ПОЛУЧЕНИЕ В ТЛЕЮЩЕМ РАЗРЯДЕ НА ПОВЕРХНОСТИ ЦЕОЛИТОВ ОКСИДОВ ЦИНКА И МЕДИ ДЛЯ РАЗЛОЖЕНИЯ МЕТИЛЕНОВОГО СИНЕГО
Аннотация
Представлен новый метод получения сложных оксидов меди и цинка на поверхности цеолита марки NaX. Цеолиты погружали в водный раствор нитратов меди, цинка и их смеси (50:50) на несколько часов, после чего сушили в течение 1 сут. Цеолиты, покрытые нитратами, обрабатывали тлеющим разрядом атмосферного давления воздуха в течение 10 мин. Во время плазменной обработки изменялся цвет поверхности цеолитов. Изменение морфологии поверхности исследовали с помощью сканирующей электронной микроскопии. Показано, что на поверхности образуются сложные наноразмерные структуры, которые по данным энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии представляют собой оксиды меди и цинка. Определение удельной площади поверхности и распределения пор по размерам показало, что плазменная обработка цеолитов с нанесенными на них нитратами ведет к уменьшению площади микропор и уменьшению мезопор. Фотокаталитическая активность проверялась на примере разложения стандартного красителя метиленовый синий. Так облучение ультрафиолетовым светом раствора метиленового синего в течение 180 мин раствора без цеолита не показало никакого изменения оптической плотности растворов, как и исследования, проведенные в условиях отсутствия какого-либо светового излучения. Показано, что после 180 мин воздействия света на раствор метиленового синего разложилось 70,3% красителя на цеолите с оксидом меди и 83,8 на цеолите с оксидом цинка. Наилучшие результаты показали образцы с цеолитами, покрытыми комплексным оксидом меди и цинка, где фоторазложение составило 87,9% за 180 мин облучения ультрафиолетовым светом.
Для цитирования:
Смирнова К.В., Лебедев Ю.А. Получение в тлеющем разряде на поверхности цеолитов оксидов цинка и меди для разложения метиленового синего. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2025. Т. 68. Вып. 9. С. 75-82. DOI: 10.6060/ivkkt.20256809.7118.
Литература
Krishnan A., Swarnalal A., Das D., Krishnan M., Saji V.S., Shibli S.M.A. A review on transition metal oxides based photocatalysts for degradation of synthetic organic pollutants. J. Environ. Sci. 2024. V. 139. P. 389–417. DOI: 10.1016/j.jes.2023.02.051.
Guschin A.A., Grinevich V.I., Kvitkova E.Yu., Gusev G.I., Shutov D.A., Ivanov A.N., Manukyan A.S., Rybkin V.V. Gas discharges as a tool for cleaning gas and solution mediums and synthesis of inorganic materials. Chem-ChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2023. V. 66. N 7. P. 120–131. DOI: 10.6060/ivkkt.20236607.6835j.
Kunin A.V., Ilyin A.A., Morozov L.N., Smirnov N.N., Nikiforova T.E., Prozorov D.A., Rumyantsev R.N., Af-ineevskiy A.V., Borisova O.A., GrishinI.S., Veres K.A., Kurnikova A.A., Gabrin V.A., Gordina N.E. Catalysts and adsorbents for conversion of natural gas, fertilizers production, purification of technological liquids. Chem-ChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2023. V. 66. N 7. P. 132–150. DOI: 10.6060/ivkkt.20236607.6849j.
Ahuja P., Ujjain S.K., Kanojia R., Attri P. Transition metal oxides and their composites for photocatalytic dye degradation. J. Compos Sci. 2021. V. 5. N 3. P. 1–27. DOI: 10.3390/jcs5030082.
Didziulis S.V., Butcher K.D., Cohen S.L., Solomon E.I. Chemistry of copper overlayers on zinc oxide single-crystal surfaces: Model active sites for cu/zno methanol synthesis catalysts. J. Am. Chem. Soc. 1989. V. 111. N 18. P. 7110–7123. DOI: 10.1021/ja00200a033.
Yurieva T.M., Minyukova T.P. State of copper in Cu-Zn-Al oxide catalysts for methanol synthesis. React. Kinet. Catal. Lett. 1985. V. 29(1). P. 55–61. DOI: 10.1007/BF02067949.
Marcos F.C.F., Cavalcanti F.M., Petrolini D.D. Effect of operating parameters on H2/CO2 conversion to methanol over Cu-Zn oxide supported on ZrO2 polymorph catalysts: Characterization and kinetics. Chem. Eng. J. 2022. V. 427. P. 130947. DOI: 10.1016/j.cej.2021.130947.
Indarto A. Methanol synthesis from methane and oxygen with [Ga Cr]/Cu-Zn-Al catalyst in a dielectric barrier dis-charge. Ionics. 2014. V. 20. N 3. P. 445–449. DOI: 10.1007/s11581-014-1077-4.
Feliz M.Q., Polaert I., Ledoux A., Fernandez C., Azzolina-Jury F. Influence of ionic conductivity and dielectric constant of the catalyst on DBD plasma-assisted CO2 hydrogenation into methanol. J. Phys. D: Appl. Phys. 2021. V. 54. N 33. P. 334003. DOI: 10.1088/1361-6463/abfddd.
Yu Z., Moussa H., Liu M. Development of photocatalyti-cally active heterostructured MnO/ZnO and CuO/ZnO films via solution precursor plasma spray process. Surf. Coat. Technol. 2019. V. 371. P. 107–116. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2019.02.053.
