RO131970B1 - Materiale compozite pe bază de tio-pt/oxid de grafenă şi tio-pt/oxid de grafenă redus pentru fotodegradarea coloranţilor de tip azoic din ape - Google Patents
Materiale compozite pe bază de tio-pt/oxid de grafenă şi tio-pt/oxid de grafenă redus pentru fotodegradarea coloranţilor de tip azoic din ape Download PDFInfo
- Publication number
- RO131970B1 RO131970B1 RO201600731A RO201600731A RO131970B1 RO 131970 B1 RO131970 B1 RO 131970B1 RO 201600731 A RO201600731 A RO 201600731A RO 201600731 A RO201600731 A RO 201600731A RO 131970 B1 RO131970 B1 RO 131970B1
- Authority
- RO
- Romania
- Prior art keywords
- tio
- graphene oxide
- water
- dyes
- degradation
- Prior art date
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims description 34
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 31
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 title claims description 25
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 14
- 239000000975 dye Substances 0.000 title description 23
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 51
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 claims description 24
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 claims description 18
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims description 15
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 claims description 11
- 239000000987 azo dye Substances 0.000 claims description 8
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 7
- 238000009281 ultraviolet germicidal irradiation Methods 0.000 claims description 3
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 43
- 238000000034 method Methods 0.000 description 18
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 description 14
- 230000008569 process Effects 0.000 description 12
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 9
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 238000009303 advanced oxidation process reaction Methods 0.000 description 5
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 5
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 5
- CIWBSHSKHKDKBQ-JLAZNSOCSA-N Ascorbic acid Chemical compound OC[C@H](O)[C@H]1OC(=O)C(O)=C1O CIWBSHSKHKDKBQ-JLAZNSOCSA-N 0.000 description 4
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 4
- 235000009328 Amaranthus caudatus Nutrition 0.000 description 3
- 240000001592 Amaranthus caudatus Species 0.000 description 3
- 239000004178 amaranth Substances 0.000 description 3
- 235000012735 amaranth Nutrition 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 3
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 3
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 3
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 description 3
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- 239000004149 tartrazine Substances 0.000 description 3
- UJMBCXLDXJUMFB-GLCFPVLVSA-K tartrazine Chemical compound [Na+].[Na+].[Na+].[O-]C(=O)C1=NN(C=2C=CC(=CC=2)S([O-])(=O)=O)C(=O)C1\N=N\C1=CC=C(S([O-])(=O)=O)C=C1 UJMBCXLDXJUMFB-GLCFPVLVSA-K 0.000 description 3
- 229960000943 tartrazine Drugs 0.000 description 3
- 235000012756 tartrazine Nutrition 0.000 description 3
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 3
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 3
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- YRKCREAYFQTBPV-UHFFFAOYSA-N acetylacetone Chemical compound CC(=O)CC(C)=O YRKCREAYFQTBPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 229960005070 ascorbic acid Drugs 0.000 description 2
- 235000010323 ascorbic acid Nutrition 0.000 description 2
- 239000011668 ascorbic acid Substances 0.000 description 2
- 125000000751 azo group Chemical group [*]N=N[*] 0.000 description 2
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 2
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 230000036541 health Effects 0.000 description 2
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 description 2
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 2
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 description 2
- 238000001782 photodegradation Methods 0.000 description 2
- 241000894007 species Species 0.000 description 2
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 2
- XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N C60 fullerene Chemical class C12=C3C(C4=C56)=C7C8=C5C5=C9C%10=C6C6=C4C1=C1C4=C6C6=C%10C%10=C9C9=C%11C5=C8C5=C8C7=C3C3=C7C2=C1C1=C2C4=C6C4=C%10C6=C9C9=C%11C5=C5C8=C3C3=C7C1=C1C2=C4C6=C2C9=C5C3=C12 XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229930182559 Natural dye Natural products 0.000 description 1
- 102000003992 Peroxidases Human genes 0.000 description 1
- 206010070834 Sensitisation Diseases 0.000 description 1
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920004890 Triton X-100 Polymers 0.000 description 1
- 239000013504 Triton X-100 Substances 0.000 description 1
- -1 WO 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 238000003915 air pollution Methods 0.000 description 1
- 230000000845 anti-microbial effect Effects 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001491 aromatic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 230000008953 bacterial degradation Effects 0.000 description 1
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 1
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 1
