 0,5 cm3 K2PtCI4 tak, aby zawartość platyny do TiO2 wynosiła 0,05% molowych oraz po 30 min mieszania dodaje się 0,5 cm3 borowodorku sodu w nadmiarze molowym w stosunku do jonów platyny wynoszącym 1,5. Otrzymany fotokatalizator magnetyczny Pt/I-TiO2//SiO2/BaFe12O19 separuje się, przemywa się wodą i suszy się w temperaturze 70°C do suchej masy i kalcynuje w temperaturze 300°C przez 1 h. Magnetyczność otrzymanego nanokompozytu wynosi 65 emu-g-1. Stwierdzono, że efektywność degradacji fenolu po 30 min naświetlania światłem widzialnym (λ>420 nm) wynosiła 100%, a stopień mineralizacji 98%.
Claims (13)
- Zastrzeżenia patentowe1. Sposób otrzymywania warstwowego fotokatalizatora magnetycznego polegający na utworzeniu inertnej warstwy wokół cząstki magnetycznej, którą następnie pokrywa się cząstkami fotokatalitycznymi, znamienny tym, że sporządza się zawiesinę cząstek magnetycznych w wodzie, którą miesza się korzystnie w atmosferze gazu obojętnego lub tlenku węgla(IV) oraz sporządza się drugą mieszaninę w ten sposób, że sporządza się alkoholowy i/lub wodny roztwór substancji obniżającej pH z grupy: kwasów karboksylowych i/lub kwasów nieorganicznych, korzystnie kwas solny i/lub kwas octowy i/lub kwas cytrynowy i/lub kwas askorbinowy, o pH w zakresie od 1 do 7, korzystnie od 3 do 6, do którego dodaje się składnik warstwy inertnej w postaci polimeru poli(N-izopropyloakryloamidu) glikolu polietylenowego i/lub polidimetylosiloksanu i/lub krzemionki lub węgla korzystnie w postaci grafitu lub grafenu lub prekursora składnika warstwy inertnej, takiego jak tetraetyloortokrzemian (TEOS) i/lub tetrametoPL 233 343 B1 ksysilan (TMOS), w stosunku molowym składnika warstwy inertnej do cząstek magnetycznych wynoszącym w zakresie od 0,01:1 do 20:1, korzystnie od 0,5:1 do 10:1, następnie do zawiesiny zawierającej cząstki magnetyczne wkrapla się drugą mieszaninę i ustala się pH poniżej 7, korzystnie w zakresie od 3 do 6, całość miesza się, a następnie dodaje się cząstki fotokatalityczne półprzewodników z grupy: tlenek tytanu(IV) TiO2, tlenek wolframu(VI) WO3, tlenek cynku ZnO, dwutlenek cyny SnO2, siarczek kadmu CdS, korzystnie TiO2, korzystnie w postaci prekursora półprzewodnika cząstek fotokatalitycznych, korzystnie tetrabutylo tytanian i/lub tetraizopropylo tytanian i/lub siarczan tytanylu i/lub czterochlorek tytanu, w takiej ilości, aby stosunek molowy cząstek fotokatalitycznych do cząstek magnetycznych wynosił od 0,1:1 do 30:1, korzystnie w zakresie od 0,5:1 do 4:1, po czym po co najmniej 10 min mieszania lub uzyskaniu dodatniej wartości potencjału zeta, otrzymane cząstki separuje się za pomocą pola magnetycznego, przemywa się wodą, suszy się w temperaturze 60-90°C i kalcynuje się w temperaturze 250-1000°C przez 0,5-5 godzin.
- 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako cząstki magnetyczne stosuje się dowolny ferryt spinelowy, korzystnie z grupy: MFe2O4 (M=Mn, Zn, Fe), CoFe2-xMxO4 (M=Zn2+, Mn2+), y-Fe2O3, dowolny ferryt heksagonalny, korzystnie BaFe12O19, BaFe12O19-M2Fe4O8 (M=Mn, Fe, Zn), związki z grupy magnesów organicznych, pył żelazowy lub stopy metali i ich nanocząstki o właściwościach magnetycznych, takie jak: Fe-Pt, Co-Pt, Fe-Ni, Fe-Co, Ni-CeO2, korzystnie Fe-Ni.
- 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako cząstki fotokatalityczne stosuje się cząstki fotokatalityczne zmodyfikowane powierzchniowo nanocząstkami metali szlachetnych lub bimetali, korzystnie Pt-Cu, Pt-Pd, Pd-Cu, Au-Pt, Au-Pd, Ag-Pt, Ag-Cu w ilości od 0,01 do 10% molowych w stosunku do półprzewodnika, korzystnie od 0,01 do 1% molowych.
