RU2776582C1 - METHOD FOR OBTAINING PHOTOCATALYSTS ACTIVE IN THE VISIBLE RANGE OF THE SPECTRUM WITH NANOSCALE TITANIUM OXIDES WITH THE STRUCTURE OF ANATASE AND A MIXTURE OF ANATASE AND RUTILE DOPED WITH TRANSITION METALS (Ni, V, Ag, Cu, Mn) - Google Patents

METHOD FOR OBTAINING PHOTOCATALYSTS ACTIVE IN THE VISIBLE RANGE OF THE SPECTRUM WITH NANOSCALE TITANIUM OXIDES WITH THE STRUCTURE OF ANATASE AND A MIXTURE OF ANATASE AND RUTILE DOPED WITH TRANSITION METALS (Ni, V, Ag, Cu, Mn) Download PDF

Info

Publication number
RU2776582C1
RU2776582C1 RU2021127138A RU2021127138A RU2776582C1 RU 2776582 C1 RU2776582 C1 RU 2776582C1 RU 2021127138 A RU2021127138 A RU 2021127138A RU 2021127138 A RU2021127138 A RU 2021127138A RU 2776582 C1 RU2776582 C1 RU 2776582C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
anatase
mixture
tio
titanium dioxide
rutile
Prior art date
Application number
RU2021127138A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Асия Анваровна Гайнанова
Галина Михайловна Кузьмичева
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «МИРЭА-Российский технологический университет»
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «МИРЭА-Российский технологический университет» filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «МИРЭА-Российский технологический университет»
Application granted granted Critical
Publication of RU2776582C1 publication Critical patent/RU2776582C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to a method for obtaining samples of nanoscale titanium dioxide with anatase structures or a mixture of anatase and rutile active in the visible range of the spectrum. The method consists in the fact that the reaction mixture is obtained by mixing and grinding powdered hydrated titanyl sulfate TiOSO4×2H2O, hydroperite (hydrogen peroxide clathrate with carbamide CO(NH2)2×H2O2) and salts of metal dopants V (VOSO4×2H2O), Ni (Ni(NO3)2×6H2O, NiSO4×7H2O), Ag (AgNO3), Cu (Cu(CH3COO)2), Mn (KMnO4)), then the product is annealed at temperatures of 700-850°C for 1 h.
EFFECT: invention makes it possible to simplify the process of obtaining nanoscale titanium dioxide by reducing the number of stages and harmful reagents.
1 cl, 5 dwg, 6 ex

Description

Изобретение относится к способу приготовления наноразмерного диоксида титана со структурами анатаза или смеси анатаза и рутила в разных концентрациях, допированных переходными металлами (Ni, V, Ag, Cu, Mn), применяемому для фотокаталитической очистки воды, загрязненной примесями органического происхождения, под действием видимого излучения.The invention relates to a method for preparing nanoscale titanium dioxide with anatase structures or a mixture of anatase and rutile in different concentrations, doped with transition metals (Ni, V, Ag, Cu, Mn), used for photocatalytic purification of water contaminated with impurities of organic origin, under the action of visible radiation .

Из трех наиболее известных модификаций диоксида титана (анатаза, брукита, рутила) наиболее фотокаталитически активены под действием УФ-облучении наноразмерный анатаз или смесь анатаза и рутила [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; Hurum, D. C., Agrios, A. G., Gray, K. A., Rajh, T. and Thurnauer, M. C. Explaining the Enhanced Photocatalytic Activity of Degussa P25 Mixed-Phase TiO2 Using EPR. The Journal of Physical Chemistry B. 2003. V. 107, Is. 19. PP. 4545-4549. doi:10.1021/jp0273934]. Of the three most well-known modifications of titanium dioxide (anatase, brookite, rutile), the most photocatalytically active under UV irradiation is nanosized anatase or a mixture of anatase and rutile [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; Hurum, DC, Agrios, AG, Gray, KA, Rajh, T. and Thurnauer, MC Explaining the Enhanced Photocatalytic Activity of Degussa P25 Mixed-Phase TiO 2 Using EPR. The Journal of Physical Chemistry B. 2003. V. 107, Is. 19.PP. 4545-4549. doi:10.1021/jp0273934].

Описан способ получения фотокатализатора с функциональной основой наноразмерного диоксида титана со структурой анатаза, заключающийся в приготовлении водного раствора TiOSO4 с концентрацией 0,1-1,0 моль/л, с последующим добавлением в раствор H2SO4 до конечной концентрации 0,15-1 моль/л, гидролизом реакционной смеси в гидротермальных условиях при температурах 100-250°C в течение 0.5-24 ч и высушиванием полученной суспензии с диоксидом титана. Способ позволяет получить пористый фотокатализатор в форме мезопористых частиц с высокой удельной поверхностью, обеспечивающую высокие показатели фотокаталитических свойств [Зверева И.А., Чурагулов Б.Р., Иванов В.К., Баранчиков А.Е., Шапорев А.С., Миссюль А.Б. Способ получения фотокатализатора на основе диоксида титана. Патент РФ №2408427, 2009]. Полученные образцы с мезопористым наноразмерным анатазом проявлял фотокаталитическую активность (ФКА) в УФ-свете. A method for producing a photocatalyst with a functional basis of nanoscale titanium dioxide with an anatase structure is described, which consists in preparing an aqueous solution of TiOSO 4 with a concentration of 0.1-1.0 mol/l, followed by adding H 2 SO 4 to the solution to a final concentration of 0.15- 1 mol/l, hydrolysis of the reaction mixture under hydrothermal conditions at temperatures of 100-250°C for 0.5-24 h and drying the resulting suspension with titanium dioxide. The method allows to obtain a porous photocatalyst in the form of mesoporous particles with a high specific surface area, providing high photocatalytic properties [Zvereva I.A., Churagulov B.R., Ivanov V.K., Baranchikov A.E., Shaporev A.S., Missyul A.B. Method for producing a photocatalyst based on titanium dioxide. RF patent No. 2408427, 2009]. The obtained samples with mesoporous nanosized anatase exhibited photocatalytic activity (PCA) in UV light.

