RU2469788C1 - PHOTOCATALYST BASED ON NANOSIZED η-MODIFICATION OF TITANIUM DIOXIDE - Google Patents
PHOTOCATALYST BASED ON NANOSIZED η-MODIFICATION OF TITANIUM DIOXIDE Download PDFInfo
- Publication number
- RU2469788C1 RU2469788C1 RU2011122526/04A RU2011122526A RU2469788C1 RU 2469788 C1 RU2469788 C1 RU 2469788C1 RU 2011122526/04 A RU2011122526/04 A RU 2011122526/04A RU 2011122526 A RU2011122526 A RU 2011122526A RU 2469788 C1 RU2469788 C1 RU 2469788C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- titanium dioxide
- modification
- tio
- nanosized
- decomposition
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к фазовому составу и способу приготовления титаноксидного катализатора, применяемого преимущественно для фотокаталитической очистки воды, загрязненной молекулярными примесями органического происхождения.The invention relates to a phase composition and a method for preparing a titanium oxide catalyst used primarily for the photocatalytic treatment of water contaminated with molecular impurities of organic origin.
Известны фотокатализаторы на основе рутильной и анатазной модификаций диоксида титана [Kazuhito Hashimoto, Hiroshi Irie, and Akira Fujishima, TiO2 Photocatalysis: A Historical Overview and Future Prospects, AAPPS Bulletin December 2007, Vol.17, No.6, 12-29]. Однако скорости реакций разложения органических веществ с их участием являются недостаточно высокими.Photocatalysts based on rutile and anatase modifications of titanium dioxide are known [Kazuhito Hashimoto, Hiroshi Irie, and Akira Fujishima, TiO 2 Photocatalysis: A Historical Overview and Future Prospects, AAPPS Bulletin December 2007, Vol.17, No.6, 12-29]. However, the rates of decomposition reactions of organic substances with their participation are not high enough.
Наилучшие результаты для разложения метилового оранжевого с помощью промышленного катализатора Degussa P25 (содержит анатаз и рутил в отношении 3:1) были достигнуты при pH 3, начальной концентрации красителя не более 50 мг/л, содержании катализатора 0.8 г/л; в этих условиях полное разложение красителя было достигнуто за 5 ч [Guettaї N., Ait Amar H. Photocatalytic oxidation of methyl orange in presence of titanium dioxide in aqueous suspension. Pan 1: Parametric study. // Desalination. 2005. V.185 №1-3. PP.427-437]. В случае метиленового синего степень разложения 92.3% была достигнута за 160 мин при использовании наноразмерного (22.5 нм) анатаза при pH 2, концентрации красителя 0.20 г/л и содержании катализатора 1.5 г/л [Jun Yao and ChaoxiaWang, Decolorization of Methylene Blue with TiO2 Sol via UV Irradiation Photocatalytic Degradation, International Journal of Photoenergy, 2010, Volume 2010, Article ID 643182, 6 pages].The best results for the decomposition of methyl orange using the industrial catalyst Degussa P25 (contains anatase and rutile in a ratio of 3: 1) were achieved at
Наиболее близким техническим решением является фотокатализатор на основе анатазной модификации диоксида титана с размером частиц менее 20 нм, обработанный в смеси с красителем с помощью ультразвука в течение 10 мин; при концентрации красителя 0.2 ммоль/л и содержании катализатора 0.4 г/л полное разложение метилового фиолетового достигнуто за 75 мин, метиленового синего - за 105 мин, метилового красного, родамина Б, суданового синего и метилового оранжевого - за 120 мин [Azarmidokht Hosseinnia, Mansoor Keyanpour-Rad and Mohammad Pazouki, Photo-catalytic Degradation of Organic Dyes with Different Chromophores by Synthesized Nanosize TiO2 Particles, World Applied Sciences Journal 8(11): 1327-1332. 2010].The closest technical solution is a photocatalyst based on the anatase modification of titanium dioxide with a particle size of less than 20 nm, processed in a mixture with a dye using ultrasound for 10 minutes; with a dye concentration of 0.2 mmol / l and a catalyst content of 0.4 g / l, complete decomposition of methyl violet was achieved in 75 min, methylene blue in 105 min, methyl red, rhodamine B, sudan blue and methyl orange in 120 min [Azarmidokht Hosseinnia, Mansoor Keyanpour-Rad and Mohammad Pazouki, Photo-catalytic Degradation of Organic Dyes with Different Chromophores by Synthesized Nanosize TiO 2 Particles, World Applied Sciences Journal 8 (11): 1327-1332. 2010].