Mardikar S.P., Kulkarni S., Adhyapak P.V. Sunlight driven highly efficient degradation of methylene blue by CuO-ZnO nanoflowers. J. Environ. Chem. Eng. 2020. V. 8. N 2. P. 102788. DOI: 10.1016/j.jece.2018.11.033.
Khan I., Saeed K., Zekker I. Review on Methylene Blue: Its Properties, Uses, Toxicity and Photodegradation. Water. 2022. V. 14. N 2. P. 242. DOI: 10.3390/w14020242.
Reda S.M., El-Sherbieny S.A. Dyesensitized nanocrystalline CdS and ZnS solar cells with different organic dyes. J. Mater. Res. 2010. V. 25. N 3. P. 522–528. DOI: 10.1557/jmr.2010.0077.
Zhang Y., An Y., Wu L. Metal-free energy storage sys-tems: Combining batteries with capacitors based on a methylene blue functionalized graphene cathode. J. Ma-ter. Chem. A. 2019. V. 7. N 34. P. 19668–19675. DOI: 10.1039/c9ta06734e.
González-Fernández E., Staderini M., Marland J.R.K. In vivo application of an implantable trianchored meth-ylene blue-based electrochemical pH sensor. Biosens. Bioelectrons. 2022. V. 197. P. 113728. DOI: 10.1016/j.bios.2021.113728.
Rahimnejad M., Najafpour G.D., Ghoreyshi A.A., Shakeri M., Zare H. Methylene blue as electron promoters in microbial fuel cell. Internat. J. Hydrogen Energy. 2011. V. 36. N 20. P. 13335–13341. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2011.07.059.
Khalid R., Najeeb J., Hussain Z. Fundamentals and photocatalysis of methylene blue dye using various nanocatalytic assemblies- a critical review. J. Clean. Prod. 2021. V. 298. P. 126567. DOI: 10.1016/j.jclepro.2021.126567.
Houas A., Lachheb H., Ksibi M., Elaloui E., Guillard C., Herrmann J.M. Photocatalytic degradation pathway of methylene blue in water. Appl. Catal. B: Environ. 2001. V. 31. N 2. P. 145–157. DOI: 10.1016/S0926-3373(00)00276-9.
Malwal D., Gopinath P. Enhanced photocatalytic activity of hierarchical three dimensional metal oxide@CuO nanostructures towards the degradation of Congo red dye under solar radiation. Catal. Sci. Technol. 2016. V. 6. N 12. P. 4458–4472. DOI: 10.1039/c6cy00128a.
Jung S., Yong K. Fabrication of CuO-ZnO nanowires on a stainless steel mesh for highly efficient photocatalytic applications. Chem. Commun. 2011. V. 47. N 9. P. 2643–2645. DOI: 10.1039/c0cc04985a.
Altomare A., Corriero N., Cuocci C., Falcicchio A., Moliterni A., Rizzi R. QUALX2.0: A qualitative phase analysis software using the freely available database POW-COD. J. Appl. Crystallogr. 2015. V. 48. P. 598–603. DOI: 10.1107/S1600576715002319.
Gražulis S., Daškevič A., Merkys A. Crystallography Open Database (COD): An open-access collection of crys-tal structures and platform for world-wide collaboration. Nucleic Acids Res. 2012. V. 40(D1). P. 420–427. DOI: 10.1093/nar/gkr900.
Akarmazyan S.S., Panagiotopoulou P., Kambolis A., Papadopoulou C., Kondarides D.I. Methanol dehydration to dimethylether over Al2O3 catalysts. Appl. Catal. B: En-viron. 2014. V. 145. P.136–148. DOI: 10.1016/j.apcatb.2012.11.043.
Brunauer S., Emmett P.H., Teller E. Adsorption of Gases in Multimolecular Layers. J. Am. Chem. Soc. 1938. V. 60. N 2. P. 309–319. DOI: 10.1021/ja01269a023.
Olivier J.P. Modeling physical adsorption on porous and nonporous solids using density functional theory. J. Porous Mater. 1995. V. 2. N 1. P. 9–17. DOI: 10.1007/BF00486565.
Mondal S., De Anda Reyes M.E., Pal U. Plasmon induced enhanced photocatalytic activity of gold loaded hydroxy-apatite nanoparticles for methylene blue degradation under visible light. RSC Adv. 2017. V. 7. N 14. P. 8633–8645. DOI: 10.1039/C6RA28640B.
Pandey A., Kalal S., Ameta C., Ameta R., Kumar S., Punjabi P.B. Synthesis, characterization and application of naïve and nano-sized titanium dioxide as a photocatalyst for degradation of methylene blue. J. Saudi Chem. Soc. 2015. V. 19. N 5. P. 528–536. DOI: 10.1016/j.jscs.2015.05.013.
Salgado B.C.B., Valentini A. Evaluation of the photocatalytic activity of SiO2@TiO2 hybrid spheres in the degradation of methylene blue and hydroxylation of benzene: Kinetic and mechanistic study. Brazil. J. Chem. Eng. 2019. V. 36. N 4. P. 1501–1518. DOI: 10.1590/0104-6632.20190364s20190139.
Karunakaran C., Magesan P., Gomathisankar P., Vinayagamoorthy P. Photocatalytic degradation of dyes by Al2O3-TiO2 and ZrO2-TiO2 nanocomposites. Mater. Sci. Forum. 2013. V. 734. P. 325–333. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.734.325.
Cheng Z., Zhao S., Han L. A novel preparation method for ZnO/γ-Al2O3 nanofibers with enhanced absorbability and improved photocatalytic water-treatment performance by Ag nanoparticles. Nanoscale. 2018. V. 10. N 15. P. 6892–6899. DOI: 10.1039/c7nr09683f.