- 238000006065 biodegradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000033558 biomineral tissue development Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 238000011088 calibration curve Methods 0.000 description 1
- 230000000711 cancerogenic effect Effects 0.000 description 1
- 150000001722 carbon compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100000315 carcinogenic Toxicity 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005660 chlorination reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013068 control sample Substances 0.000 description 1
- 238000004320 controlled atmosphere Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 239000002537 cosmetic Substances 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000002845 discoloration Methods 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005189 flocculation Methods 0.000 description 1
- 230000016615 flocculation Effects 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 1
- 229910003472 fullerene Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 230000009931 harmful effect Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000000976 ink Substances 0.000 description 1
- 150000002484 inorganic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000543 intermediate Substances 0.000 description 1
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 231100001231 less toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000001404 mediated effect Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- STZCRXQWRGQSJD-GEEYTBSJSA-M methyl orange Chemical compound [Na+].C1=CC(N(C)C)=CC=C1\N=N\C1=CC=C(S([O-])(=O)=O)C=C1 STZCRXQWRGQSJD-GEEYTBSJSA-M 0.000 description 1
- 229940012189 methyl orange Drugs 0.000 description 1
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 description 1
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 description 1
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 1
- 239000000978 natural dye Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002843 nonmetals Chemical class 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 231100000956 nontoxicity Toxicity 0.000 description 1
- 239000001048 orange dye Substances 0.000 description 1
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 1
- 238000010525 oxidative degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000123 paper Substances 0.000 description 1
- 108040007629 peroxidase activity proteins Proteins 0.000 description 1
- 238000013033 photocatalytic degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000049 pigment Substances 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001223 reverse osmosis Methods 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- PYWVYCXTNDRMGF-UHFFFAOYSA-N rhodamine B Chemical compound [Cl-].C=12C=CC(=[N+](CC)CC)C=C2OC2=CC(N(CC)CC)=CC=C2C=1C1=CC=CC=C1C(O)=O PYWVYCXTNDRMGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940043267 rhodamine b Drugs 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 230000008313 sensitization Effects 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 238000003900 soil pollution Methods 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000979 synthetic dye Substances 0.000 description 1
- 239000004753 textile Substances 0.000 description 1
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
- 238000004627 transmission electron microscopy Methods 0.000 description 1
- AAAQKTZKLRYKHR-UHFFFAOYSA-N triphenylmethane Chemical compound C1=CC=CC=C1C(C=1C=CC=CC=1)C1=CC=CC=C1 AAAQKTZKLRYKHR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
- 239000003643 water by type Substances 0.000 description 1
- 238000003911 water pollution Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Catalysts (AREA)
Description
Prezenta invenție se referă la materiale compozite pe bază de dioxid de titan, platină și oxid de grafenă, respectiv, dioxid de titan, platină și oxid de grafenă redus (RGO), care au proprietăți fotocatalitice deosebite.
Materialele compozite preparate sub formă de pulberi (TiO2-Pt/GO și TiO2-Pt/RGO) au fost testate în procese de degradare a trei coloranți de tip azoic (amaranth, sunset yellow și tartrazină), sub acțiunea luminii UV și a luminii solare, obținându-se rezultate remarcabile în ceea ce privește eficiența fotocatalitică a acestora.
Procesele din industria de fabricare a hârtiei, cernelurilor, ceramicii, textilelor, cosmeticelor, produselor farmaceutice și alimentare produc ape uzate având un conținut ridicat de contaminanți. Poluanți importanți ai apelor reziduale care provin din zonele industriale de profil sunt coloranții organici. Coloranții sintetici, comparativ cu cei naturali, au costuri de producție relativ mai mici, și îndeplinesc anumite condiții fizico-chimice, precum stabilitate crescută la lumină, uniformitate a culorii, rezistență la acțiunea microbiană [1]. Versatilitatea lor îi promovează în diferite aplicații industriale, însă au efecte nocive asupra sănătății umane, mulți dintre ei fiind considerați cu potențial toxic și cancerigen [1], Dintre aceștia, coloranții azoici (compuși aromatici având una sau mai multe grupări azo caracteristice, -N=N-) constituie o clasă importantă a poluanților mediului, reprezentând 60...70% din totalul coloranților și pigmenților utilizați [2, 3]. în acest context, îndepărtarea coloranților din ape devine foarte importantă în scopul îmbunătățirii calității apei, protejării sănătății și prevenirii îmbolnăvirilor.
