КОМПОЗИЦИОННЫЙ ФИЛЬТР TiO2-SiO2-Ag НА СТЕКЛОТКАННОЙ ОСНОВЕ: СИНТЕЗ, ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ И АНТИБАКТЕРИАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА
Аннотация
Композитные пленки на основе каталитически активных форм диоксида титана, синтезированные на волокнистой структуре стеклоткани, являются перспективным решением для создания антибактериальных фильтров фотокаталитического окисления клеток микроорганизмов под воздействием излучения света видимой области спектра. Полученный в настоящей работе фильтр представляет собой многослойную композиционную пленку TiO2-SiO2-Ag, связанную с волокнами стеклотканного носителя. Этот материал обладает фотокаталитической активностью, обусловленной присутствием диоксида титана в анатазной фазе, который под воздействием светового излучения способен разлагать сорбированные на поверхности фильтра органические соединения и микроорганизмы. Особое внимание было уделено термическому анализу, в результате чего был определен оптимальный режим ступенчатой термической обработки материалов для получения необходимого фазового состава. Подобранный режим термообработки позволил повысить кристалличность анатазной фазы TiO2, что существенно повлияло на его оптические характеристики, такие как показатель преломления и энергию ширины запрещенной зоны. В работе продемонстрировано противомикробное действие материала TiO2-SiO2-Ag/стеклонить, тестируемого в качестве фильтра в процессе очистки воздуха. После применения данного материала в качестве фильтра удалось в значительной степени снизить количество колоний кишечной палочки, обнаруженных в смывах фильтра, достигая уровня 125 КОЕ м-3. Это свидетельствует о высокой окислительной способности фильтра по отношению к микроорганизмам и подтверждает его потенциал использования в области фотокаталитической очистки воздуха, авторы отмечают возможность применения разработанного материала в области водоочистки и обработки поверхностей, что обуславливает перспективность дальнейших исследований.
Для цитирования:
Бузаев А.А., Ткачук В.А., Лютова Е.С., Борило Л.П. Композиционный фильтр TiO2-SiO2-Ag на стеклотканной основе: синтез, физико-химические и антибактериальные свойства. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2024. Т. 67. Вып. 7. С. 63-71. DOI: 10.6060/ivkkt.20246707.7001.
Литература
Vijayan V.K., Paramesh H., Salvi S.S., Dalal A.A. En-hancing indoor air quality -The air filter advantage. Lung In-dia. 2015. V. 32. P. 473-479. DOI: 10.4103/0970-2113.164174.
Muscetta M., Russo D. Photocatalytic applications in wastewater and air treatment: a patent review. Catalysts. 2021. V. 11. P. 834. DOI: 10.3390/catal11070834.
Naseem T., Durrani T. The role of some important metal oxide nanopsrticles for wastewater and antibarterial applications: A rewiew. Environ. Chem. Ecotoxicol. 2021. V. 3. С. 59-75. DOI: 10.1016/j.enceco.2020.12.001.
Dmitry S., Kozlov D. Photocatalytic oxidation of diethyl sulfide vapor over TiO2-Based composite photoctalysts. Molecules. 2014. V. 19. P. 21424-21441. DOI: 10.3390/molecules191221424.
Solovyeva M.I., Selishchev D., Cherepanova S., Stepanov G., Zhuravlev E., Richter V., Kozlov D. Self-cleaning photoactive cotton fabric modified with nanocrystalline TiO2 for efficient degradation of volatile organic compounds and DNA contaminants. Chem. Eng. J. 2020. V. 388. 124167. DOI: 10.1016/j.cej.2020.124167.
Bakar F.A., Foad N.S.I.M. Synthesis of TiO2 photocatalyst with tunable optical properties and exposed facet for textile wastewater treatment. Results Optics. 2023. V. 13. 100545. DOI: 10.1016/j.rio.2023.100545.
Opra D.P., Sokolov A.A., Sinebryukhov S.L., Tkachenko I.A., Ziatdinov A.M., Gnedenkov S.V. Synthesis, electronic structure, and magnetic properties of nanocrystalline oxygendeficient TiO2–δ(B). ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2023. V. 66. N 1. P. 73-83. DOI: 10.6060/ivkkt.20236601.6666.
Arun J., Nachiappan S., Rangarajan G. Synthesis and application of titanium dioxide photocatalysis for energy, decontamination and viral disinfection: a review. Environ. Chem. Lett. 2023. V. 21. P. 339–362. DOI: 10.1007/s10311-022-01503-z.