Известен процесс получения наноразмерного анатаза, включающий стадию обработки гидратированного диоксида титана TiO2×nH2O пероксидом водорода в водном растворе с образованием золя, который далее переводят в гель при 50°C; последний высушивают при температуре около 100°C и полученный ксерогель прокаливают при температуре до 1000°C [Etacheri V., Pillai S., Seery M., High temperature stable anatase phase titanium dioxide, Patent WO 2010/064225 A1]. Полученный наноразмерный анатаз характеризовался размерами кристаллитов D=50 нм (областей когерентного рассеяния) и термической устойчивостью вплоть до 900°C. Недостатком данного метода является необходимость предварительного получения TiO2×nH2O гидролизом тетрахлорида титана TiCl4, перевода полученного золя в гель с дальнейшим высушиванием геля для получения ксерогеля.A known process for obtaining nanoscale anatase, including the stage of treatment of hydrated titanium dioxide TiO 2 × n H 2 O hydrogen peroxide in aqueous solution with the formation of Sol, which is then transferred to the gel at 50°C; the latter is dried at a temperature of about 100°C and the resulting xerogel is calcined at temperatures up to 1000°C [Etacheri V., Pillai S., Seery M., High temperature stable anatase phase titanium dioxide, Patent WO 2010/064225 A1]. The resulting nanosized anatase was characterized by crystallite sizes D = 50 nm (coherent scattering regions) and thermal stability up to 900°C. The disadvantage of this method is the need to preliminarily obtain TiO 2 × n H 2 O by hydrolysis of titanium tetrachloride TiCl 4 , convert the resulting sol into a gel with further drying of the gel to obtain a xerogel.

Метод получения наноразмерного TiO2 со структурой анатаза c высокой фотокаталитической активностью при УФ-облучении гидролизом TiOSO4 описан в [Savinkina E.V., Kuzmicheva G.M., Obolenskaya L.N., Efficient synthesis and properties of η-titania, Proceedings of the 2nd European Conference of Chemical Engineering, Puerto De La Cruz, Spain, December 10-12, 2011, 93-96].A method for obtaining nanosized TiO 2 with an anatase structure with high photocatalytic activity upon UV irradiation by hydrolysis of TiOSO 4 is described in [Savinkina EV, Kuzmicheva GM, Obolenskaya LN, Efficient synthesis and properties of η-titania, Proceedings of the 2nd European Conference of Chemical Engineering, Puerto De La Cruz, Spain, December 10-12, 2011, 93-96].

К недостаткам всех методов получения наноразмерного диоксида титана со структурой анатаза или смеси анатаза и рутила из раствора можно отнести вымывание ионов TiVI в раствор и, как следствием, снижение выхода готового продукта. Также недостатком вышеописанных и аналогичных им способов получения диоксида титана является активность готового продукта только в УФ облучении, что требует создания дополнительных источников УФ-излучения. The disadvantages of all methods for obtaining nanosized titanium dioxide with the anatase structure or a mixture of anatase and rutile from solution include the leaching of Ti VI ions into the solution and, as a result, a decrease in the yield of the finished product. Also, the disadvantage of the above and similar methods for producing titanium dioxide is the activity of the finished product only in UV irradiation, which requires the creation of additional sources of UV radiation.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является способ получения наноразмерного диоксида титана [Оболенская Л.Н. Савинкина Е.В., Кузьмичева Г.М., Копылова Е.В. Способ получения наноразмерного диоксида титана. RU Patent 2565193 C1] (анатаз, рутил или смесь анатаза с рутилом), заключающийся с смешении сухих реагентов (дигидрата сульфата титанила с аддуктом карбамида с пероксидом водорода (гидроперит)) с последующим отжигом при температуре 600-1000°C в течение 1-60 мин. В этих условиях образуется диоксид титана в форме анатаза, в ряде случаев с примесью рутила. Наибольшая ФКА достигнута на образцах, полученных при температуре отжига 700-900°С в течение 1 часа, содержащих смесь ~97% анатаза и 3% рутила. Однако, все полученные образцы проявляли ФКА (метиленовый оранжевый, фунгицид - пропиконазол) только в УФ-области спектра.The closest analogue of the claimed invention is a method for producing nanoscale titanium dioxide [Obolenskaya L.N. Savinkina E.V., Kuzmicheva G.M., Kopylova E.V. Method for producing nanosized titanium dioxide. RU Patent 2565193 C1] (anatase, rutile or a mixture of anatase with rutile), which consists of mixing dry reagents (titanyl sulfate dihydrate with carbamide adduct with hydrogen peroxide (hydroperite)) followed by annealing at a temperature of 600-1000°C for 1-60 min. Under these conditions, titanium dioxide is formed in the form of anatase, in some cases with an admixture of rutile. The highest PCA was achieved on samples obtained at an annealing temperature of 700–900°C for 1 hour, containing a mixture of ~97% anatase and 3% rutile. However, all obtained samples showed PKA (methylene orange, fungicide - propiconazole) only in the UV region of the spectrum.