în prezent, există o serie de metode utilizate pentru îndepărtarea coloranților din ape: chimice (schimbul ionic, clorinare), fizice (osmoză inversă, floculare, absorbție pe filtre cu cărbune activ) sau biologice (degradare bacteriană). Dezavantajele tehnologiilor convenționale de epurare a apelor uzate sunt următoarele: costuri mari de operare, consum ridicat de energie, eficiență redusă din cauza stabilității chimice a coloranților și/sau complexității degradării acestora [4],
Procesele de oxidare avansată AOPs (advanced oxidation processes) sunt o alternativă eficientă la procesele convenționale de tratare a apelor (nefiind consumatoare de substanțe chimice și producătoare de reziduuri). Acestea cuprind proceduri chimice care implică generarea unor specii foarte reactive (de exemplu, radicalii hidroxil), care oxidează rapid și neselectiv o serie de poluanți organici, transformându-i în produși mai puțin toxici sau chiar non-toxici [5]. Fotocataliza face parte din categoria AOPs și este recunoscută ca strategie ecologică și viabilă pentru probleme de mediu, precum poluarea apelor cu diferiți contaminanți periculoși, care pot perturba ecosistemul și echilibrul mediului. Principiul fotocatalizei se bazează pe utilizarea unor catalizatori activați de energia luminoasă, pentru a genera reacțiile oxidative care conduc la degradarea compușilor organici, cu formare de intermediari biodegradabili (specii parțial oxidate) și, în cele din urmă, mineralizarea completă a acestora, rezultând CO2 și H2O.
în ultimele decenii, domeniul fotocatalizei mediate de semiconductori (de exemplu, TiO2, ZnO, WO3, CdS) în procese de degradare a contaminanților organici din apă a luat o amploare deosebită [6], cu accent mai pronunțat pe materiale pe bază de TiO2, considerat a fi un fotocatalizator versatil [7-9] datorită activității sale catalitice ridicate, rezistenței la coroziune, costului scăzut și non-toxicității [10,11]. Cu toate acestea, eficiența fotocatalitică a dioxidului de titan este limitată de sensibilitatea acestuia la lumina UV a spectrului solar (sub 380 nm), reprezentând -5% din energia disponibilă a spectrului solar [12-14], în scopul de a îmbunătăți performanța fotocatalitică a TiO2 au fost abordate strategii variate: dopare cu nemetale (N, F, C, S), metale nobile și metale tranziționale (Pt, Pd, Ag, Au, Ru, Fe, Ni); cuplarea cu alte semiconductoare (CdS, ZnO, Fe2O3, WO3) și sensibilizarea cu diferiți coloranți [12, 13].
