RU2477257C1 - Nanocrystalline titanium dioxide-based composition, method for preparation thereof and method of using said composition to obtain photocatalytic coating on glass - Google Patents
Nanocrystalline titanium dioxide-based composition, method for preparation thereof and method of using said composition to obtain photocatalytic coating on glass Download PDFInfo
- Publication number
- RU2477257C1 RU2477257C1 RU2011152786/04A RU2011152786A RU2477257C1 RU 2477257 C1 RU2477257 C1 RU 2477257C1 RU 2011152786/04 A RU2011152786/04 A RU 2011152786/04A RU 2011152786 A RU2011152786 A RU 2011152786A RU 2477257 C1 RU2477257 C1 RU 2477257C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- composition
- titanium dioxide
- minutes
- water
- room temperature
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Catalysts (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способу получения фотокаталитических покрытий диоксида титана на стекле, а также к составам, используемым для получения таких покрытий. Фотокаталитические покрытия широко используют для экологически чистой очистки воздуха и воды от биологических, минеральных и органических загрязнителей путем гетерогенных фотоиндуцированных каталитических процессов, в ходе которых образуются продукты, безопасные для окружающей среды и человека.The invention relates to a method for producing photocatalytic coatings of titanium dioxide on glass, as well as to compositions used to obtain such coatings. Photocatalytic coatings are widely used for the environmentally friendly purification of air and water from biological, mineral, and organic pollutants by means of heterogeneous photoinduced catalytic processes, during which products that are safe for the environment and humans are formed.
Известно, что большинство используемых в настоящее время способов нанесения покрытий состоят в применении методов химического либо физического осаждения из газовой фазы, которые требуют создания условий сверхвысокого вакуума, что влечет за собой значительное усложнение и удорожание процесса получения покрытия. Использование простого осаждения суспензии или коллоидного раствора, полученного золь-гель методом, на подложку с последующим отжигом покрытия позволяет сделать процесс нанесения экономически значительно более выгодным.It is known that most of the currently used coating methods consist in the application of chemical or physical vapor deposition methods, which require the creation of ultra-high vacuum conditions, which entails a significant complication and cost of the coating process. The use of a simple deposition of a suspension or colloidal solution obtained by the sol-gel method on a substrate with subsequent annealing of the coating makes the deposition process economically much more profitable.
Основную трудность создания фотокаталитических покрытий для проточных условий представляет обеспечение длительного и надежного функционирования закрепленного на носителе катализатора. Вымывание фотокатализатора с поверхности носителя потоком воды, а также физическое либо химическое загрязнение катализатора приводят к скорому снижению эффективности всей фотокаталитической системы.The main difficulty in creating photocatalytic coatings for flowing conditions is the provision of long-term and reliable operation of the catalyst fixed on the carrier. The flushing of the photocatalyst from the surface of the carrier with a water stream, as well as physical or chemical contamination of the catalyst, will soon reduce the efficiency of the entire photocatalytic system.
Известны способы получения фотокаталитических покрытий TiO2 для очистки воды от органических загрязнителей, заключающиеся в погружении подложки в суспензию, полученную гидролизом различных алкоксидов титана [1-5]. Существенным недостатком этого способа получения покрытий является невозможность осуществления контроля за размером и фазовым составом нанокристаллов TiO2, образующих покрытие, поскольку формирование частиц происходит на стадии высокотемпературного отжига. Это влечет за собой широкий разброс размеров наночастиц, снижение доли TiO2 в модификации анатаз (фотоактивной кристаллической фазы) и высокое содержание аморфной фазы, что уменьшает эффективность получаемых пленок при их использовании в фотокаталитических процессах. Кроме того, в известных патентах [1-4] нет никакой информации, касающейся характеристик получаемых покрытий (размер, фазовый состав частиц, однородность и фотокаталитическая активность покрытий). Следовательно, о качестве получаемых фотокаталитических покрытий, несмотря на заявляемый способ их получения, судить невозможно. К тому же во всех из приведенных выше аналогах-способах получения фотокаталитических покрытий TiO2 [1-5] отсутствует информация о стабильности полученных покрытий в потоке воды - параметра, играющего ключевую роль в случае использования определенного способа нанесения для создания фотокаталитического покрытия в проточных водоочистных системах.Known methods for producing photocatalytic TiO 2 coatings for water purification from organic pollutants, which include immersing the substrate in a suspension obtained by hydrolysis of various titanium alkoxides [1-5]. A significant drawback of this method of producing coatings is the inability to control the size and phase composition of TiO 2 nanocrystals forming the coating, since the formation of particles occurs at the stage of high-temperature annealing. This entails a wide spread in the sizes of nanoparticles, a decrease in the proportion of TiO 2 in the modification of anatase (photoactive crystalline phase) and a high content of the amorphous phase, which reduces the efficiency of the resulting films when used in photocatalytic processes. In addition, in the known patents [1-4] there is no information regarding the characteristics of the resulting coatings (size, phase composition of the particles, uniformity and photocatalytic activity of the coatings). Therefore, it is impossible to judge the quality of the obtained photocatalytic coatings, despite the claimed method for their preparation. In addition, in all of the above analogs, the methods for producing photocatalytic TiO 2 coatings [1-5], there is no information on the stability of the obtained coatings in the water flow, a parameter that plays a key role in the case of using a certain deposition method to create a photocatalytic coating in flowing water treatment systems .