Для приготовления фотокатализаторов на основе диоксида титана, активных под видимым светом (в том числе, солнечного света), используют преимущественно допирование металлами [Banerjee A.N. The design, fabrication, and photocatalytic utility of nanostructured semiconductors: focus on TiO2-based nanostructures, Nanotechnology, Science and Applications 2011, 4, 35-65]. Обычно в качестве допирующих агентов используют водорастворимые соли соответствующего допирующего иона (например, FeIII, VIV, VV, CrIII, NiII, AgI), вносимые в процессе синтеза диоксида титана из титансодержащих прекурсоров в водных или органических растворителях [P. Kokila, V. Senthilkumar, K. Prem Nazeer. Preparation and photocatalytic activity of Fe3+-doped TiO2 nanoparticles. Scholars Research Library, Archives of Physics Research 2011, 2, 246-253; M. Pelaez et. al. A Review on the Visible Light Active Titanium Dioxide Photocatalysts for Environmental Applications. Applied Catalysis B:Environmental. 2012. V. 125, pp. 331- 349].For the preparation of photocatalysts based on titanium dioxide, active under visible light (including sunlight), metal doping is mainly used [Banerjee AN The design, fabrication, and photocatalytic utility of nanostructured semiconductors: focus on TiO 2 -based nanostructures, Nanotechnology, Science and Applications 2011, 4, 35-65]. Usually, water-soluble salts of the corresponding doping ion (for example, Fe III , V IV , V V , Cr III , Ni II , Ag I ) introduced during the synthesis of titanium dioxide from titanium-containing precursors in aqueous or organic solvents are usually used as doping agents [P. Kokila, V. Senthilkumar, K. Prem Nazeer. Preparation and photocatalytic activity of Fe 3+ -doped TiO 2 nanoparticles. Scholars Research Library, Archives of Physics Research 2011, 2, 246-253; M. Pelaez et. al. A Review on the Visible Light Active Titanium Dioxide Photocatalysts for Environmental Applications. Applied Catalysis B:Environmental . 2012. V. 125, pp. 331-349].

Известен способ получение фотокатализатора на основе диоксида титана со структурой анатаза, допированного неметаллами (С, N, S) [Police Anil Kumar Reddy, Pulagurla Venkata Laxma Reddy, Vutukuri Maitrey Sharma, Basavaraju Srinivas, Valluri Durga Kumari, Machiraju Subrahmanyam. Photocatalytic Degradation of Isoproturon Pesticide on C, N and S Doped TiO2. J. Water Resource and Protection, 2010, 2, 235-244] путем введения в реакционную смесь в процессе гидролиза изопропоксида титана тиомочевины в количестве 5 масс % от количества титана. При облучении солнечным светом (λ > 420 нм, 450 Вт) разложение изопротуронового гербицида завершается через 150 мин (объем реакционной смеси 50 мл).A known method of obtaining a photocatalyst based on titanium dioxide with an anatase structure doped with non-metals (C, N, S) [Police Anil Kumar Reddy, Pulagurla Venkata Laxma Reddy, Vutukuri Maitrey Sharma, Basavaraju Srinivas, Valluri Durga Kumari, Machiraju Subrahmanyam. Photocatalytic Degradation of Isoproturon Pesticide on C, N and S Doped TiO 2 . J. Water Resource and Protection, 2010, 2, 235-244] by introducing into the reaction mixture during the hydrolysis of titanium isopropoxide thiourea in an amount of 5 wt% of the amount of titanium. When irradiated with sunlight (λ > 420 nm, 450 W), the decomposition of the isoproturonic herbicide is completed after 150 min (the volume of the reaction mixture is 50 ml).

Недостатком данных методов является необходимость удаления побочных продуктов промыванием водой, а, следовательно, последующее выделение диоксида титана из жидкости. The disadvantage of these methods is the need to remove by-products by washing with water, and, consequently, the subsequent separation of titanium dioxide from the liquid.

Технический результат изобретения заключается в получении фотокатализаторов на основе наноразмерных модификаций диоксида титана со структурами анатаза или смеси анатаза рутила, допированных металлами (Ni, V, Ag, Cu, Mn), активных при облучении видимым светом, в том числе при многократном применении; упрощении процесса получения и уменьшения количества используемых реагентов, снижения стадийности и затратности.The technical result of the invention is to obtain photocatalysts based on nanoscale modifications of titanium dioxide with structures of anatase or a mixture of rutile anatase doped with metals (Ni, V, Ag, Cu, Mn), active when irradiated with visible light, including repeated use; simplifying the process of obtaining and reducing the amount of reagents used, reducing the stages and costs.

Технический результат достигается смешением порошкообразных реагентов, гидратированного сульфата титанила TiOSO4×2H2O с гидроперитом (клатрат пероксида водорода с карбамидом CO(NH2)2×H2O2) и с нитратами или ацетатами металлов-допантов (Ni, V, Ag, Mn, Cu) с последующим отжигом при температуре tотж=700-850°С (1 ч).The technical result is achieved by mixing powdered reagents, hydrated titanyl sulfate TiOSO 4 × 2H 2 O with hydroperite (hydrogen peroxide clathrate with carbamide CO(NH 2 ) 2 × H 2 O 2 ) and with nitrates or acetates of metal dopants (Ni, V, Ag , Mn, Cu) followed by annealing at a temperature t anneal =700-850°C (1 h).

Образцы наноразмерного диоксида титана получали смешиванием порошкообразных дигидрата сульфата титанила, нитратов или ацетатов металлов (Ni, V, Ag, Cu, Mn) с клатратом карбамида с пероксидом водорода с последующим отжигом при температуре 700-850°C в течение 60 минут. В этих условиях образуется, преимущественно, нанокристаллический анатаз или смесь нанокристаллических анатаза и рутила в разных соотношениях, зависящих от природы металла-допанта.Samples of nanosized titanium dioxide were obtained by mixing powdered titanyl sulfate dihydrate, metal nitrates or acetates (Ni, V, Ag, Cu, Mn) with carbamide clathrate with hydrogen peroxide, followed by annealing at a temperature of 700–850°C for 60 minutes. Under these conditions, predominantly nanocrystalline anatase or a mixture of nanocrystalline anatase and rutile is formed in different ratios depending on the nature of the dopant metal.