- 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że cząstki fotokatalityczne domieszkuje się niemetalem z grupy azot, siarka, bor, jod, węgiel w ilości od 0,01 do 30% wagowych w stosunku do półprzewodnika, korzystnie od 0,01 do 15% wagowych.
- 5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że cząstki fotokatalityczne dodatkowo modyfikuje się powierzchniowo w znany sposób nanocząstkami metali korzystnie platyny, miedzi, palladu w ilości od 0,01 do 10% molowych w stosunku do półprzewodnika, korzystnie od 0,01 do 1% molowych.
- 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiesinę cząstek magnetycznych sporządza się w roztworze wodnym surfaktantu niejonowego, korzystnie eteru p-1,1,3,3-tetrametylobutylofenylowo polietylenoglikolowy (TX-100), monostearynianu sorbitanu, monolaurynianu sorbitanu (Tween 80) w stężeniu od 0,01M do 3M, jak również do drugiej mieszaniny dodaje się roztwór wodny surfaktantu niejonowego, korzystnie eteru p-1,1,3,3-tetrametylobutylofenylowo polietylenoglikolowy (TX-100), monostearynianu sorbitanu, monolaurynianu sorbitanu (Tween 80) w stężeniu od 0,01 M do 3M.
- 7. Sposób otrzymywania warstwowego fotokatalizatora magnetycznego polegający na utworzeniu inertnej warstwy wokół cząstki magnetycznej, którą następnie pokrywa się cząstkami fotokatalitycznymi, znamienny tym, że sporządza się pierwszą mikroemulsję w/o zawierającą zawiesinę cząstek magnetycznych oraz surfaktant niejonowy, korzystnie eter p-1,1,3,3-tetrametylobutylofenylowo polietylenoglikolowym, monooleinian polioksyetylenosorbitanu (Polisorbat 80), monooleinian sorbitanu (Span 80), monostearynian sorbitanu, monolaurynianem sorbitanu (Tween 80) w stężeniu od 0,1M do 10M w stosunku do fazy olejowej korzystnie cykloheksanu i/lub izooktanu i/lub heptanu, i/lub oktanu, sporządza się drugą mikroemulsję w/o zawierającą surfaktant niejonowy korzystnie eter p-1,1,3,3-tetrametylobutylofenylowo polietylenoglikolowym, monooleinian polioksyetylenosorbitanu (Polisorbat 80), monooleinian sorbitanu (Span 80), monostearynian sorbitanu, monolaurynianem sorbitanu (Tween 80) w stężeniu od 0,1M do 10M w stosunku do fazy olejowej korzystnie cykloheksanu i/lub izooktanu lub i/heptanu i/lub oktanu oraz w fazie wodnej substancję obniżającą pH z grupy kwasów organicznych i/lub nieorganicznych, korzystnie kwas cytrynowy i/lub kwas solny i/lub kwas askorbinowy o stężeniu od 0,01 do 10M, korzystnie 1M, o pH poniżej 7 korzystnie od 3 do 6, następnie do drugiej mikroemulsji dodaje się składnik warstwy inertnej w postaci substancji z grupy krzemionki, polimeru poli(N-izopropyloakryloamidu) glikolu polietylenowego lub węgla korzystnie w postaci grafitu lub grafenu lub prekursora składnika warstwy inertnej, takiego jakPL 233 343 B1 tetraetyloortokrzemian (TEOS) i/lub tetrametoksysilan (TMOS), w stosunku molowym składnika warstwy inertnej do cząstek magnetycznych wynoszącym od 0,01:1 do 20:1, korzystnie od 1:1 do 10:1, następnie miesza się razem pierwszą mikroemulsję z drugą mikroemulsją cały czas utrzymując pH poniżej 7 korzystnie w zakresie od 3 do 6, po czym dodaje się cząstki fotokatalityczne półprzewodników z grupy: tlenek tytanu(IV) TiO2, tlenek wolframu(VI) WO3, tlenek cynku ZnO, dwutlenek cyny SnO2, siarczek kadmu CdS, korzystnie TiO2 korzystnie w postaci prekursora półprzewodnika, korzystnie tetrabutylo tytanian i/lub tetraizopropylo tytanian i/lub siarczan tytanylu i/lub czterochlorek tytanu, w takiej ilości, aby st osunek molowy cząstek fotokatalitycznych do cząstek magnetycznych wynosił od 0,1:1 do 30:1, korzystnie w zakresie od 1:1 do 4:1, cały czas utrzymując pH poniżej 7 korzystnie od 3 do 6, po czym po co najmniej 10 min mieszania lub uzyskaniu dodatniej wartości potencjału zeta, otrzymane cząstki separuje się za pomocą pola magnetycznego, przemywa się wodą, suszy się w temperaturze 60-90°C i kalcynuje się w temperaturze 250-1000°C przez 0,5-5 godzin.