В патенте [United States Patent Application Publication. US 2006/0171877) описан фотокатализатор на основе диоксида титана, в котором в качестве диоксида титана применяют наноразмерную η-модификацию диоксида титана с размером кристаллов от 10 до 50 Ǻ, удельной поверхностью 290-320 м2/г, объемом пор 0.36-0.40 см2/г и содержанием поверхностных гидроксильных групп около 2,7 ммоль/г. Результаты каких-либо исследований фотокаталитической активности в данном патенте не приводятся.In the patent [United States Patent Application Publication. US 2006/0171877) describes a titanium dioxide based photocatalyst in which nanoscale η-modification of titanium dioxide with a crystal size of 10 to 50 Ǻ, a specific surface area of 290-320 m 2 / g, and a pore volume of 0.36-0.40 cm is used as titanium dioxide 2 / g and a surface hydroxyl content of about 2.7 mmol / g. The results of any studies of photocatalytic activity are not given in this patent.
Технический результат изобретения заключается в повышении фотокаталитической активности диоксида титана.The technical result of the invention is to increase the photocatalytic activity of titanium dioxide.
Технический результат достигается путем использования в качестве фотокатализатора разложения органических красителей в широком интервале значений pH (1-8) при концентрации красителя 0.33-1.04 ммоль/л и содержании катализатора 2.5-5 ммоль/л диоксида титана наноразмерной η-модификации, отличающегося от применявшихся ранее метастабильностью (фиг.7, 8), меньшим размером частиц (8-14 нм), а также большей гидратированностью и гидроксилированностью поверхности, по сравнению с прототипом (фиг.8, 9). Содержание поверхностных гидроксильных групп более 3 ммол/г (фиг.8, 9).The technical result is achieved by using as a photocatalyst decomposition of organic dyes in a wide range of pH values (1-8) at a dye concentration of 0.33-1.04 mmol / L and a catalyst content of 2.5-5 mmol / L of titanium dioxide of nanoscale η-modification, which differs from previously used metastability (Fig.7, 8), smaller particle size (8-14 nm), as well as greater hydration and hydroxylation of the surface, compared with the prototype (Fig.8, 9). The content of surface hydroxyl groups is more than 3 mmol / g (Fig. 8, 9).
Наноразмерную η-модификацию диоксида титана (η-TiO2) получали способом, описанным в [United States Patent Application Publication. US 2006/0171877], при этом для более полного осаждения диоксида титана и улучшения его фотокаталитических свойств смешивали порошкообразный оксисульфат титана (IV), сольватированный водой и серной кислотой, (TiOSO4·xH2SO4·yH2O) с водой при массовом отношении TiOSO4·xH2SO4·yH2O:H2O=1:(3,5-6,5), температуре 75-97°C, а в качестве коагулянта использовали раствор хлорида калия при его содержании 1,5-4 моль/л в конечном объеме реакционной смеси.Nanoscale η-modification of titanium dioxide (η-TiO 2 ) was obtained by the method described in [United States Patent Application Publication. US 2006/0171877], in order to more fully precipitate titanium dioxide and improve its photocatalytic properties, powdered titanium (IV) oxysulfate solvated with water and sulfuric acid (TiOSO 4 · xH 2 SO 4 · yH 2 O) was mixed with water at mass the ratio of TiOSO 4 · xH 2 SO 4 · yH 2 O: H 2 O = 1: (3.5-6.5), temperature 75-97 ° C, and a solution of potassium chloride with its content of 1.5 was used as a coagulant -4 mol / L in the final volume of the reaction mixture.