Известен способ получения мезопористых наноструктурированных пленок диоксида титана для иммобилизации на них ферментов с целью создания фотобиокаталитического материала [6], который является наиболее близким по решаемой технической задаче, достигаемому техническому результату, использованию для получения покрытий TiO2 порошка с известными характеристиками и выбранный в качестве прототипа. Этот способ заключается в нанесении на твердую подложку водосодержащей композиции, для приготовления которой используют порошок нанокристаллов диоксида титана с известным размером частиц. Этот порошок смешивают со стабилизатором, в частности ацетилацетоном, и подвергают ультразвуковому диспергированию. Затем добавляют поверхностно-активные вещества (ПАВ) для порообразования и снова гомогенизируют полученную массу ультразвуком. После этого пасту наносят на подложку, сушат при комнатной температуре и кальцинируют в присутствии воздуха или кислорода при температуре 400-600°С.A known method of producing mesoporous nanostructured films of titanium dioxide for immobilization of enzymes on them with the aim of creating a photobiocatalytic material [6], which is the closest to the technical problem to be achieved, the technical result achieved, the use of TiO 2 powder with known characteristics and selected as a prototype . This method consists in applying a water-containing composition to a solid substrate, the preparation of which uses titanium dioxide nanocrystal powder with a known particle size. This powder is mixed with a stabilizer, in particular acetylacetone, and subjected to ultrasonic dispersion. Then surfactants are added for pore formation and the resulting mass is again homogenized by ultrasound. After that, the paste is applied to the substrate, dried at room temperature and calcined in the presence of air or oxygen at a temperature of 400-600 ° C.
Недостатком прототипа является нестабильность покрытия, что ограничивает его использование, в частности, для проточных водоочистных систем.The disadvantage of the prototype is the instability of the coating, which limits its use, in particular, for flowing water treatment systems.
Заявленное изобретение свободно от этих недостатков.The claimed invention is free from these disadvantages.
Техническим результатом заявленного изобретения является получение более эффективного и стабильного фотокаталитического покрытия, пригодного для использования в проточных водоочистных системах.The technical result of the claimed invention is to obtain a more effective and stable photocatalytic coating suitable for use in flowing water treatment systems.
Заявленное изобретение позволяет получать фотокаталитические покрытия из наночастиц ТiO2 определенного размера и известного фазового состава, сохраняющимися в процессе синтеза покрытия. Кроме того, изобретение обеспечивает несмываемость покрытий в потоке воды, что позволяет использовать его для закрепления порошковых фотокатализаторов с известными характеристиками на носителе с целью получения фотокаталитического материала.The claimed invention allows to obtain photocatalytic coatings from TiO 2 nanoparticles of a certain size and known phase composition, which are preserved during the synthesis of the coating. In addition, the invention provides indelibility of coatings in a stream of water, which allows it to be used for fixing powder photocatalysts with known characteristics on a carrier in order to obtain a photocatalytic material.
Предлагаемый способ получения фотокаталитического покрытия TiO2 отличается от большинства известных, главным образом, тем, что при нанесении покрытия используется не коллоидный раствор, полученный золь-гель методом, а водная суспензия, содержащая нанокристаллический порошок TiO2 с заданными характеристиками, сохраняющимися в процессе получения покрытия. Это, в частности, позволяет сделать процесс нанесения покрытия более экологически чистым, избежать трудоемкой стадии гидротермального синтеза TiO2 и исключить неопределенность в размерах и фазовом составе частиц порошка.The proposed method for producing a photocatalytic coating of TiO 2 differs from most of the known ones, mainly in that when the coating is applied, it is not a colloidal solution obtained by the sol-gel method, but an aqueous suspension containing nanocrystalline TiO 2 powder with specified characteristics that are preserved during the coating process . This, in particular, allows us to make the coating process more environmentally friendly, to avoid the time-consuming stage of hydrothermal synthesis of TiO 2 and to eliminate the uncertainty in the size and phase composition of the powder particles.
Известные способы создания закрепленного на носителе фотокатализатора достаточно сложные и затратные, поскольку используют автоклавирование и установки, в которых нужно поддерживать условия сверхвысокого вакуума, что трудоемко и дорого.Known methods for creating a photocatalyst mounted on a carrier are quite complex and costly, since they use autoclaving and installations in which it is necessary to maintain ultra-high vacuum conditions, which is laborious and expensive.