RO 131970 Β1
Materialele pe bază de TiO2 utilizate în procese fotocatalitice de degradare a 1 compușilor organici fac obiectul unor brevete de invenție precum urmează:
- cererea de brevet CN 103272588 A (Recoverable float type Pt-TiO2/floating bead 3 photocatalyst and preparation method thereof): fotocatalizatori pe bază de Pt-TiO2 sub formă de bile, ca ansamble plutitoare, utilizate în degradarea fotocatalitică a poluanților cu ajutorul 5 luminii solare;
- cererea de brevet CN 102531096 A (Method for degrading organic matters by 7 photoelectrocatalysis): filme de grafenă/oxizi semiconductori (dioxid de titan, oxid de zinc, oxid de staniu) depuse pe sticlă conductoare de FTO utilizate ca electrozi în procese de 9 degradare a materiei organice prin fotoelectrocataliză;
- cererea de brevet CN 101947441 A (Graphene composite photocatalyst, 11 preparation method andapplication thereof): fotocatalizatori compozit pe bază de grafenă, cu proprietăți de absorbție și activitate fotocatalitică pentru controlul mediului și conversiei 13 energiei solare;
- cererea de brevet CN 101658786 A (Method for preparing graphene-based titanium 15 dioxide composite photocatalyst by radiation of electron beam): fotocatalizatori compozit pe bază de grafenă-dioxid de titan, testați în procese de degradare a colorantului metil orange; 17
- cererea de brevet CN 101773827 A (Preparation method of high-activity platinumloaded TiO2 nanotube photocatalyst): fotocatalizator pe bază de nanotuburi Pt-TiO2 cu 19 eficiență crescută, testat în degradarea colorantului Rhodamine B;
- brevetul RO 125151 B1 (Procedeu de obținere a unui fotocatalizator de dioxid de 21 titan sub formă de film sau pulbere și catalizatorul astfel obținut): fotocatalizatori de dioxid de titan sub formă de filme subțiri, depuse pe suporturi de sticlă silico-calco-sodică și pulberi, 23 utilizate la depoluarea fotocatalitică a apelor impurificate cu diverși poluanți organici clorurați;
- brevetul RO 125498 B1 (Compoziție dispersă, nanostructurată, cu acțiune 25 fotocatalitică și antimicrobiană, și procedeu de obținere a acesteia): compoziție dispersă, nanostructurată din Ag/TiO2 și/sau Ag/N-TiO2 cu randament ridicat de degradare 27 fotocatalitică a compușilor organici/anorganici poluanți.
Mai recent, materialele nanostructurate pe bază de carbon (nanotuburi de carbon, 29 fullerene, foi de grafene) prezintă un interes crescând datorită proprietăților speciale ale acestora, structurale și electronice, rezistenței chimice și suprafeței specifice mari. în 31 particular, TiO2 pe suport de grafene se prezintă ca unul dintre materialele cele mai promițătoare pentru următoarea generație de fotocatalizatori [15-17], 33
Problema tehnică pe care o rezolvă invenția constă în obținerea unor catalizatori sub formă de pulbere, cu activitate fotocatalitică ridicată, cu structură omogenă, care se pot 35 utiliza în prezența luminii solare, la depoluarea apelor.
Materialele compozite pe bază de dioxid de titan conțin platină și oxid de grafenă, 37 unde raportul molar Pt:Ti este 0,02, oxidul de grafenă este în proporție de 10 procente de masă; materialul compozit sub formă de pulbere are activitate fotocatalitică astfel încât se 39 obține degradarea avansată a coloranților azoici din ape, cu o eficiență de 77,40...91,01% sub iradiere UV, și de 96,09....99,34% sub iradiere solară. 41
Invenția se referă la două materiale compozite pe bază de grafene și TiO2 cu proprietăți fotocatalitice. Materialele compozite conform invenției au în compoziție dioxid de 43 titan conținând platină în raport molar Pt:Ti = 0,02 și oxid de grafenă 10%, respectiv, dioxid de titan conținând platină în raport molar Pt:Ti = 0,02 și oxid de grafenă redus 10%. 45
Se prezintă în continuare un exemplu de realizare a invenției.
RO 131970 Β1
Exemplu
Procedura experimentală de obținere a compozitelor TiO2-Pt/GO și TiO2-Pt/RGO presupune în primă fază prepararea nanocompozitului TiO2-Pt. Se dispersează 3 g pulbere de TiO2 într-un amestec de apă bidistilată:Triton X-100:acetilacetonă, în raport volumetric 5:1:1,5. în continuare, se adaugă în suspensia de TiO2 (raport molar Pt:Ti = 0,02) acid hexacloroplatinic (H2PtCI6, ca precursor al nanoparticulelor de Pt) și acid ascorbic (agent reducător al ionilor de Pt+) în raport de masă H2PtCI6:acid ascorbic = 1:2. Amestecul se agită magnetic la 80°C până la schimbarea culorii în gri închis (indicând reducerea chimică a H2PtCI6), apoi se usucă la 50°C și se tratează termic la 450°C, în aer, timp de 2 h. Ultima fază a procedurii experimentale implică prepararea compozitelorTiO2-Pt/GO și TiO2-Pt/RGO. Oxidul de grafenă se obține din grafit prin metoda Hummers' modificată [18]. TiO2-Pt și GO (3 mg GO/ml), în raport de masă 10:1, se dispersează în soluție de etanol 20%. Suspensia se amestecă prin ultrasonare, timp de 30 min, apoi se transferă pe un agitator magnetic, la 50°C, pentru uscare. Materialul rezultat este compozitul denumit TiO2-Pt/GO. Ulterior, din acest compozit se obține TiO2-Pt/RGO prin tratarea termică a TiO2-Pt/GO la 300°C, timp de 15 min, în atmosferă controlată de argon.