Фазовый состав и размер кристаллитов (областей когерентного рассеяния) в полученных образцах контролировали традиционным рентгенографическим методом (фиг.1, табл.1), размер наночастиц - методом малоуглового рентгеновского рассеяния, морфологию - методами сканирующей (фиг.2) и просвечивающей электронной микроскопии с электронографией (фиг.3), характеристики микроструктуры - методом Брунауэра-Эммета-Теллера, содержание поверхностных групп -OH - методом дифференциальной сканирующей калориметрии (фиг.8, 9).The phase composition and size of crystallites (regions of coherent scattering) in the obtained samples were monitored by the traditional X-ray diffraction method (Fig. 1, Table 1), the size of nanoparticles - by the small-angle X-ray scattering method, morphology - by scanning methods (Fig. 2) and transmission electron microscopy with electron diffraction (FIG. 3), microstructure characteristics — by the Brunauer-Emmett-Teller method, the content of surface groups —OH — by differential scanning calorimetry (FIGS. 8, 9).
Характеристики образцов с наноразмерной η-модификацией диоксида титана:Characteristics of samples with nanoscale η-modification of titanium dioxide:
Размер кристаллитов (области когерентного рассеяния): 3-6 нмCrystallite size (coherent scattering region): 3-6 nm
Размер наночастиц: 8-14 нмNanoparticle Size: 8-14 nm
Размер микрочастиц: 200-300 нмMicroparticle Size: 200-300 nm
Удельная поверхность: 4.5-16 м2/гSpecific surface: 4.5-16 m 2 / g
Объем пор: 0.001-0.03 см3/гPore volume: 0.001-0.03 cm 3 / g
Содержание поверхностных групп -OH: 10-21 ммоль/гThe content of surface groups-OH: 10-21 mmol / g
В примерах приведены результаты по фотокаталитическому разложению с помощью η-TiO2 таких соединений, как органические красители метиловый оранжевый, метиленовый синий и ксиленоловый оранжевый, под действием УФ-облучения (облучатель УФО-В-4, λ=250-400 нм, E=3.11-4.97 эВ, объем реакционной смеси 50 мл, площадь облучения 0.09 м2, постоянное перемешивание реакционной смеси) (табл.2).The examples show the results of photocatalytic decomposition using η-TiO 2 of such compounds as organic dyes methyl orange, methylene blue and xylenol orange under the influence of UV radiation (UV-B-4 irradiator, λ = 250-400 nm, E = 3.11-4.97 eV, the volume of the reaction mixture was 50 ml, the irradiation area was 0.09 m 2 , and the reaction mixture was constantly mixed) (Table 2).
Полное разложение метилового оранжевого происходит за 70-110 мин, метиленового синего - за 115-180 мин без предварительной обработки реакционной смеси и за 60-95 мин после обработки ультразвуком (фиг.4). Константа скорости реакции не уменьшается при повторном использовании образцов η-TiO2 (фиг.5). Установлено, что фотокаталитическая активность образцов η-TiO2 резко возрастает с повышением pH среды в реакционной смеси (фиг.6). В широком интервале pH фотокаталитическая активность образцов η-TiO2 существенно выше, чем ранее описанных фотокатализаторов (табл.2, фиг.6).The complete decomposition of methyl orange occurs in 70-110 minutes, methylene blue - in 115-180 minutes without preliminary treatment of the reaction mixture and 60-95 minutes after sonication (figure 4). The reaction rate constant does not decrease when reusing η-TiO 2 samples (FIG. 5). It was found that the photocatalytic activity of η-TiO 2 samples increases sharply with increasing pH of the medium in the reaction mixture (Fig.6). In a wide pH range, the photocatalytic activity of η-TiO 2 samples is significantly higher than the previously described photocatalysts (Table 2, Fig. 6).