Заявленное изобретение относится к эффективному, технологически простому и дешевому способу нанесения покрытия из водной суспензии порошка диоксида титана.The claimed invention relates to an effective, technologically simple and cheap method of coating from an aqueous suspension of titanium dioxide powder.
Указанный технический результат достигается тем, что в заявленном способе композиция для изготовления фотокаталитического покрытия на основе нанокристаллического диоксида титана со средним размером частиц 5-100 нм и с удельной площадью поверхности 10-300 м2/г, воды и стабилизатора в соответствии с изобретением имеет следующий состав:The specified technical result is achieved by the fact that in the claimed method, the composition for the manufacture of a photocatalytic coating based on nanocrystalline titanium dioxide with an average particle size of 5-100 nm and with a specific surface area of 10-300 m 2 / g, water and a stabilizer in accordance with the invention has the following structure:
TiO2 - 1-10 мас.%,TiO 2 - 1-10 wt.%,
H2O - 85-98 мас.%,H 2 O - 85-98 wt.%,
стабилизатор - 1-5 мас.%.stabilizer - 1-5 wt.%.
Кроме того, указанный технический результат достигается тем, что в качестве стабилизатора использован ацетилацетон.In addition, the specified technical result is achieved by the fact that acetylacetone is used as a stabilizer.
Помимо этого, указанный технический результат достигается тем, что нанокристаллический диоксид титана имеет фазовый состав, на 50-100% состоящий из кристаллической модификации «анатаз».In addition, this technical result is achieved by the fact that nanocrystalline titanium dioxide has a phase composition that is 50-100% consisting of a crystalline modification of "anatase".
Кроме этого, указанный технический результат достигается тем, что способ изготовления композиции по п.1 заключается в предварительном перетирании в течение не менее 5 мин смеси из диоксида титана, стабилизатора и воды, взятой в количестве не более 10% от общего ее объема, до однородной пастообразной массы, в которую при непрерывном перемешивании добавляют оставшееся количество воды, а затем осуществляют воздействие ультразвука с рабочей частотой 35 кГц и мощностью генератора 50 Вт в течение не более 15 мин при комнатной температуре.In addition, the specified technical result is achieved in that the method of manufacturing the composition according to claim 1 consists in preliminary grinding for at least 5 minutes a mixture of titanium dioxide, stabilizer and water, taken in an amount of not more than 10% of its total volume, until homogeneous a paste-like mass, into which, with continuous stirring, the remaining amount of water is added, and then ultrasound is applied with an operating frequency of 35 kHz and a generator power of 50 W for no more than 15 minutes at room temperature.
Помимо этого, указанный технический результат достигается тем, что поверхность стеклянной подложки перед нанесением на нее покрытия предварительно обрабатывают свежеприготовленным раствором, полученным из концентрированной серной кислоты и 30%-ного раствора пероксида водорода в объемном соотношении H2SO4:H2O2=7:3, после чего промывают дистиллированной водой до рН 6-7 и подвергают ультразвуковой обработке с рабочей частотой 35 кГц и мощностью генератора 50 Вт в течение 5-30 мин при комнатной температуре, затем стеклянную подложку погружают в приготовленную композицию в течение не менее 5 мин, высушивают в течение не менее 24 часов в присутствии влагопоглотителя и прокаливают в атмосфере воздуха при температуре в диапазоне 300-600°С в течение 10-15 мин, а нагрев и охлаждение проводят со скоростью не более 1,5°С/мин.In addition, this technical result is achieved by the fact that the surface of the glass substrate is pre-treated with a freshly prepared solution obtained from concentrated sulfuric acid and a 30% hydrogen peroxide solution in a volume ratio of H 2 SO 4 : H 2 O 2 = 7 before coating it. : 3, after which it is washed with distilled water to a pH of 6-7 and subjected to ultrasound treatment with an operating frequency of 35 kHz and a generator power of 50 W for 5-30 minutes at room temperature, then the glass substrate is immersed in the prepared composition for at least 5 minutes, dried for at least 24 hours in the presence of a desiccant and calcined in an atmosphere of air at a temperature in the range of 300-600 ° C for 10-15 minutes, and heating and cooling are carried out at a speed of not more than 1 5 ° C / min.
Кроме того, указанный технический результат достигается тем, что в качестве влагопоглотителя используют CaCl2.In addition, this technical result is achieved in that CaCl 2 is used as a desiccant.
На базе Санкт-Петербургского государственного университета были проведены лабораторные исследования, отражающие конкретные примеры реализации указанного изобретения.Laboratory studies were carried out on the basis of St. Petersburg State University, reflecting specific examples of the implementation of this invention.
Пример конкретной реализации составов композиций на основе нанокристаллического диоксида титана для изготовления фотокаталитического покрытия на стекле.An example of a specific implementation of the compositions of compositions based on nanocrystalline titanium dioxide for the manufacture of a photocatalytic coating on glass.