O altă problemă pe care o rezolvă prezenta invenție constă în aceea că se reduce considerabil timpul de degradare (la 3 h eficiența fotocatalitică este de până la 99,52%) datorită proprietăților fotocatalitice ridicate ale materialelor compozite.
Materialele compozite TiO2-Pt/GO și TiO2-Pt/RGO, preparate conform invenției, sunt stabile, omogene, reproductibile din punct de vedere al proprietăților fizico-structurale, iar utilizarea lor ca fotocatalizatori asigură un grad ridicat de degradare oxidativă a poluanților organici din apă.
Aspectele morfologice și ale structurii cristalografice sunt puternic influențate de metoda de preparare a materialelor. Sunt prezentate în continuare fig. 1 și 2, în care se reprezintă caracterizarea materialelor obținute prin difracție de raze X, XRD (BRUKER D8 Advance X-ray Diffractometer, Germania) și microscopie electronică de transmisie, TEM (Automatic Microscope Hitachi, Japonia).
Difractogramele compozitelor TiO2-Pt, TiO2-Pt/GO și TiO2-Pt/RGO (fig. 1) prezintă maxime de difracție caracteristice atât fazei cristaline TiO2 anatas (fișa pdf 21-1272), cât și a fazei rutil (fișa pdf nr. 21-1276). în toate compozitele difracția de raze X evidențiază linii spectrale ce sunt atribuite structurii cristaline ale Pt (fișa pdf nr. 89-7382). Pentru compozitele care conțin specii de carbon (TiO2-Pt/GO și TiO2-Pt/RGO) se observă linia de difracție caracteristică oxidului de grafenă GO (002) de la 20 ~ 11°, iar în cazul compozitului TiO2-Pt/RGO apare o bandă largă la 20 ~ 20°, specifică oxidului de grafenă redus.
Imaginile TEM ale compozitelor TiO2-Pt/GO și TiO2-Pt/RGO (fig. 2) confirmă prezența foilor de grafenă care acoperă uniform nanoparticulele de TiO2-Pt. Caracteristicile morfologice pentru cele trei compozite sunt aproape similare, cu unele mici diferențe în modul de interconectare și aglomerare a nanoparticulelor.
Conform invenției, performanțele fotocatalitice ale compozitelor propuse TiO2-Pt/GO și TiO2-Pt/RGO au fost dovedite în procese de degradare a trei coloranți de tip azoic cu structuri chimice diferite (amaranth, sunset yellow și tartrazină), sub acțiunea luminii UV controlate și a luminii solare. Experimental, s-au utilizat câte 4 mg de pulbere catalizator (TiO2-Pt/GO și TiO2-Pt/RGO) dispersat în câte 20 ml de soluție apoasă de colorant 2 x 10'5M. în paralel, a fost efectuat un experiment de control prin iradierea soluțiilor de colorant în absența catalizatorilor.