Фазовый состав образцов контролировали традиционным рентгенографическим методом (фиг. 1, 2). Показано, что образцы содержат анатаз (2θ~25.3°, 37.8°, 48°; JCPDS №89-4921) или смесь анатаза и рутила (JCPDS №89-8304) в разных соотношениях, и рентгеноаморфный гидратированный диоксид титана (ГД) при 2θ~11-13°. Переменный состав ГД отражает формула TiO2-x(OH)2x×yH2O (y~1), которую можно представить как гидратными Ti(OH)4, кислотными H2TiO3, H4TiO4 или анионно-смешанными (TiO)(HSO4)x(OH)y фазами [I. Vasilyeva, G. Kuz’micheva, A. Pochtar, A. Gainanova, O. Timaeva, A. Dorokhov, V. Podbel’skiy, New J. Chem, 2016, 40, 151-161]. Для определения средних размеров областей когерентного рассеяния (D, нм) использовалась формула Шеррера: D=Кλ/βcosΘ: λ - длина волны, 2Θ~25° (для анатаза) и 2Θ~27.5° (для рутила) β - интегральная ширина пика, эмпирический коэффициент К принимали равным 0.9. Стандартное отклонение ±5%. The phase composition of the samples was controlled by the traditional X-ray diffraction method (Figs. 1, 2). The samples were shown to contain anatase (2θ~25.3°, 37.8°, 48°; JCPDS No. 89-4921) or a mixture of anatase and rutile (JCPDS No. 89-8304) in various ratios, and X-ray amorphous hydrated titanium dioxide (HD) at 2θ ~11-13°. The variable composition of HD is reflected by the formula TiO 2-x (OH) 2x × y H 2 O ( y ~1), which can be represented as hydrated Ti(OH) 4 , acidic H 2 TiO 3 , H 4 TiO 4 , or anionic mixed ( TiO)(HSO 4 ) x (OH) y phases [I. Vasilyeva, G. Kuz'micheva, A. Pochtar, A. Gainanova, O. Timaeva, A. Dorokhov, V. Podbel'skiy, New J. Chem , 2016, 40, 151-161]. To determine the average sizes of coherent scattering regions (D, nm), the Scherrer formula was used: D=Kλ/βcosΘ: λ is the wavelength, 2Θ~25° (for anatase) and 2Θ~27.5° (for rutile) β is the integral peak width, the empirical coefficient K was taken equal to 0.9. Standard deviation ±5%.

Для контроля количества активных форм кислорода (АФК), образующихся на поверхности наночастиц диоксида титана (анатаз, рутил), применяли метод хемилюминесценции (фиг. 3, 4) (хемилюминометр Lum-5773) [S.P. Mulakov, P.M. Gotovtsev, A.A. Gainanova, G.V. Kravchenko, G.M. Kuz’micheva and V.V. Podbel’skii, J. Photochemistry & Photobiology A: Chemistry, 2020, 393, 1], с использованием люминола (индикатор АФК - ОН, О2 - и Н2О2) под действием видимого излучения люминесцентной лампой с мощностью 45 Вт. Обработка спектров хемилюминесценции осуществляли в компьютерной программе [G.M. Kuzmicheva, V.V. Podbelsky and S.P. Mulakov, Certificate of state registration of a computer program № 201866661169, 2018].To control the amount of reactive oxygen species (ROS) formed on the surface of titanium dioxide nanoparticles (anatase, rutile), the chemiluminescence method was used (Fig. 3, 4) (Lum-5773 chemiluminometer) [SP Mulakov, PM Gotovtsev, AA Gainanova, GV Kravchenko , GM Kuz'micheva and VV Podbel'skii, J. Photochemistry & Photobiology A: Chemistry, 2020, 393, 1], using luminol (an indicator of ROS - OH, O 2 - and H 2 O 2 ) under the action of visible radiation from a fluorescent lamp with a power of 45 watts. Chemiluminescence spectra were processed using a computer program [GM Kuzmicheva, VV Podbelsky and SP Mulakov, Certificate of state registration of a computer program no. 201866661169, 2018].

Фотокаталитическую активность образцов с наноразмерным диоксидом титана контролировали по скорости фоторазложения в их присутствии системного фунгициды дифеноконазола (C19H17Cl2N3O3, [цис,транс-3-хлор-4[4-метил-2-(1Н-1,2,4-триазол-1-ил-метил)-1,3-диоксолан-2-ил-]фенил-4-хлорфенилэфир]), применяемого в сельском хозяйстве в качестве протравителя семян, против широкого круга фитопатогенов. Начальная концентрация фунгицида - 0.06 ммоль/л, концентрация наноразмерного диоксида титана - 1 г/л. Фотокаталитические реакции проведены в двустенном цилиндрическом стеклянном реакторе (для поддержания постоянной температуры фотокаталитической реакции, 25°С, между стенками реактора пропускали воду). Фотореакционная смесь перемешивалась на магнитной мешалке при постоянной скорости вращения. В качестве источника УФ-излучения использовалась ртутная лампа Camelion 26Вт (интервал длин волн 260-400 нм), видимого излучения - люминесцентная лампа Camelion 45 Вт (>450 нм). Лампы располагались в 5 см от реактора. До начала облучения реакционные смеси перемешивались в темноте в течение 1 часа. Концентрация органических загрязнителей в воде измеряли каждый 30 мин на спектрометре Аквилон СФ200. The photocatalytic activity of samples with nanosized titanium dioxide was controlled by the rate of photodecomposition in their presence of the systemic fungicide difenoconazole (C 19 H 17 Cl 2 N 3 O 3 , [cis,trans-3-chloro-4[4-methyl-2-(1Н-1 ,2,4-triazol-1-yl-methyl)-1,3-dioxolan-2-yl-]phenyl-4-chlorophenylether]), used in agriculture as a seed dressing, against a wide range of phytopathogens. The initial concentration of the fungicide is 0.06 mmol/l, the concentration of nanosized titanium dioxide is 1 g/l. Photocatalytic reactions were carried out in a double-walled cylindrical glass reactor (to maintain a constant temperature of the photocatalytic reaction, 25°C, water was passed between the walls of the reactor). The photoreaction mixture was stirred on a magnetic stirrer at a constant rotation speed. A Camelion 26W mercury lamp (wavelength range 260–400 nm) was used as a source of UV radiation, and a Camelion 45W fluorescent lamp (>450 nm) was used as a source of visible radiation. The lamps were located 5 cm from the reactor. Prior to irradiation, the reaction mixtures were stirred in the dark for 1 hour. The concentration of organic pollutants in water was measured every 30 min on an Akvilon SF200 spectrometer.