Kolobov N.S., Svintsitskiy D.A., Kozlova E.A., Selishchev D.S., Kozlov D.V. UV-LED photocatalytic oxidation of car-bon monoxide over TiO2 supported with noble metal nanoparticles. Chem. Eng. J. 2017. V. 314. P. 600-611. DOI: 10.1016/j.cej.2016.12.018.
Korovin E., Selishchev D., Besov A., Kozlov D. UV-LED TiO2 photocatalytic oxidation of acetone vapor: Effect of high frequency controlled periodic illumination. Appl. Catal. B: Environ. 2015. V. 163. P. 143-149. DOI: 10.1016/j.apcatb.2014.07.034.
Brichkov A.S., Shamsutdinova A.N., Chalipova O.S., Rogacheva A.O., Larina T.V., Glazneva T.S., Cherepanova S.V., Paukshtis E.A., Buzaev A.A., Kozik V.V. Preparation of a fiberglass-supported Ni-Si-Ti oxide catalyst for oxidation of hydrocarbons: effect of SiO2. J. Chem. Technol. Biotechnol. 2019. V. 94. P. 1–7. DOI: 10.1002/jctb.6167.
Pristinski D., Kozlovskaya V., Sukhishvili S.A. Determination of film thickness and refractive index in one measurementof phase-modulated ellipsometry. J. Opt. Soc. Am. A. 2006. V. 23. P. 2639-2644. DOI: 10.1364/josaa.23.002639.
Tikhonov V.V., Nikolaeva O.V. Pilgun P.А. Estimation of microorganism abundance in the air of public transportation in Moscow in winter. Urban Res. Pract. 2020. V. 3. P. 36-47. DOI: 10.17323/usp33201836-47.
Kubiak A., Bielan Z., Bartkowiak A., Gabala E. Synthesis of dioxide via surfactant – assisted nicrowave method for photocatalytic and dyesensitized solar calls applications. Catalysts. 2020. V. 10. P. 586. DOI: 10.3390/catal10050586.
Buzaev A.A., Zharkova V.V., Kozik V.V. Synthesis of stable sols based on TiO2, SiO2 and Ag+ ions for thin film coatings with photocatalytic properties. Bull. Univ. Technol. 2021. V. 24. P. 5559. DOI: 10.1088/1742-6596/1989/1/012019.
Momeni M. Saghafian H. Golestani-Fard F. Barati N. Khanahmadi A. Effect of SiO2 addition on photocatalytic activity, water contact angle and mechanical stability of visible light activated TiO2 thin films applied on stainless steel by a sol gel method. Appl. Surf. Sci. 2016. V. 392. P. 80-87. DOI: 10.1016/j.apsusc.2016.08.165.
Pham T.L., Nguyen T.N., Bui V.S., Nguyen A.S., Dao T.H., Nguyen T.T., Le T.M.H., Nguyen M.N., Vu Ph.L., Tran D.L. Synthesis and study of Ag-TiO2 nanoparticles for application in self-cleaning fabrics. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2024. V. 67. N 1. P. 128-135. DOI: 10.6060/ivkkt.20246701.6962.
Randall M., Manov G., Brown O. The Decomposition of Silver Nitrite. J. Am. Chem. Soc. 2020. V. 60. P. 694–697. DOI: 10.1021/ja01270a055.
Tobaldi D. Tucci A., Skapin A. Esposito L. Effects of SiO2 Addition on TiO2 Crystal Structure and Photocatalytic Activi-ty. J. Eur. Cer. Soc. 2010. V. 30. P. 2481-2490. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2010.05.014.
Lui W.-L., Lin F.-C., Yang Y.-C., Haung C.-H., Huang J.-S. The influence of shell thickness of Au-TiO2 core-ahell nanoparticles on the plasmonic enhancementeffect in dye-sensitized solar cell. Nanoscale. 2013. V. 5. DOI: 10.1039/ c3nr02800c.
Chemin J.-B., Bulou S., Baba K., Fortaine C., Sindzingre T., Boscher N.D., Choquet P. Transparent anti-fogging and self-cleaning TiO2/SiO2 thin films on polymer substrates using atmospheric plasma. Sci. Rep. 2018. 8. 9603. DOI: 10.1038/s41598-018-27526-7.
Kirler G.T. Bishell A., Cappellazzi J., Palmer F., Bechle N., Lebow P., Lebow S. Role of Leaf litter in above-ground wood decay. Microorganisms. 2022. V. 8. 696. DOI: 10.3390/ microorganisms8050696
Aluko O., Noll K.E. Deposition and suspension of large, airbone practices. Aerosol Sci. Technol. 2006. V. 40. P. 503-513. DOI: 10.1080/02786820600664152.