RO 131970 Β1
Toate probele au fost expuse timp de 3 h în lumină UV (4 lămpi UV x 15 W, cu1 iradiere simultană la lungimile de undă 264 și 365 nm), precum și în lumină solară (în luna iulie, Cluj-Napoca, România, latitudine: 47°N; longitudine: 24Έ; altitudine: 354 m, unde3 radiația solară totală pe suprafață orizontală în perioada iunie - august este de 537 kW-hm2, iar radiația solară totală anuală pe suprafață orizontală este de 1307 kW-hm-2) [19].5
Activitatea fotocatalitică a compozitelor TiO2-Pt/GO și TiO2-Pt/RGO a fost evaluată cantitativ prin calcularea eficienței catalitice de degradare a coloranților, pe baza ecuației:7
EF(%) = C° ~Cz X100 c0 unde Co reprezintă concentrația inițială de colorant (înainte de iradierea luminoasă) și Ct reprezintă concentrația de colorant la timpul t (după iradierea luminoasă). Concentrațiile de 13 colorant au fost determinate din spectrele de absorbție UV-vizibil ale coloranților pe baza curbelor de calibrare. 15
Datele experimentale, prezentate în fig. 3, evidențiază faptul că eficiența fotocatalitică a compozitelor din prezenta invenție, propuse în degradarea coloranților amaranth, sunset 17 yellow și tartrazină, este semnificativ crescută sub acțiunea luminii solare față de cea UV, indicând faptul că întregul spectru solar (ce cuprinde radiații UV, vizibile și infraroșii) este 19 implicat în procesele de degradare a coloranților.
Procesele de fotodegradare a coloranților, în prezența compozitelor obținute, sunt 21 însoțite de schimbări vizibile de culoare, în sensul decolorării soluțiilor de colorant, ceea ce demonstrează descompunerea speciilor organice sub influența catalizatorilor, în timp ce în 23 proba martor culoarea rămâne neschimbată.
Rezultatele obținute au evidențiat performanțe fotocatalitice excelente ale 25 compozitelor propuse, acestea putând fi utilizate cu succes în procese de fotodegradare a coloranților azoici din ape, ca o alternativă ecologică și viabilă la procesele convenționale de 27 tratare a apelor reziduale provenite din industrie.
Principalele avantaje ale acestei invenții sunt:29
- costuri de fabricație scăzute ale materialelor compozite;
- control facil al concentrațiilor de Pt și GO/RGO în structura TiO2;31
- materiale compozite cu proprietăți fotocatalitice excelente pentru degradarea coloranților de tip azoic din apele reziduale.33
Bibliografie [1] A. Bafana, S. S. Devi, T. Chakrabarti, Azo dyes: past, present and the future,
Environmental Reviews, 19, (2011), 350-371.39 [2] H. A. Erkurt, Biodegradation of azo dyes, Springer Science & Business Media,
2010, p. 75.41 [3] V. V. Panic, S. I. Seslija, A. R. Nesic, S. J.Velickovic, Adsorption of azo dyes on polymer materials, Hemijska industrija, 67, (6), (2013), 881-900.43 [4] A. Malik, E. Grohmann, Environmental Protection Strategies for Sustainable
Development, Springer Netherlands, (2012), p. 121.45 [5] Y. Deng, R. Zhao, Advancedoxidationprocesses (AOPs) in wastewatertreatment,
Current Pollution Reports, 1, (2015), 167-176.47
RO 131970 Β1 [6] W. Przystas, E. Zablocka-Godlewska, E. Grabihska-Sota, Biologica! removal of azo and triphenyl-methane dyes and toxicity ofprocess by-products, Water air and soil pollution, 223 (4), (2012), 1581-1592.
[7] M. A. Rauf, S. S. Ashraf, Fundamentalprinciplesandapplication ofheterogeneous photocatalytic degradation of dyes in solution, Chemical Engineering Journal, 151, (2009), 10-18.
[8] F. Han, V. Subba, R. Kambala, M. Srinivasan, D. Rajarathnam, R. Naidu, Tailored titanium dioxide photocatalysts forthe degradation of organic dyes in wastewatertreatment: A review, Applied Catalysis A: General, 359, (2009), 25-40.
[9] K. Nakata, A. Fujishima, TiO2 photocatalysis: Design and applications, Journal of Photochemistry and Photobiology C, 13, (2012), 169-189.
[10] S. Yamazaki, S. Matsunaga, K. Hori, Photocatalytic degradation of trichloroethylene in water using TiO2 pellets, Water Research, 35, (2001), 1022-1028.
[11] S. Lathasree, R. Nageswara, B. Sivasankar, V. Sadasivam, K. Rengaraj, Heterogeneous photocatalytic mineralisation ofphenols in aqueous solutions, Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 223, (2004), 101-105.