Пример 1. Прекурсор титана в количестве 1.8 г TiOSO4×2H2O (х.ч., Sigma Aldrich, Германия) и 0.3 г Ni-содержащего прекурсора Ni(NO3)2×6H2O (содержание Ni2+ в составе готового TiO2 равно 11 мол%) перетирали с 1 г гидроперита (NH2)2CO×H2O2 (х.ч., Sigma Aldrich, Германия) в фарфоровой ступке 4 минуты. Реакционную смесь отожигали на воздухе в течение 1 ч при 850 °C (Ni-TiO 2 -1). Рентгенографическое исследование образца Ni-TiO 2 -1 (фиг. 1) показывает, что в его составе присутствует смесь наноразмерных рутила (~90%) со средними размерами кристаллитов D=38.4(3) нм и анатаза (~10%) c D=26.5(2) нм с небольшой примесью рентгеноаморфного гидратированного диоксида титана ГД. Константа скорости реакции фотокаталитического разложения дифеноконазола в присутствии образца Ni-TiO 2 -1 под УФ- и видимым излучением, соответственно, равна k=0.0063 мин-1 и k=0.0086 мин-1 (фиг. 5). Example 1 . Titanium precursor in the amount of 1.8 g TiOSO 4 × 2H 2 O (chemically pure, Sigma Aldrich, Germany) and 0.3 g Ni-containing precursor Ni(NO 3 ) 2 × 6H 2 O (Ni 2+ content in the finished TiO 2 equal to 11 mol%) was ground with 1 g of hydroperite (NH 2 ) 2 CO×H 2 O 2 (chemically pure, Sigma Aldrich, Germany) in a porcelain mortar for 4 minutes. The reaction mixture was annealed in air for 1 h at 850°C ( Ni-TiO 2 -1 ). X-ray examination of the Ni-TiO 2 -1 sample (Fig. 1) shows that it contains a mixture of nanosized rutile (~90%) with average crystallite sizes D=38.4(3) nm and anatase (~10%) with D= 26.5(2) nm with a small admixture of X-ray amorphous hydrated HD titanium dioxide. The reaction rate constant of the photocatalytic decomposition of difenoconazole in the presence of a sample of Ni-TiO 2 -1 under UV and visible radiation, respectively, is equal to k=0.0063 min -1 and k=0.0086 min -1 (Fig. 5).

Пример 2. Прекурсор титана в количестве 1.8 г TiOSO4×2H2O (х.ч., Sigma Aldrich, Германия) и 0.2 г V-содержащего прекурсора VOSO4×2H2O (содержание V4+ в составе готового TiO2 равно 11 мол%) перетирали с 1 г гидроперита (NH2)2CO×H2O2 (х.ч., Sigma Aldrich, Германия) в фарфоровой ступке 4 минуты. Реакционную смесь отожгли на воздухе в течение 1 ч при 700°C (V-TiO 2 ). Рентгенографическое исследование образца V-TiO 2 (фиг. 1) показывает, что в его составе присутствует преимущественно нанокристаллический рутил (99%) со средними размерами кристаллитов D=52.1(1) нм со следовым количеством анатаза (~1%) и рентгеноаморфного ГД. Образец V-TiO 2 инертен в реакции фотокаталитического окисления дифеноконазола под УФ- и видимого излучения (фиг. 5). Example 2 . Titanium precursor in the amount of 1.8 g TiOSO 4 × 2H 2 O (chemically pure, Sigma Aldrich, Germany) and 0.2 g of the V-containing precursor VOSO 4 × 2H 2 O (the content of V 4+ in the composition of the finished TiO 2 is 11 mol % ) was ground with 1 g of hydroperite (NH 2 ) 2 CO×H 2 O 2 (chemically pure, Sigma Aldrich, Germany) in a porcelain mortar for 4 minutes. The reaction mixture was annealed in air for 1 h at 700°C ( V-TiO 2 ). X-ray examination of the V-TiO 2 sample (Fig. 1) shows that it contains predominantly nanocrystalline rutile (99%) with an average crystallite size of D=52.1(1) nm with a trace amount of anatase (~1%) and X-ray amorphous HD. The V-TiO 2 sample is inert in the reaction of photocatalytic oxidation of difenoconazole under UV and visible radiation (Fig. 5).