Пример 1Example 1
Составы композиций для изготовления фотокаталитического покрытия на стекле, содержащие разное количество порошка нанокристаллического диоксида титана.The compositions for the manufacture of a photocatalytic coating on glass containing a different amount of nanocrystalline titanium dioxide powder.
Основа композиции - коммерческий порошок диоксида титана производства компании Evonic-Degussa марки Aeroxide TiO2 P25, который по данным производителя имеет удельную площадь поверхности 50 м2/г, средний размер частиц - 25 нм и фазовый состав - 25% рутила и 75% анатаза. Композиция в своем составе имела навеску порошка диоксида титана, соответствующую доле TiO2 3; 5; 10; 15 мас.%, дистиллированную воду и ацетилацетон СН2(СОСН3)2 в качестве стабилизатора в количествах, указанных в таблице 1.The basis of the composition is a commercial titanium dioxide powder manufactured by Evonic-Degussa of the Aeroxide TiO 2 P25 brand, which according to the manufacturer has a specific surface area of 50 m 2 / g, an average particle size of 25 nm and a phase composition of 25% rutile and 75% anatase. The composition in its composition had a portion of titanium dioxide powder corresponding to the proportion of TiO 2 3; 5; 10; 15 wt.%, Distilled water and acetylacetone CH 2 (COCH 3 ) 2 as a stabilizer in the amounts indicated in table 1.
Пример 2Example 2
Способ получения композиции для изготовления фотокаталитического покрытия на основе нанокристаллического диоксида титана без ультразвуковой обработки композиции перед нанесением покрытия.A method of obtaining a composition for the manufacture of a photocatalytic coating based on nanocrystalline titanium dioxide without ultrasonic treatment of the composition before coating.
Навеску порошка диоксида титана производства компании Evonic-Degussa марки Aeroxide Ti02 Р25 массой 0,125 г помещали в агатовую ступку и перетирали с 0,235 мл дистиллированной воды и 0,029 г ацетилацетона СН2(СОСН3)2 в течение 5 мин до получения пастообразной массы. Затем в вязкую массу медленно, при продолжающемся растирании добавляли 2,115 мл дистиллированной воды и перемешивали до образования однородной суспензии.A sample of titanium dioxide powder manufactured by Evonic-Degussa of the Aeroxide Ti0 2 P25 brand weighing 0.125 g was placed in an agate mortar and ground with 0.235 ml of distilled water and 0.029 g of acetylacetone CH 2 (ССОН 3 ) 2 for 5 min to obtain a paste-like mass. Then, 2.115 ml of distilled water was slowly added to the viscous mass with continued grinding, and stirred until a homogeneous suspension was formed.
Пример 3Example 3
Способ получения композиции для изготовления фотокаталитического покрытия на основе нанокристаллического диоксида титана, включающий ультразвуковую обработку композиции перед нанесением покрытия.A method of obtaining a composition for the manufacture of a photocatalytic coating based on nanocrystalline titanium dioxide, comprising ultrasonic treatment of the composition before coating.
Пример полностью повторяет способ получения, описанный в Примере 2, за исключением того, что водную суспензию TiO2 перед нанесением на стеклянные подложки подвергали ультразвуковой обработке (мощность генератора 50 Вт, частота 35 кГц) в течение 10 мин при комнатной температуре.The example completely repeats the preparation method described in Example 2, except that the aqueous suspension of TiO 2 was subjected to ultrasonic treatment (generator power 50 W, frequency 35 kHz) for 10 minutes at room temperature before being applied to glass substrates.
Пример 4Example 4
Способ применения композиции для изготовления фотокаталитического покрытия на основе нанокристаллического диоксида титана.A method of using the composition for the manufacture of a photocatalytic coating based on nanocrystalline titanium dioxide.
Стеклянные подложки вымачивали при комнатной температуре в течение 30 мин в растворе, состоящем из концентрированной серной кислоты и 30%-ного раствора пероксида водорода в объемном соотношении H2SO4:H2O2=7:3, после чего подложки промывали водой до нейтральной реакции среды и подвергали ультразвуковой обработке (мощность генератора 50 Вт, частота 35 кГц) в течение 10 мин при комнатной температуре. Затем подложки сушили над хлоридом кальция.Glass substrates were soaked at room temperature for 30 minutes in a solution consisting of concentrated sulfuric acid and a 30% hydrogen peroxide solution in a volume ratio of H 2 SO 4 : H 2 O 2 = 7: 3, after which the substrates were washed with water until neutral the reaction of the medium and was subjected to ultrasound treatment (generator power 50 W, frequency 35 kHz) for 10 min at room temperature. Then the substrates were dried over calcium chloride.