[12] O. Carp, C. L. Huisman, A. Reller, Photoinduced reactivity oftitanium dioxide, Progress in Solid State Chemistry, 32, (2004), 33-177.
[13] M. Pelaez, N.T. Noian, S.C. Pillai, M.K. Seery, P. Falaras, A.G. Kontos, P.S.M. Dunlop, J.W.J. Hamilton, J. A. Byrne, K. O'Shea, Μ. H. Entezari, D. D. Dionysiou, A review on the visible light active titanium dioxide photocatalysts for environmental applications, Applied Catalysis B: Environmental, 125, (2012), 331-349.
[14] M.J. Wu, T. Bak, P.J. O'Doherty, M.C. Moffitt, J. Nowotny, T.D. Bailey, C. Kersaitis, Photocatalysis of titanium dioxide for water disinfection: Challenges and future perspectives, Internațional Journal of Photochemistry, (2014), 1-9.
[15] S.Y. Lee, S.J. Park, TiO2photocatalyst for water treatmentapplications, Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 19, (2013), 1761-1769.
[16] V. Stengl, S. Bakardjieva, T.M. Grygar, J. Bludskă, M. Kormunda, TiO2-graphene oxide nanocomposite as advancedphotocatalytic materials, Chemical Central Journal, (2013), 7-41.
[17] S. Morales-Torres, L. M. Pastrana-Martinez, Nanostructuredcarbon-TiO2photocatalysts for waterpurification: an overview, Boletin Grupo Espanol Carbon 32, (2014), 9-14.
[18] F. Pogacean, C. Socaci, S. Pruneanu, A.R. Biris, M. Coros, L. Magerusan, G. Katona, R. Turcu, G. Borodi, Graphene based nanomaterials as chemical sensorsfbr hydrogen peroxide - A Comparison study of their intrinsic peroxidase catalytic behavior, Sensors & Actuators, B: Chemical, 213, (2015), 474-483.
[19] Y.G. Yohanis, O. Popel, S.E. Frid, B. Norton, Geographic variation of solar water heaterperformance in Europe, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part A: Journal of Power and Energy, 220, (2006), 395-407.
Claims (2)
- Revendicări 11. Materiale compozite pe bază de dioxid de titan conținând platină și oxid de 3 grafenă, caracterizate prin aceea că raportul molar Pt:Ti este 0,02, oxidul de grafenă este în proporție de 10 procente de masă; materialul compozit sub formă de pulbere are activitate 5 fotocatalitică astfel încât se obține degradarea avansată a coloranților azoici din ape, cu o eficiență de 77,40...91,01% sub iradiere UV, și de 96,09....99,34% sub iradiere solară. 7
- 2. Materiale compozite, conform revendicării 1, caracterizate prin aceea că în loc de oxid de grafenă se utilizează oxid de grafenă redus, iar raportul molar de Pt:Ti este 0,02, 9 oxidul de grafenă redus este în proporție de 10%, materialul compozit sub formă de pulbere are activitate fotocatalitică, astfel încât se obține degradarea coloranților azoici din ape, cu 11 o eficiență de 60,83...85,60% sub iradiere UV, și 88,57...99,52% sub iradiere solară.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RO201600731A RO131970B1 (ro) | 2016-10-14 | 2016-10-14 | Materiale compozite pe bază de tio-pt/oxid de grafenă şi tio-pt/oxid de grafenă redus pentru fotodegradarea coloranţilor de tip azoic din ape |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RO201600731A RO131970B1 (ro) | 2016-10-14 | 2016-10-14 | Materiale compozite pe bază de tio-pt/oxid de grafenă şi tio-pt/oxid de grafenă redus pentru fotodegradarea coloranţilor de tip azoic din ape |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RO131970A0 RO131970A0 (ro) | 2017-06-30 |
| RO131970B1 true RO131970B1 (ro) | 2019-11-29 |
Family
ID=59101132
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RO201600731A RO131970B1 (ro) | 2016-10-14 | 2016-10-14 | Materiale compozite pe bază de tio-pt/oxid de grafenă şi tio-pt/oxid de grafenă redus pentru fotodegradarea coloranţilor de tip azoic din ape |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RO (1) | RO131970B1 (ro) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ2020475A3 (cs) * | 2020-08-27 | 2021-08-04 | ORLEN UniCRE a.s. | Nanokatalyzátor na bázi oxidů titanu a zirkonu, způsob jeho výroby a použití |