Пример 3. Прекурсор титана в количестве 1.8 г TiOSO4×2H2O (х.ч., Sigma Aldrich, Германия) и 0.17 г AgNO3 (содержание Ag+ в составе готового TiO2 равно 11 мол%) перетирали с 1 г гидроперита (NH2)2CO×H2O2 (х.ч., Sigma Aldrich, Германия) в фарфоровой ступке 4 минуты. Реакционную смесь отожгли на воздухе в течение 1 ч при 700°C (Ag-TiO 2 ). Рентгенографическое исследование образца Ag-TiO 2 (фиг. 1) показывает, что в его составе присутствует смесь нанокристаллического анатаза со средними размерами кристаллитов D=25.8(3) нм и ~8% Ag2O (2θ~28, 47, 68; JCPDS 42-0874) с небольшой примесью рентгеноаморфного ГД. Константа скорости реакции фотокаталитического разложения дифеноконазола в присутствии образца Ag-TiO 2 под действием видимого излучения составила k=0.0046 мин-1 (фиг. 5). Example 3 . The titanium precursor in an amount of 1.8 g TiOSO 4 × 2H 2 O (chemically pure, Sigma Aldrich, Germany) and 0.17 g AgNO 3 ( the Ag ) 2 CO×H 2 O 2 (chemically pure, Sigma Aldrich, Germany) in a porcelain mortar for 4 minutes. The reaction mixture was annealed in air for 1 h at 700°C ( Ag-TiO 2 ). X-ray examination of the Ag-TiO 2 sample (Fig. 1) shows that it contains a mixture of nanocrystalline anatase with average crystallite sizes D=25.8(3) nm and ~8% Ag 2 O (2θ~28, 47, 68; JCPDS 42-0874) with a small admixture of X-ray amorphous HD. The reaction rate constant of the photocatalytic decomposition of difenoconazole in the presence of a sample of Ag-TiO 2 under the action of visible radiation was k=0.0046 min -1 (Fig. 5).

Пример 4. Прекурсор титана в количестве 1.8 г TiOSO4×2H2O (х.ч., Sigma Aldrich, Германия) и 0.16 г KMnO4 (содержание Mn7+ в составе готового TiO2 равно 11 мол%) перетирали с 1 г гидроперита (NH2)2CO×H2O2 (х.ч., Sigma Aldrich, Германия) в фарфоровой ступке 4 минуты. Реакционную смесь отожгли на воздухе в течение 1 ч при 700°C (Mn-TiO 2 ). Рентгенографическое исследование образца Mn-TiO 2 (фиг. 2) показывает, что в его составе присутствует смесь нанокристаллического анатаза со средними кристаллитов D=26.4(3) нм и ~12% MnO2 (2θ~28°, 35°; PDF 44-0141) с небольшой примесью рентгеноаморфного ГД. Константа скорости реакции фотокаталитического разложения дифеноконазола в присутствии образца Mn-TiO 2 под действием видимого излучения составила k=0.0071 мин-1 (фиг. 5). Example 4 . The titanium precursor in an amount of 1.8 g TiOSO 4 × 2H 2 O (chemically pure, Sigma Aldrich, Germany) and 0.16 g KMnO 4 (the content of Mn 7+ in the composition of the finished TiO 2 is 11 mol%) was triturated with 1 g of hydroperite (NH 2 ) 2 CO×H 2 O 2 (chemically pure, Sigma Aldrich, Germany) in a porcelain mortar for 4 minutes. The reaction mixture was annealed in air for 1 h at 700°C ( Mn-TiO 2 ). X-ray examination of the Mn-TiO 2 sample (Fig. 2) shows that it contains a mixture of nanocrystalline anatase with average crystallites D=26.4(3) nm and ~12% MnO 2 (2θ~28°, 35°; PDF 44- 0141) with a small admixture of X-ray amorphous HD. The reaction rate constant of the photocatalytic decomposition of difenoconazole in the presence of a sample of Mn-TiO 2 under the action of visible radiation was k=0.0071 min -1 (Fig. 5).

Пример 5. Прекурсор титана в количестве 1.8 г TiOSO4×2H2O (х.ч., Sigma Aldrich, Германия) и 0.18 г Cu(CH3COO)2 (содержание Cu2+ в составе готового TiO2 равно 11 мол%) перетирали с 1 г гидроперита (NH2)2CO×H2O2 (х.ч., Sigma Aldrich, Германия) в фарфоровой ступке 4 минуты. Реакционную смесь отожгли на воздухе в течение 1 ч при 700°C (Cu-TiO 2 ). Рентгенографическое исследование образца Cu-TiO 2 (фиг. 2) показывает, что в его составе присутствует смесь нанокристаллического анатаза со средними размерами кристаллитов D=25.8(2) нм и ~5% рутила с небольшой примесью рентгеноаморфного ГД. Константа скорости реакции фотокаталитического разложения дифеноконазола в присутствии образца Cu-TiO 2 под действием видимого излучения составила k=0.0090 мин-1 (фиг. 5). Example 5 . A titanium precursor in an amount of 1.8 g TiOSO 4 × 2H 2 O (chemically pure, Sigma Aldrich, Germany) and 0.18 g Cu(CH 3 COO) 2 (the content of Cu 2+ in the composition of the finished TiO 2 is 11 mol%) was ground with 1 g of hydroperite (NH 2 ) 2 CO×H 2 O 2 (chemically pure, Sigma Aldrich, Germany) in a porcelain mortar for 4 minutes. The reaction mixture was annealed in air for 1 h at 700°C ( Cu-TiO 2 ). X-ray examination of the Cu-TiO 2 sample (Fig. 2) shows that it contains a mixture of nanocrystalline anatase with an average crystallite size of D=25.8(2) nm and ~5% rutile with a small admixture of X-ray amorphous HD. The reaction rate constant of the photocatalytic decomposition of difenoconazole in the presence of a Cu-TiO 2 sample under the action of visible radiation was k=0.0090 min -1 (Fig. 5).