В композицию, полученную способом, описанным в Примере 2 или 3, погружали подготовленные стеклянные подложки на 5 мин, затем подложки с нанесенным покрытием извлекали и сушили над хлоридом кальция в течение 24 часов.Prepared glass substrates were immersed in the composition obtained by the method described in Example 2 or 3 for 5 minutes, then the coated substrates were removed and dried over calcium chloride for 24 hours.
После высушивания было обнаружено, что покрытие, нанесенное с применением композиции, содержащей 15 мас.% TiO2, подвержено растрескиванию и более легко отслаивается от подложки, чего не наблюдается в случае более низкого содержания ТiO2 в композиции. Из этого можно заключить, что оптимальное содержание диоксида титана в композиции не более 10% мас.After drying, it was found that the coating applied using a composition containing 15 wt.% TiO 2 is subject to cracking and more easily peels off the substrate, which is not observed in the case of a lower TiO 2 content in the composition. From this we can conclude that the optimal content of titanium dioxide in the composition is not more than 10% wt.
Подложки с нанесенным покрытием прокаливали при 450°С в течение 30 мин, а затем охлаждали, скорость нагрева и охлаждения поддерживали на уровне 1,5°С/мин.The coated substrates were calcined at 450 ° C for 30 minutes and then cooled, the heating and cooling rates were maintained at 1.5 ° C / min.
Исследование поверхности фотокаталитического покрытия проводилось методами сканирующей электронной микроскопии на оборудовании Междисциплинарного Ресурсного центра Санкт-Петербургского государственного университета по направлению «Нанотехнологии» СПбГУ Zeiss ORION (ускоряющее напряжение около 27 кВ, ток ионного пучка 0,3 рА).The surface of the photocatalytic coating was studied by scanning electron microscopy using the equipment of the Interdisciplinary Resource Center of St. Petersburg State University in the direction of Nanotechnology of St. Petersburg State University Zeiss ORION (accelerating voltage of about 27 kV, ion beam current 0.3 pA).
Электронные микрофотографии покрытий (масштаб 200 нм), полученных описанным выше способом, с применением композиции до ультразвуковой обработки и после нее представлены на Фиг.1 и Фиг.2 соответственно. Изображения на Фиг.1 и на Фиг.2 подтверждают, что ультразвуковая обработка композиций приводит к тому, что покрытия, полученные с применением композиций такого состава, отличаются большей равномерностью нанесения и меньшей склонностью к растрескиванию.Electronic micrographs of the coatings (200 nm scale) obtained by the method described above, using the composition before and after ultrasonic treatment are presented in FIG. 1 and FIG. 2, respectively. The images in figure 1 and figure 2 confirm that the ultrasonic treatment of the compositions leads to the fact that the coatings obtained using compositions of this composition are more uniform in application and less prone to cracking.
Изображения покрытий (масштаб 100 нм), полученных по описанному выше способу, до и после испытаний в потоке воды в течение одной недели представлены на Фиг.3 (а, б).Images of coatings (
Анализ полученных зависимостей, отраженных на Фиг.3 (а, б), подтверждает устойчивость полученного покрытия, которое не смывается в водном потоке, а также его стабильность и высокое качество (способ применения композиции позволяет получать покрытия с сохранением размера частиц исходного диоксида титана, в частности, в приведенном примере - 25 нм).The analysis of the obtained dependences reflected in Fig. 3 (a, b) confirms the stability of the obtained coating, which is not washed off in the water stream, as well as its stability and high quality (the method of application of the composition allows obtaining coatings while maintaining the particle size of the initial titanium dioxide, in in particular, in the above example, 25 nm).
Испытание фотокаталитической активности покрытий проводили на модельных реакциях разложения красителя метилового оранжевого с исходной концентрацией 6; 12; 50; 100 мг/л и метиленового голубого с исходной концентрацией 5 мг/л при разных средних скоростях потока через реактор: 0,5; 1,2; 2,5; 3,5 мл/мин.The photocatalytic activity of the coatings was tested on model reactions of the decomposition of methyl orange dye with an initial concentration of 6; 12; fifty; 100 mg / l and methylene blue with an initial concentration of 5 mg / l at different average flow rates through the reactor: 0.5; 1,2; 2.5; 3.5 ml / min.
Использовали вертикальный фотокаталитический проточный реактор внутреннего облучения (источник УФ - ртутная лампа низкого давления на 11 Вт, максимум излучения на 253 нм) объемом 20 мл, состоящий из двух коаксиально расположенных прозрачных кварцевых колб, пространство между которыми было заполнено закрепленным на стекле ТiO2.We used a vertical photocatalytic flow reactor of internal irradiation (a UV source - a low-pressure mercury lamp of 11 W, a maximum of radiation at 253 nm) with a volume of 20 ml, consisting of two coaxially arranged transparent quartz flasks, the space between which was filled with TiO 2 fixed on glass.