- 8. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że cząstki fotokalityczne dodaje się w postaci mikroemulsji w/o zawierającej surfaktant niejonowy korzystnie eter p-1,1,3,3-tetrametylobutylofenylowo polietylenoglikolowym, monooleinian polioksyetylenosorbitanu (Polisorbat 80), monooleinian sorbitanu (Span 80), monostearynian sorbitanu, monolaurynianem sorbitanu (Tween 80) w stężeniu od 0,1 M do 10M w stosunku do fazy olejowej korzystnie cykloheksanu lub izooktanu lub heptanu lub oktanu, w takiej ilości aby stosunek molowy półprzewodnika do cząstek magnetycznych wynosił od 0,1:1 do 30:1, korzystnie w zakresie od 1:1 do 4:1, o pH o wartości poniżej 7 korzystnie 3 do 6.
- 9. Sposób według zastrz. 7 albo 8, znamienny tym, że do pierwszej mikroemulsji i/lub do drugiej mikroemulsji dodaje się ko-surfaktant, korzystnie izopropanol i/lub n-butanol i/lub heksanol o stężeniu od 0,1M do 10M w stosunku do fazy olejowej.
- 10. Sposób według zastrz. 7 albo 8, znamienny tym, że jako cząstki magnetyczne stosuje się dowolny ferryt spinelowy, korzystnie z grupy: MFe2O4 (M=Mn, Zn, Fe), CoFe2-xMxO4 (M=Zn2+, Mn2+), y-Fe2O3, dowolny ferryt heksagonalny, korzystnie BaFe12O19, BaFe12O19-M2Fe4Os (M=Mn, Fe, Zn), związki z grupy magnesów organicznych, pył żelazowy lub stopy metali i ich nanocząstki o właściwościach magnetycznych, takie jak: Fe-Pt, Co-Pt, Fe-Ni, Fe-Co, Ni-CeO2, korzystnie Fe-Ni.
- 11. Sposób według zastrz. 7 albo 8, znamienny tym, że jako cząstki fotokatalityczne stosuje się cząstki fotokatalityczne zmodyfikowane powierzchniowo nanocząstkami metali szlachetnych lub bimetali, korzystnie Pt-Cu, Pt-Pd, Pd-Cu, Au-Pt, Au-Pd, Ag-Pt, Ag-Cu w ilości od 0,01 do 10% molowych w stosunku do półprzewodnika, korzystnie od 0,01 do 1% molowych.
- 12. Sposób według zastrz. 7 albo 8, znamienny tym, że cząstki fotokatalityczne domieszkuje się niemetalem z grupy azot, siarka, bor, jod, węgiel w ilości od 0,01 do 30% wagowych w stosunku do półprzewodnika, korzystnie od 0,01 do 15% wagowych.
- 13. Sposób według zastrz. 12, znamienny tym, że cząstki fotokatalityczne dodatkowo modyfikuje się powierzchniowo w znany sposób nanocząstkami metali korzystnie platyny, miedzi, palladu w ilości od 0,01 do 10% molowych w stosunku do półprzewodnika, korzystnie od 0,01 do 1% molowych.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL423293A PL233343B1 (pl) | 2017-10-28 | 2017-10-28 | Sposób otrzymywania warstwowego fotokatalizatora magnetycznego |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL423293A PL233343B1 (pl) | 2017-10-28 | 2017-10-28 | Sposób otrzymywania warstwowego fotokatalizatora magnetycznego |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL423293A1 PL423293A1 (pl) | 2019-05-06 |
| PL233343B1 true PL233343B1 (pl) | 2019-09-30 |
Family
ID=66341851
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL423293A PL233343B1 (pl) | 2017-10-28 | 2017-10-28 | Sposób otrzymywania warstwowego fotokatalizatora magnetycznego |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL233343B1 (pl) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111774072A (zh) * | 2020-07-10 | 2020-10-16 | 重庆工程职业技术学院 | 一种制备碳包覆磁性硫化镉复合光催化剂的方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012155269A1 (en) * | 2011-05-17 | 2012-11-22 | Frank Gu | Superparamagnetic photocatalytic microparticles |
| CN102302933B (zh) * | 2011-06-23 | 2013-12-18 | 常州大学 | 磁性氧化物空心微球/二氧化钛复合光催化剂的制备方法 |
| CN102921435A (zh) * | 2012-10-31 | 2013-02-13 | 湖北大学 | 一种磁性Fe3O4/SiO2/TiO2/量子点复合纳米光催化剂及其制备方法和应用 |
| CN106861764A (zh) * | 2017-03-09 | 2017-06-20 | 云南健牛生物科技有限公司 | 一种含盐磁性二氧化钛光催化剂泡腾片及其制备方法 |
-
2017
- 2017-10-28 PL PL423293A patent/PL233343B1/pl unknown