Пример 6. Прекурсор титана в количестве 1.8 г TiOSO4×2H2O (х.ч., Sigma Aldrich, Германия) и 0.28 г Ni-содержащего прекурсора NiSO4×7H2O (содержание Ni2+ в составе готового TiO2 равно 11 мол%) перетирали с 1 г гидроперита (NH2)2CO×H2O2 (х.ч., Sigma Aldrich, Германия) в фарфоровой ступке 4 минуты. Реакционную смесь отжигали на воздухе в течение 1 ч при 700 °C (Ni-TiO 2 -2). Рентгенографическое исследование образца Ni-TiO 2 -2 (фиг. 2) показывает, что в его составе присутствует нанокристаллический анатаз с D=20.0(2) нм с небольшой примесью рентгеноаморфного ГД. Константа скорости реакции фотокаталитического разложения дифеноконазола в присутствии образца Ni-TiO 2 -2 под УФ- и видимым излучением, соответственно, равна k=0.0068 мин-1 и k=0.0078 мин-1 (фиг.5 ). Example 6 . Titanium precursor in the amount of 1.8 g TiOSO 4 × 2H 2 O (chemically pure, Sigma Aldrich, Germany) and 0.28 g Ni-containing precursor NiSO 4 × 7H 2 O (the content of Ni 2+ in the finished TiO 2 is 11 mol % ) was ground with 1 g of hydroperite (NH 2 ) 2 CO×H 2 O 2 (chemically pure, Sigma Aldrich, Germany) in a porcelain mortar for 4 minutes. The reaction mixture was annealed in air for 1 h at 700°C ( Ni-TiO 2 -2 ). X-ray examination of the Ni-TiO 2 -2 sample (Fig. 2) shows that it contains nanocrystalline anatase with D=20.0(2) nm with a small admixture of X-ray amorphous HD. The reaction rate constant of the photocatalytic decomposition of difenoconazole in the presence of a sample of Ni-TiO 2 -2 under UV and visible radiation, respectively, is equal to k=0.0068 min -1 and k=0.0078 min -1 (figure 5).

Сравнение спектров хемилюминесценции с люминолом, снятых на образцах, полученных в примерах 1-3 (фиг. 3) и 4-6 (фиг. 4), свидетельствует о том, что образцы активны в видимой области спектра и количество АФК (пропорциональное площади подынтегральной кривой на фиг. 3 и 4) уменьшается в ряду образцов Ni-TiO 2 -2 (пример 6) → Ni-TiO 2 -1 (пример 1) → Ag-TiO 2 (пример 3) → Mn-TiO 2 (пример 4) → CuTiO 2 (пример 5) → V-TiO 2 (пример 2).Comparison of the chemiluminescence spectra with luminol, taken on the samples obtained in examples 1-3 (Fig. 3) and 4-6 (Fig. 4), indicates that the samples are active in the visible region of the spectrum and the amount of ROS (proportional to the area of the integrand in Fig. 3 and 4) decreases in the series of samples Ni-TiO 2 -2 (example 6) → Ni-TiO 2 -1 (example 1) → Ag-TiO 2 (example 3) → Mn-TiO 2 (example 4) → CuTiO 2 (example 5) → V-TiO 2 (example 2).

Claims (1)

Способ получения образцов наноразмерного диоксида титана со структурами анатаза или смеси анатаза и рутила, активных в видимой области спектра, заключающийся в том, что реакционную смесь получают смешением и перетиранием порошкообразных гидратированного сульфата титанила TiOSO4×2H2O, гидроперита (клатрат пероксида водорода с карбамидом CO(NH2)2×H2O2) и солей металлов-допантов V (VOSO4×2H2O), Ni (Ni(NO3)2×6H2O, NiSO4×7H2O), Ag (AgNO3), Cu (Cu(CH3COO)2), Mn (KMnO4)), затем продукт подвергают отжигу при температурах 700-850°С в течение 1 ч.A method for obtaining samples of nanosized titanium dioxide with anatase structures or a mixture of anatase and rutile active in the visible region of the spectrum, which consists in the fact that the reaction mixture is obtained by mixing and grinding powdered hydrated titanyl sulfate TiOSO 4 × 2H 2 O, hydroperite (hydrogen peroxide clathrate with carbamide CO(NH 2 ) 2 × H 2 O 2 ) and dopant metal salts V (VOSO 4 × 2H 2 O), Ni (Ni(NO 3 ) 2 × 6H 2 O, NiSO 4 × 7H 2 O), Ag ( AgNO 3 ), Cu (Cu(CH 3 COO) 2 ), Mn (KMnO 4 )), then the product is annealed at temperatures of 700-850°C for 1 hour.
RU2021127138A 2021-09-15 METHOD FOR OBTAINING PHOTOCATALYSTS ACTIVE IN THE VISIBLE RANGE OF THE SPECTRUM WITH NANOSCALE TITANIUM OXIDES WITH THE STRUCTURE OF ANATASE AND A MIXTURE OF ANATASE AND RUTILE DOPED WITH TRANSITION METALS (Ni, V, Ag, Cu, Mn) RU2776582C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2776582C1 true RU2776582C1 (en) 2022-07-22

Family

ID=

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2457182C1 (en) * 2011-01-31 2012-07-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Челябинский государственный педагогический университет" Method of producing nanodispersed nickel titanate
RU2466791C1 (en) * 2011-08-11 2012-11-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет" (СГТУ) Method of obtaining titanate photocatalyst, active in visible area of spectrum
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
RU2565193C1 (en) * 2014-03-07 2015-10-20 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 producing nanosized titanium dioxide
US20180050922A1 (en) * 2014-03-26 2018-02-22 Dr. Shanmugam Saravanan PROCESS FOR PRODUCTION OF TITANIUM DIOXIDE (Ti02) NANOPARTICLES WITH DESIRED RATIO OF ANATASE AND RUTILE
RU2646196C2 (en) * 2013-08-12 2018-03-01 Солвей Ацетов Гмбх Catalytically decomposable synthetic material and use thereof
WO2020187377A1 (en) * 2019-03-19 2020-09-24 ACT.Global R&D ApS A transparent photocatalytic coating for in-situ generation of free radicals combating microbes, odors or organic compounds in visible light