Пример 1.Example 1
Порошкообразный диоксид титана η-модификации смешивают с 1.04 М раствором индикатора метилового оранжевого при массовом содержании η-TiO2, равном 0.4 г/л, и pH реакционной смеси 2-3, перемешивают магнитной мешалкой в течение 30 мин, затем, не прекращая перемешивания, облучают УФ-лампой в течение 60 мин до полной деструкции хромофорной группировки, устанавливаемой по исчезновению пика поглощения на длине волны 492-510 нм. Константа скорости реакции разложения равна 0.077 мин-1.Powdered titanium dioxide η-modification is mixed with a 1.04 M solution of methyl orange indicator with a mass content of η-TiO 2 equal to 0.4 g / l, and the pH of the reaction mixture is 2-3, stirred with a magnetic stirrer for 30 minutes, then, without stopping mixing, irradiated with a UV lamp for 60 min until the chromophore group is completely destroyed, determined by the disappearance of the absorption peak at a wavelength of 492-510 nm. The decomposition reaction rate constant is 0.077 min -1 .
Пример 2.Example 2
Порошкообразный диоксид титана η-модификации смешивают с 0.33 М раствором индикатора метиленового синего при массовом содержании η-TiO2, равном 0.4 г/л, и pH реакционной смеси 2-3, диспергируют ультразвуком в течение 3 мин, затем, при перемешивании, облучают УФ-лампой в течение 85 мин до полной деструкции хромофорной группировки, устанавливаемой по исчезновению пика поглощения на длине волны 620-650 нм. Константа скорости реакции разложения равна 0.017 мин-1.Powdered titanium dioxide of η modification is mixed with a 0.33 M solution of methylene blue indicator with a mass content of η-TiO 2 equal to 0.4 g / l, and the pH of the reaction mixture is 2-3, it is dispersed with ultrasound for 3 min, then, with stirring, irradiated with UV -lamp for 85 min until the complete destruction of the chromophore group, established by the disappearance of the absorption peak at a wavelength of 620-650 nm. The decomposition reaction rate constant is 0.017 min -1 .
Пример 3.Example 3
Порошкообразный диоксид титана η-модификации смешивают с 0.33 М раствором индикатора метиленового синего при массовом содержании η-TiO2, равном 0.4 г/л, и pH реакционной смеси 7-9, перемешивают магнитной мешалкой в течение 30 мин, затем, не прекращая перемешивания, облучают УФ-лампой в течение 114 мин до полной деструкции хромофорной группировки, устанавливаемой по исчезновению пика поглощения на длине волны 620-650 нм. Константа скорости реакции разложения равна 0.040 мин-1.Powdered titanium dioxide η-modification is mixed with a 0.33 M solution of methylene blue indicator with a mass content of η-TiO 2 equal to 0.4 g / l, and the pH of the reaction mixture is 7-9, stirred with a magnetic stirrer for 30 minutes, then, without stopping stirring, irradiated with a UV lamp for 114 min until the chromophore group is completely destroyed, determined by the disappearance of the absorption peak at a wavelength of 620-650 nm. The decomposition reaction rate constant is 0.040 min -1 .
Пример 4.Example 4
Порошкообразный диоксид титана η-модификации смешивают с 0.66 М раствором индикатора метиленового синего при массовом содержании η-TiO2, равном 0.4 г/л, и pH реакционной смеси 7-9, перемешивают магнитной мешалкой в течение 30 мин, затем, не прекращая перемешивания, облучают УФ-лампой в течение 95 мин до полной деструкции хромофорной группировки, устанавливаемой по исчезновению пика поглощения на длине волны 620-650 нм. Константа скорости реакции разложения равна 0.050 мин-1.Powdered titanium dioxide η-modification is mixed with a 0.66 M solution of methylene blue indicator with a mass content of η-TiO 2 equal to 0.4 g / l, and the pH of the reaction mixture is 7-9, stirred with a magnetic stirrer for 30 minutes, then, without stopping stirring, irradiate with a UV lamp for 95 min until the chromophore group is completely destroyed, determined by the disappearance of the absorption peak at a wavelength of 620-650 nm. The decomposition reaction rate constant is 0.050 min -1 .