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111774072A (zh) * | 2020-07-10 | 2020-10-16 | 重庆工程职业技术学院 | 一种制备碳包覆磁性硫化镉复合光催化剂的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL423293A1 (pl) | 2019-05-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Pang et al. | Research progress on iron oxide-based magnetic materials: synthesis techniques and photocatalytic applications | |
| Singh et al. | Systematic review on applicability of magnetic iron oxides–integrated photocatalysts for degradation of organic pollutants in water | |
| Mustapha et al. | Facile synthesis and characterization of TiO2 nanoparticles: X-ray peak profile analysis using Williamson–Hall and Debye–Scherrer methods | |
| Nguyen et al. | Mesocrystalline Zn-doped Fe3O4 hollow submicrospheres: formation mechanism and enhanced photo-Fenton catalytic performance | |
| Ranjith et al. | Evolution of visible photocatalytic properties of Cu-doped CeO2 nanoparticles: role of Cu2+-mediated oxygen vacancies and the mixed-valence states of Ce ions | |
| Jacinto et al. | Magnetic materials for photocatalytic applications—a review | |
| Li et al. | Fe3O4@ SiO2@ TiO2@ Pt hierarchical core–shell microspheres: controlled synthesis, enhanced degradation system, and rapid magnetic separation to recycle | |
| Shojaie et al. | Synthesis and evaluations of Fe 3 O 4–TiO 2–Ag nanocomposites for photocatalytic degradation of 4-chlorophenol (4-CP): Effect of Ag and Fe compositions | |
| Xu et al. | Self-generation of tiered surfactant superstructures for one-pot synthesis of Co3O4 nanocubes and their close-and non-close-packed organizations | |
| Shojaie et al. | Hydrothermal synthesis of Fe-TiO2-Ag nano-sphere for photocatalytic degradation of 4-chlorophenol (4-CP): investigating the effect of hydrothermal temperature and time as well as calcination temperature | |
| Pradhan et al. | Fabrication, growth mechanism, and characterization of α-Fe2O3 nanorods | |
| Sudrajat et al. | Low-temperature synthesis of δ-Bi2O3 hierarchical nanostructures composed of ultrathin nanosheets for efficient photocatalysis | |
| Wen et al. | Plasmonic photocatalysis properties of Au nanoparticles precipitated anatase/rutile mixed TiO 2 nanotubes | |
| Zhang et al. | A highly reactive and magnetic recyclable catalytic system based on AuPt nanoalloys supported on ellipsoidal Fe@ SiO 2 | |
| Jadhav et al. | Visible light photocatalytic activity of magnetically diluted Ni–Zn spinel ferrite for active degradation of rhodamine B | |
| Rosales et al. | Evaluating the bi-functional capacity for arsenic photo-oxidation and adsorption on anatase TiO2 nanostructures with tunable morphology | |
| Sakthikumar et al. | A highly stable rhenium organosol on a DNA scaffold for catalytic and SERS applications | |
| Zeng et al. | Hematite with the urchinlike structure: its shape-selective synthesis, magnetism, and enhanced photocatalytic performance after TiO2 encapsulation | |
| Li et al. | Implantation of Fe3O4 nanoparticles in shells of Au@ m-SiO2 Yolk@ Shell nanocatalysts with both improved recyclability and catalytic activity | |
| Masudi et al. | Magnetite-based catalysts for wastewater treatment | |
| Kumar et al. | Characterization of structural, optical and photocatalytic properties of silver modified hematite (α-Fe2O3) nanocatalyst | |
| Khurram et al. | α-Fe 2 O 3-based nanocomposites: Synthesis, characterization, and photocatalytic response towards wastewater treatment | |
| Kiziltaş et al. | Preparation and characterization of recyclable Fe3O4@ SiO2@ TiO2 composite photocatalyst, and investigation of the photocatalytic activity | |
| Ghasemy-Piranloo et al. | Synthesis of core/shell/shell Fe3O4/SiO2/ZnO nanostructure composite material with cubic magnetic cores and study of the photo-degradation ability of methylene blue | |
| Ao et al. | Magnetically separable composite photocatalyst with enhanced photocatalytic activity |