На Фиг.4 (а, б, в, г) представлены результаты испытаний фотокаталитической активности покрытий нанокристаллического диоксида титана на стекле, нанесенных описанным выше способом, в виде зависимостей степени разложения красителя метилового оранжевого от времени облучения для разных исходных концентраций (а-6 мг/л, б -12 мг/л, в - 50 мг/л, г - 100 мг/л) и скоростей потока. Концентрация красителя определялась с использованием двухлучевого спектрофотометра Shimadzu UV-1650 PC.Figure 4 (a, b, c, d) presents the results of tests of the photocatalytic activity of nanocrystalline titanium dioxide coatings on glass deposited as described above, in the form of the dependences of the degree of decomposition of methyl orange dye on irradiation time for different initial concentrations (a-6 mg / l, b -12 mg / l, c - 50 mg / l, g - 100 mg / l) and flow rates. The dye concentration was determined using a Shimadzu UV-1650 PC double-beam spectrophotometer.
Достигнутые в случае разных исходных концентраций и скоростей потока максимальные степени разложения метилового оранжевого представлены в таблице 2.The maximum degrees of methyl orange decomposition achieved in the case of different initial concentrations and flow rates are shown in Table 2.
Результаты проведенных исследований (таблица 2) показывают, что при любых исходных концентрациях практически удается добиться полного разложения метилового оранжевого.The results of the studies (table 2) show that, at any initial concentration, it is practically possible to achieve complete decomposition of methyl orange.
На Фиг.5 представлен результат испытаний фотокаталитической активности покрытий нанокристаллического диоксида на примере разложения метиленового голубого с исходной концентрацией 5 мг/л при скорости потока 3 мл/мин. Максимальная степень разложения в этом случае равна 98,5%.Figure 5 presents the test result of the photocatalytic activity of nanocrystalline dioxide coatings by the example of the decomposition of methylene blue with an initial concentration of 5 mg / l at a flow rate of 3 ml / min. The maximum degree of decomposition in this case is 98.5%.
После протекания через реактор при облучении загрязненной воды (раствор метилового оранжевого с концентрацией 12 мг/л, скорость потока 1 мл/мин) в количестве более 1750 объемов реактора, существенного различия в степени разложения красителя в двух опытах, проделанных в начале использования реактора и в самом конце (Фиг.6), не наблюдается. Это свидетельствует о высоком качестве закрепления на стекле нанокристаллического TiO2 заявленным способом, что позволяет получать прочные фотокаталитические покрытия, незначительно деградирующие со временем.After flowing through the reactor upon irradiation of contaminated water (methyl orange solution with a concentration of 12 mg / l, flow rate 1 ml / min) in an amount of more than 1750 reactor volumes, a significant difference in the degree of dye decomposition in two experiments performed at the beginning of the use of the reactor and in the very end (Fig.6) is not observed. This indicates a high quality of fixing nanocrystalline TiO 2 on the glass by the claimed method, which allows one to obtain durable photocatalytic coatings that slightly degrade over time.
Таким образом, заявленное изобретение, как показали результаты многочисленных исследований, позволяет увеличить эффективность очистки воды от органических загрязнителей в потоке воды.Thus, the claimed invention, as shown by the results of numerous studies, can increase the efficiency of water purification from organic pollutants in the water stream.
Технико-экономическая эффективность заявленного изобретения состоит в разработке эффективного, технологически простого, экологически чистого и дешевого способа нанесения покрытия нанокристаллического диоксида титана, позволяющего сохранять размер частиц и фазовый состав исходного порошка, обеспечивающее устойчивость покрытия к вымыванию нанодисперсного материала потоком воды, что дает возможность использовать данное изобретение для получения эффективного фотокаталитического материала, пригодного для использования в проточных системах очистки воды.The technical and economic efficiency of the claimed invention consists in the development of an effective, technologically simple, environmentally friendly and cheap method of coating nanocrystalline titanium dioxide, which allows to preserve the particle size and phase composition of the initial powder, which ensures the resistance of the coating to leaching nanosized material by a water stream, which makes it possible to use this invention for producing effective photocatalytic material suitable for use in flow-through water treatment systems.
Источники информацииInformation sources
1. Патент Китая №101475283.1. China Patent No. 101475283.
2. Патент Франции №2806006.2. French Patent No. 2806006.
3. Патент Германии №1005517.3. German patent No. 1005517.
4. Патент ЕР 1341609.4. Patent EP 1341609.
5. Патент WO 2006008434.5. Patent WO 2006008434.
6. Патент Российской Федерации №2326818 - прототип.6. Patent of the Russian Federation No. 2326818 - prototype.