Источники информацииInformation sources
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011122526/04A RU2469788C1 (en) | 2011-06-03 | 2011-06-03 | PHOTOCATALYST BASED ON NANOSIZED η-MODIFICATION OF TITANIUM DIOXIDE |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011122526/04A RU2469788C1 (en) | 2011-06-03 | 2011-06-03 | PHOTOCATALYST BASED ON NANOSIZED η-MODIFICATION OF TITANIUM DIOXIDE |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2469788C1 true RU2469788C1 (en) | 2012-12-20 |
Family
ID=49256448
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011122526/04A RU2469788C1 (en) | 2011-06-03 | 2011-06-03 | PHOTOCATALYST BASED ON NANOSIZED η-MODIFICATION OF TITANIUM DIOXIDE |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2469788C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2540336C1 (en) * | 2013-12-04 | 2015-02-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова" (МИТХТ им. М.В. Ломоносова) | METHOD OF PREPARING PHOTOCATALYST BASED ON η-MODIFICATION OF VANADIUM-DOPED TITANIUM DIOXIDE, ACTIVE IN VISIBLE SPECTRUM REGION |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20060171877A1 (en) * | 2004-08-05 | 2006-08-03 | Mazakhir Dadachov | Novel titanium dioxide, process of making and method of using same |
RU2318781C2 (en) * | 2002-05-29 | 2008-03-10 | Эрлус Акциенгезелльшафт | Molded ceramic article with photocatalytic coat and method of manufacture of such article |
CN101773841A (en) * | 2010-01-29 | 2010-07-14 | 苏州科技学院 | Photocatalyst for water treatment |
CN101780404A (en) * | 2009-01-20 | 2010-07-21 | 华东交通大学 | Novel method for preparing mesoporous titanium dioxide photocatalyst with large specific surface area |
RU2408428C1 (en) * | 2009-07-20 | 2011-01-10 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный университет | Method of producing titanium nanocrystalline titanium dioxide-based photocatalyst |
-
2011
- 2011-06-03 RU RU2011122526/04A patent/RU2469788C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2318781C2 (en) * | 2002-05-29 | 2008-03-10 | Эрлус Акциенгезелльшафт | Molded ceramic article with photocatalytic coat and method of manufacture of such article |
US20060171877A1 (en) * | 2004-08-05 | 2006-08-03 | Mazakhir Dadachov | Novel titanium dioxide, process of making and method of using same |
CN101780404A (en) * | 2009-01-20 | 2010-07-21 | 华东交通大学 | Novel method for preparing mesoporous titanium dioxide photocatalyst with large specific surface area |
RU2408428C1 (en) * | 2009-07-20 | 2011-01-10 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный университет | Method of producing titanium nanocrystalline titanium dioxide-based photocatalyst |
CN101773841A (en) * | 2010-01-29 | 2010-07-14 | 苏州科技学院 | Photocatalyst for water treatment |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
AZARMIDOKHT HOSSEINNIA, MANSOOR KEYANPOUT-RAD, «PHOTO-CATALYTIC DEGRADATION OF ORGANIC DYES WITH DIFFERENT CHROMOPHORES BY SYNTHESIZED NANOSIXE TiO2 particles», WORLD APPLIED SCIENCE JOURNAL 8(11):1327-1332, 2010. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2540336C1 (en) * | 2013-12-04 | 2015-02-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова" (МИТХТ им. М.В. Ломоносова) | METHOD OF PREPARING PHOTOCATALYST BASED ON η-MODIFICATION OF VANADIUM-DOPED TITANIUM DIOXIDE, ACTIVE IN VISIBLE SPECTRUM REGION |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Bansal et al. | Comparative study of catalytic activity of ZrO2 nanoparticles for sonocatalytic and photocatalytic degradation of cationic and anionic dyes | |