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2457182C1 (en) * 2011-01-31 2012-07-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Челябинский государственный педагогический университет" Method of producing nanodispersed nickel titanate
RU2466791C1 (en) * 2011-08-11 2012-11-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет" (СГТУ) Method of obtaining titanate photocatalyst, active in visible area of spectrum
RU2646196C2 (en) * 2013-08-12 2018-03-01 Солвей Ацетов Гмбх Catalytically decomposable synthetic material and use thereof
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
RU2565193C1 (en) * 2014-03-07 2015-10-20 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 producing nanosized titanium dioxide
US20180050922A1 (en) * 2014-03-26 2018-02-22 Dr. Shanmugam Saravanan PROCESS FOR PRODUCTION OF TITANIUM DIOXIDE (Ti02) NANOPARTICLES WITH DESIRED RATIO OF ANATASE AND RUTILE
WO2020187377A1 (en) * 2019-03-19 2020-09-24 ACT.Global R&D ApS A transparent photocatalytic coating for in-situ generation of free radicals combating microbes, odors or organic compounds in visible light

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Banerjee A.N. "The design, fabrication, and photocatalytic utility of nanostructured semiconductors: focus on TiO2-based nanostructures", Nanotechnology, Science and Applications 2011, 4, 35-65. Tsutomu Umebayashi et al., "Analysis of electronic structures of 3d transition metal-doped TiO2 based on band calculations", Journal of Physics and Chemistry of Solids, Volume 63, Issue 10, 2002, Pages 1909-1920. *
Kuzmicheva G.M. et al., "Synthesis of Mn-sensitized TiO2 nanoparticles: influence of sequence of reagents on phase composition and photocatalytic activity", Journal of Nanoparticle Research, 2015, 17:406. *
Технология катализаторов / И. П. Мухленов, Е. И. Добкина, В. И. Дерюжкина, В. Е. Сороко; Под ред. Проф. И. П. Мухленова, 3-е изд., перераб. - Л.: Химия, 1989 - 272 с. И.М. Колесников. Катализ в газонефтяной отрасли.− М.: Издательство −2012. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Fagan et al. Improved high temperature stability of anatase TiO2 photocatalysts by N, F, P co-doping
Santhi et al. Synthesis and characterization of TiO2 nanorods by hydrothermal method with different pH conditions and their photocatalytic activity
Zhou et al. Photocatalytic degradation of Orange G using sepiolite-TiO2 nanocomposites: Optimization of physicochemical parameters and kinetics studies
Bellardita et al. Absolute crystallinity and photocatalytic activity of brookite TiO2 samples
Leong et al. Solar photocatalytic activity of anatase TiO2 nanocrystals synthesized by non-hydrolitic sol–gel method
Lal et al. Calcination temperature effect on titanium oxide (TiO2) nanoparticles synthesis
Sanoop et al. Synthesis of yttrium doped nanocrystalline ZnO and its photocatalytic activity in methylene blue degradation
Nakhate et al. Hydrothermally derived nanosized Ni-doped TiO2: a visible light driven photocatalyst for methylene blue degradation
Shirsath et al. Ultrasound assisted synthesis of doped TiO2 nano-particles: characterization and comparison of effectiveness for photocatalytic oxidation of dyestuff effluent
Shojaie et al. La3+ and Zr4+ co-doped anatase nano TiO2 by sol-microwave method
Nagaraj et al. Tuning the optical band Gap of pure TiO2 via photon induced method
Kim et al. Photocatalytic effects of rutile phase TiO2 ultrafine powder with high specific surface area obtained by a homogeneous precipitation process at low temperatures
Huang et al. Novel nitrogen-doped anatase TiO2 mesoporous bead photocatalysts for enhanced visible light response
KR20010085139A (en) Photocatalytic TiO2 powder with large specific surface area by homogeneous precipitation process at low temperature and method for manufacturing
WO2005087372A1 (en) Titanium oxide photocatalyst and method for preparation thereof
KR101146899B1 (en) Photocatalyst having titanium dioxide and a metal tungsten oxide junction structure and preparation method thereof
Cihlar et al. Biphasic anatase-brookite nanoparticles prepared by sol–gel complex synthesis and their photocatalytic activity in hydrogen production
Seo et al. Synthesis of TiO2 nanocrystalline powder by aging at low temperature
Kamalakkannan et al. Synthesis of InMoO3–TiO2 nanocomposite–photocatalysis of genotoxic dye multiapplication study
Akram et al. Low-temperature solution-phase route to sub-10 nm titanium oxide nanocrystals having super-enhanced photoreactivity
Pliekhov et al. Enhanced photocatalytic activity of carbon and zirconium modified TiO2
Verma et al. Phase modulation kinetics in TiO2 by manipulating pH: A dynamic of photoactivity at different combination of phase and pH
Goswami et al. A novel synthetic approach for the preparation of sulfated titania with enhanced photocatalytic activity
KR20150073532A (en) Manufacturing method of bimetallic transition metal doped titanium dioxide
RU2776582C1 (en) METHOD FOR OBTAINING PHOTOCATALYSTS ACTIVE IN THE VISIBLE RANGE OF THE SPECTRUM WITH NANOSCALE TITANIUM OXIDES WITH THE STRUCTURE OF ANATASE AND A MIXTURE OF ANATASE AND RUTILE DOPED WITH TRANSITION METALS (Ni, V, Ag, Cu, Mn)