-
2016
- 2016-10-14 RO RO201600731A patent/RO131970B1/ro unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RO131970A0 (ro) | 2017-06-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Molla et al. | Selective adsorption of organic dyes on graphene oxide: Theoretical and experimental analysis | |
| Wu et al. | Synergistic effect of hydrochloric acid and phytic acid doping on polyaniline-coupled g-C3N4 nanosheets for photocatalytic Cr (VI) reduction and dye degradation | |
| Nagajyothi et al. | Enhanced photocatalytic activity of Ag/g-C3N4 composite | |
| Rajeshwar et al. | Photocatalytic activity of inorganic semiconductor surfaces: myths, hype, and reality | |
| Li et al. | A novel mesoporous single-crystal-like Bi2WO6 with enhanced photocatalytic activity for pollutants degradation and oxygen production | |
| Li et al. | Reduced TiO2-graphene oxide heterostructure as broad spectrum-driven efficient water-splitting photocatalysts | |
| Zhang et al. | Light-induced efficient molecular oxygen activation on a Cu (II)-grafted TiO2/graphene photocatalyst for phenol degradation | |
| Sher Shah et al. | Green synthesis of biphasic TiO2–reduced graphene oxide nanocomposites with highly enhanced photocatalytic activity | |
| Gayathri et al. | Ligand-mediated band structure engineering and physiochemical properties of UiO-66 (Zr) metal-organic frameworks (MOFs) for solar-driven degradation of dye molecules | |
| Momeni et al. | Preparation of TiO2 and WO3–TiO2 nanotubes decorated with PbO nanoparticles by chemical bath deposition process: a stable and efficient photo catalyst | |
| Wang et al. | H2WO4· H2O/Ag/AgCl composite nanoplates: a plasmonic Z-scheme visible-light photocatalyst | |
| Lai et al. | An overview: recent development of titanium oxide nanotubes as photocatalyst for dye degradation | |
| Ong et al. | Enhanced daylight-induced photocatalytic activity of solvent exfoliated graphene (SEG)/ZnO hybrid nanocomposites toward degradation of reactive black 5 | |
| Jafari et al. | V2O5–Fe3O4/rGO ternary nanocomposite with dual applications as a dye degradation photocatalyst and OER electrocatalyst | |
| Qamar et al. | Single-pot synthesis of⟨ 001⟩-faceted N-doped Nb2O5/reduced graphene oxide nanocomposite for efficient photoelectrochemical water splitting | |
| Khan et al. | Fabrication of highly efficient and hierarchical CdS QDs/CQDs/H-TiO2 ternary heterojunction: surpassable photocatalysis under sun-like illumination | |
| Tie et al. | Fabrication of WO3 nanorods on reduced graphene oxide sheets with augmented visible light photocatalytic activity for efficient mineralization of dye | |
| Shaik et al. | Titanium dioxide/graphene‐based nanocomposites as photocatalyst for environmental applications: A review | |
| Tiwari et al. | Biogenic synthesis of graphitic carbon nitride for photocatalytic degradation of organic dyes | |
| Abideen et al. | Enhanced visible light photocatalytic activity of CeO2@ Zn0. 5Cd0. 5S by facile Ce (IV)/Ce (III) cycle | |
| Krylova et al. | Photoinduced crystallization and activation of amorphous titanium dioxide | |
| Adhikari et al. | Solar-light-driven improved photocatalytic performance of hierarchical ZnIn2S4 architectures | |
| Midya et al. | Crosslinked chitosan embedded TiO2 NPs and carbon dots-based nanocomposite: An excellent photocatalyst under sunlight irradiation | |
| Barman et al. | Cu3N nanocrystals decorated with Au nanoparticles for photocatalytic degradation of organic dyes | |
| Gulzar et al. | Harnessing the power of MXenes: a comprehensive exploration of their photocatalytic potential in mitigating hazardous dyes and CO2 reduction |