Claims (5)
а нанокристаллический диоксид титана имеет фазовый состав, на 50-100% состоящий из кристаллической модификации «анатаз».1. Composition for the manufacture of a photocatalytic coating based on nanocrystalline titanium dioxide with an average particle size of 5-100 nm and with a specific surface area of 10-300 m 2 / g, water and stabilizer, characterized in that the composition has the following composition, wt.%:
and nanocrystalline titanium dioxide has a phase composition 50-100% consisting of a crystalline modification of anatase.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011152786/04A RU2477257C1 (en) | 2011-12-26 | 2011-12-26 | Nanocrystalline titanium dioxide-based composition, method for preparation thereof and method of using said composition to obtain photocatalytic coating on glass |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011152786/04A RU2477257C1 (en) | 2011-12-26 | 2011-12-26 | Nanocrystalline titanium dioxide-based composition, method for preparation thereof and method of using said composition to obtain photocatalytic coating on glass |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2477257C1 true RU2477257C1 (en) | 2013-03-10 |
Family
ID=49124194
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011152786/04A RU2477257C1 (en) | 2011-12-26 | 2011-12-26 | Nanocrystalline titanium dioxide-based composition, method for preparation thereof and method of using said composition to obtain photocatalytic coating on glass |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2477257C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2646415C1 (en) * | 2016-12-01 | 2018-03-05 | Публичное акционерное общество "Нефтяная компания "Роснефть" (ПАО "НК "Роснефть") | Method of obtaining mesoporous nanostructured metal-oxide film by electrostatic spraying method |
| CN111437803A (en) * | 2020-04-07 | 2020-07-24 | 合肥宝发动力技术股份有限公司 | Nano TiO with grain size less than 10nm2Method for preparing a coating structure |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19913839A1 (en) * | 1999-03-26 | 2000-09-28 | Metallgesellschaft Ag | Shaped bodies made of titanium dioxide, process for their production and their use |
| WO2003048048A1 (en) * | 2001-12-05 | 2003-06-12 | Kemira Pigments Oy | Titanium dioxide photocatalyst and a method of preparation and uses of the same |
| UA76794C2 (en) * | 2004-06-03 | 2006-09-15 | Інститут Фізичної Хімії Ім.Л.В.Писаржевського Національної Академії Наук України | Photocatalitical active mesoporous titanium dioxide, process and intermediate product for its preparation |
| RU2326818C1 (en) * | 2006-09-29 | 2008-06-20 | Институт химической физики им. Н.Н. Семенова РАН (ИХФ РАН) | Method of preparation of mesoporous nanostructured films of titanium dioxide and method of ferements immobilisation on them |
| RU2399589C2 (en) * | 2004-12-06 | 2010-09-20 | Колороббия Италия С.П.А. | METHOD OF PREPARING TiO2 DISPERSIONS IN FORM OF NANOPARTICLES, DISPERSIONS PREPARED USING SAID METHOD, AND USE OF TiO2 DISPERSIONS TO ENDOW SURFACES WITH CERTAIN PROPERTIES |
| WO2010110726A1 (en) * | 2009-03-23 | 2010-09-30 | Välinge Innovation AB | Production of titania nanoparticle colloidal suspensions with maintained crystallinity by using a bead mill with micrometer sized beads |
| CN101850246A (en) * | 2009-04-03 | 2010-10-06 | 中国石油大学(北京) | Novel composite membrane photocatalyst and preparation method thereof |
| RU2404814C1 (en) * | 2009-10-29 | 2010-11-27 | Учреждение Российской академии наук Байкальский институт природопользования Сибирского отделения РАН (БИП СО РАН) | Method of photocatalytic disinfection of surfaces |
| RU2431604C2 (en) * | 2006-02-01 | 2011-10-20 | Колороббия Италия С.П.А. | METHOD OF PREPARING AQUEOUS DISPERSIONS OF TiO2 IN FORM OF NANOPARTICLES AND DISPERSIONS OBTAINED USING SAID METHOD |
-
2011
- 2011-12-26 RU RU2011152786/04A patent/RU2477257C1/en active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19913839A1 (en) * | 1999-03-26 | 2000-09-28 | Metallgesellschaft Ag | Shaped bodies made of titanium dioxide, process for their production and their use |
| WO2003048048A1 (en) * | 2001-12-05 | 2003-06-12 | Kemira Pigments Oy | Titanium dioxide photocatalyst and a method of preparation and uses of the same |
| UA76794C2 (en) * | 2004-06-03 | 2006-09-15 | Інститут Фізичної Хімії Ім.Л.В.Писаржевського Національної Академії Наук України | Photocatalitical active mesoporous titanium dioxide, process and intermediate product for its preparation |
| RU2399589C2 (en) * | 2004-12-06 | 2010-09-20 | Колороббия Италия С.П.А. | METHOD OF PREPARING TiO2 DISPERSIONS IN FORM OF NANOPARTICLES, DISPERSIONS PREPARED USING SAID METHOD, AND USE OF TiO2 DISPERSIONS TO ENDOW SURFACES WITH CERTAIN PROPERTIES |