Teixeira et al. | Photocatalytic degradation of recalcitrant micropollutants by reusable Fe3O4/SiO2/TiO2 particles | |
Aguado et al. | Removal of cyanides in wastewater by supported TiO2-based photocatalysts | |
Mugunthan et al. | Visible light assisted photocatalytic degradation of diclofenac using TiO2-WO3 mixed oxide catalysts | |
Zangeneh et al. | A novel L-Histidine (C, N) codoped-TiO2-CdS nanocomposite for efficient visible photo-degradation of recalcitrant compounds from wastewater | |
Al-Hetlani et al. | Detachable photocatalysts of anatase TiO2 nanoparticles: Annulling surface charge for immediate photocatalyst separation | |
Tambat et al. | Photocatalytic degradation of Milling Yellow dye using sol–gel synthesized CeO2 | |
Chong et al. | Bacterial inactivation kinetics of a photo-disinfection system using novel titania-impregnated kaolinite photocatalyst | |
Li et al. | Photo-Fenton discoloration of the azo dye X-3B over pillared bentonites containing iron | |
Kargar et al. | Synthesis of modified beta bismuth oxide by titanium oxide and highly efficient solar photocatalytic properties on hydroxychloroquine degradation and pathways | |
Murcia et al. | Study of the effectiveness of the flocculation-photocatalysis in the treatment of wastewater coming from dairy industries | |
Tseng et al. | Synthesis of TiO2/SBA-15 photocatalyst for the azo dye decolorization through the polyol method | |
Oviedo et al. | Synthesis and characterization of nanozeolite from (agro) industrial waste for application in heterogeneous photocatalysis | |
Panahi et al. | Green auto-combustion synthesis and characterization of TmVO4 nanostructures in the presence carbohydrate sugars and their application as visible-light photocatalyst | |
Szeto et al. | Effective photodegradation of methyl orange using fluidized bed reactor loaded with cross-linked chitosan embedded nano-CdS photocatalyst | |
Tran et al. | Novel N, C, S-TiO2/WO3/rGO Z-scheme heterojunction with enhanced visible-light driven photocatalytic performance | |
Belghiti et al. | Fast and non-selective photodegradation of basic yellow 28, malachite green, tetracycline, and sulfamethazine using a nanosized ZnO synthesized from zinc ore | |
Ghaneian et al. | Humic acid degradation by the synthesized flower-like Ag/ZnO nanostructure as an efficient photocatalyst | |
Gora et al. | Settleable engineered titanium dioxide nanomaterials for the removal of natural organic matter from drinking water | |
Al-Musawi et al. | Efficient photocatalytic degradation of metronidazole in wastewater under simulated sunlight using surfactant-and CuS-activated zeolite nanoparticles | |
Yaou Balarabe et al. | Photo-Oxidation of Organic Dye by Fe 2 O 3 Nanoparticles: Catalyst, Electron Acceptor, and Polyurethane Membrane (PU-Fe 2 O 3) Effects | |
Mahdavi et al. | Enhanced selective photocatalytic and sonocatalytic degradation in mixed dye aqueous solution by zno/go nanocomposites: Response surface methodology | |
Mandor et al. | A flow-circulation reactor for simultaneous photocatalytic degradation of ammonia and phenol using N-doped ZnO beads | |
Derakhshani et al. | Biosynthesis of MnFe2O4@ TiO2 magnetic nanocomposite using oleaster tree bark for efficient photocatalytic degradation of humic acid in aqueous solutions | |
Bury et al. | Novel photo-Fenton nanocomposite catalyst based on waste iron chips-Ti3C2Tx MXene for efficient water decontamination |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170604 |