| RU2431604C2 (en) * | 2006-02-01 | 2011-10-20 | Колороббия Италия С.П.А. | METHOD OF PREPARING AQUEOUS DISPERSIONS OF TiO2 IN FORM OF NANOPARTICLES AND DISPERSIONS OBTAINED USING SAID METHOD |
| RU2326818C1 (en) * | 2006-09-29 | 2008-06-20 | Институт химической физики им. Н.Н. Семенова РАН (ИХФ РАН) | Method of preparation of mesoporous nanostructured films of titanium dioxide and method of ferements immobilisation on them |
| WO2010110726A1 (en) * | 2009-03-23 | 2010-09-30 | Välinge Innovation AB | Production of titania nanoparticle colloidal suspensions with maintained crystallinity by using a bead mill with micrometer sized beads |
| CN101850246A (en) * | 2009-04-03 | 2010-10-06 | 中国石油大学(北京) | Novel composite membrane photocatalyst and preparation method thereof |
| RU2404814C1 (en) * | 2009-10-29 | 2010-11-27 | Учреждение Российской академии наук Байкальский институт природопользования Сибирского отделения РАН (БИП СО РАН) | Method of photocatalytic disinfection of surfaces |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2646415C1 (en) * | 2016-12-01 | 2018-03-05 | Публичное акционерное общество "Нефтяная компания "Роснефть" (ПАО "НК "Роснефть") | Method of obtaining mesoporous nanostructured metal-oxide film by electrostatic spraying method |
| CN111437803A (en) * | 2020-04-07 | 2020-07-24 | 合肥宝发动力技术股份有限公司 | Nano TiO with grain size less than 10nm2Method for preparing a coating structure |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Amiri et al. | Bi 2 WO 6/Ag 3 PO 4–Ag Z-scheme heterojunction as a new plasmonic visible-light-driven photocatalyst: performance evaluation and mechanism study | |
| Ekka et al. | Titania coated silica nanocomposite prepared via encapsulation method for the degradation of Safranin-O dye from aqueous solution: Optimization using statistical design | |
| CN1308070C (en) | Hydrothermal method for preparing nano crystal Bi2WO6 powder photocatalytic material with visible light activity | |
| Sayılkan et al. | Photocatalytic performance of Sn-doped TiO2 nanostructured thin films for photocatalytic degradation of malachite green dye under UV and VIS-lights | |
| KR101265781B1 (en) | Titanium dioxide photocatalyst having crystalline titanium dioxide core-amorphous titanium dioxide shell structure, preparation method thereof and hydrophilic coating material comprising said titanium dioxide photocatalyst | |
| JP4686536B2 (en) | Photocatalyst, method for producing the same, dispersion containing photocatalyst, and photocatalyst coating composition | |
| CN104226287B (en) | Preparation method of nano titanium dioxide photocatalyst thin film | |
| Vebber et al. | Self-assembled thin films of PAA/PAH/TiO2 for the photooxidation of ibuprofen. Part I: Optimization of photoactivity using design of experiments and surface response methodology | |
| Bogatu et al. | Ultrasound assisted sol-gel TiO2 powders and thin films for photocatalytic removal of toxic pollutants | |
| Matos et al. | Nanostructured hybrid TiO2-C for the photocatalytic conversion of phenol | |
| Vega et al. | Composite template-free TiO2 photocatalyst: Synthesis, characteristics and photocatalytic activity | |
| CN103263937B (en) | Method for preparing tetrahedral silver phosphate photocatalyst | |
| CN104841463A (en) | BiOCl/P25 composite photocatalyst, and preparation method and applications thereof | |
| CN107029641B (en) | Hollow double-shell titanium dioxide nanoparticles and application thereof | |
| Zeng et al. | Photocatalytic activity and kinetics for acid yellow degradation over surface composites of TiO2-coated activated carbon under different photocatalytic conditions | |
| RU2477257C1 (en) | Nanocrystalline titanium dioxide-based composition, method for preparation thereof and method of using said composition to obtain photocatalytic coating on glass | |
| CN105148944A (en) | Visible-light-induced photocatalyst and preparation method | |
| CN102357365B (en) | Preparation method for titanium oxynitride photocatalyst | |
| JP2011136297A (en) | Visible light responsive type titanium oxide-based particulate dispersion and method for manufacturing the same | |
| CN104826639B (en) | Silver phosphate/reduced graphene/titanic oxide nano compound material and preparation method | |
| CN103521247A (en) | Preparation method of self-assembly silver phosphate based composite visible light catalytic material | |
| Kanjwal et al. | Electrospun nanofibers of p-type CuO/n-type TZB-Gr heterojunctions with enhanced photocatalytic activity | |
| CN106622310A (en) | Preparation method of silver phosphate-titanium dioxide composite photocatalyst | |
| JPH10180118A (en) | Fixed photocatalyst, preparation thereof, and method for decomposition-removing harmful substance | |
| CN108906015A (en) | A kind of nano-onions carbon/composite titania/silica photocatalyst material and its preparation method and application |