СИНТЕЗ И ФОТОКАТАЛИТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОКСИДА ЦЕРИЯ В РАЗЛОЖЕНИИ 2,4-D: ВЛИЯНИЕ МЕТОДОВ СИНТЕЗА
Аннотация
Оксид церия (IV) (CeO2) был синтезирован тремя различными методами: гидротермальным синтезом с водным растворителем и агентом OH-, гидротермальным синтезом с этаноловым растворителем и сольвотермальным синтезом со смесью органических растворителей. Синтезированные материалы были охарактеризованы с использованием ряда передовых техник, включая трансмиссионную электронную микроскопию (TEM), рентгеновскую дифракцию (XRD), рентгеновскую фотоэлектронную спектроскопию (XPS) и диффузно-отражательную спектроскопию в ультрафиолетовой и видимой областях (UV-Vis DRS). Фотокаталитическая активность синтезированных материалов CeO2 была оценена путем разложения 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты (2,4-D), распространенного гербицида. Результаты показали, что CeO2, синтезированный гидротермальным методом с этаноловым растворителем, имел наименьший размер частиц, варьирующийся от 35 нм до 55 нм. Этот малый размер частиц является благоприятным для фотокаталитических применений, так как обеспечивает большую площадь поверхности для каталитических реакций. Следовательно, этот материал CeO2 продемонстрировал хорошую фотокаталитическую активность, достигнув эффективности разложения до 54,14% для 2,4-D. Более того, кинетические исследования процесса разложения проводились с использованием модели псевдопервого порядка на основе механизма Лэнгмюра-Хиншельвуда. Полученные результаты показали, что константы скорости разложения 2,4-D на катализаторах CeO2, синтезированных различными методами, были довольно схожими, что указывает на то, что метод синтеза в первую очередь влияет на размер частиц и поверхностные свойства, а не на внутреннюю каталитическую активность. Эти результаты подчеркивают важность оптимизации методов синтеза для повышения фотокаталитической эффективности материалов CeO2 для экологической ремедиации.
Для цитирования:
Нгуен Хоанг Хао, Фунг Тхи Лан, Нгуен Тхи Ким Занг, Као Хоанг Минь Чау, Нгуен Тхи Тху Ха Синтез и фотокаталитические свойства оксида церия в разложении 2,4-D: влияние методов синтеза. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2025. Т. 68. Вып. 4. С. 25-32. DOI: 10.6060/ivkkt.20256804.7128.
Литература
Fauzi A., Jalil A., Hassan N., Aziz F., Azami, Hussain I., Saravanan R., Vo D.V. A critical review on relationship of CeO2-based photocatalyst towards mechanistic degradation of organic pollutant. Chemosphere. 2022. V. 286. P. 131651. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2021.131651.
Galyamin D., Ernst L.M., Fitó-Parera A., Mira-Vidal G., Bastús N.G., Sabaté N., Puntes V. Nanoceria dissolution at acidic pH by breaking off the catalytic loop. Nanoscale. 2022. V. 14. N 38. P. 14223–14230. DOI: 10.1039/d2nr03586c.
Rajendran P., Muthuraj A., Rajagounder N.E. Review on CeO2-Based Corrosion Coatings. Trans. Indian Ceram. Soc. 2022. V. 81, N 4. P. 158–174. DOI: 10.1080/0371750x. 2022.2149623.
Cherkasova E.V., Cherkasova T.G. Physico-chemical characteristics of materials based on cerium and chromium lanthanoides. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2022. V. 65. N 10. P. 54-60 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20226510.6643.
Sun C., Li H., Zhang H., Wang Z., Chen L. Controlled synthesis of CeO2 nanorods by a solvothermal method. Nanotechnology. 2005. V. 16. N 9. P. 1454–1463. DOI: 10.1088/0957-4484/16/9/006.
Shlapa Y., Solopan S., Sarnatskaya V., Siposova K., Garcarova I., Veltruska K., Timashkov I., Lykhova O., Kolesnik D., Musatov A., Nikolaev V., Belous A. Cerium dioxide nanoparticles synthesized via precipitation at con-stant pH: Synthesis, physical-chemical and antioxidant properties. Colloids Surf. B Biointerfaces. 2022. V. 220. P. 112960. DOI: 10.1016/j.colsurfb.2022.112960ю
Mokkelbost T., Kaus I., Grande T., Einarsrud M.A. Combustion Synthesis and Characterization of Nanocrys-talline CeO2-Based Powders. Chem. Mater. 2004. V. 16. N 25. P. 5489–5494. DOI: 10.1021/cm048583p.
Fudala A.S., Salih W.M., Alkazaz F.F. Synthesis different sizes of cerium oxide CeO2 nanoparticles by using different concentrations of precursor via sol–gel method. Mater. Today Proc. 2022. V. 49. P. 2786–2792. DOI: 10.1016/j.matpr.2021.09.452.
Walton R.I. Solvothermal synthesis of cerium oxides. Prog. Cryst. Growth Charact. Mater. 2011. V. 57. N 4. P. 93–108. DOI: 10.1016/j.pcrysgrow.2011.10.002.
Zang C., Zhang X., Hu S., Chen F. The role of exposed facets in the Fentonlike reactivity of CeO2 nanocrystal to the Orange II. Appl. Catal. B: Environ. 2017. V. 216. P. 106–113. DOI: 10.1016/j.apcatb.2017.05.068.
Tsunekawa S., Fukuda T., Kasuya A. X-ray photoelectron spectroscopy of monodisperse CeO2−x nanoparticles. Surf. Sci. 2000. V. 457. N 3. P. L437–L440. DOI: 10.1016/s0039-6028(00)00470-2.
Cai W., Chen F., Shen X., Chen L., Zhang J. Enhanced catalytic degradation of AO7 in the CeO2–H2O2 system with Fe3+ doping. Appl. Catal. B: Environ. 2010. V. 101. N 1–2. P. 160–168. DOI: 10.1016/j.apcatb.2010.09.031.
Yang L., Kruse B. Revised Kubelka–Munk theory I Theory and application. J. Opt. Soc. Am. A Opt. Image Sci. Vis. 2004. V. 21. N 10. P. 1933. DOI: 10.1364/josaa.21.001933.
Ahmed S.H., Bakiro M., Aljasmi F.I.A., Albreiki A.M.O., Bayane S., Alzamly A. Investigation of the band gap and photocatalytic properties of CeO2/rGO composites. Mol. Catal. 2020. V. 486. P. 110874. DOI: 10.1016/j.mcat.2020.110874.
Abdennouri M., Elhalil A., Farnane M., Tounsadi H., Mahjoubi F.Z., Elmoubarki R., Sadiq M., Khamar L., Galadi A., Baalala M., Bensitel M., El hafiane Y., Smith A., Barka N. Photocatalytic degradation of 2,4-D and 2,4-DP herbicides on Pt/TiO2 nanoparticles. J. Saudi Chem. Soc. 2015. V. 19. P. 485-493. DOI: 10.1016/j.jscs.2015.06.007.
Del Ángel-Sanchez K., Vázquez-Cuchillo O., Aguilar-Elguezabal A., Cruz-López A., Herrera-Gómez A. Pho-tocatalytic degradation of 2,4-dichlorophenoxyacetic acid under visible light: Effect of synthesis route. Mater. Chem. Phys. 2013. V. 139. P. 423-430. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2013.01.009.
Karimipour Z., Yengejeh R.J., Haghighatzadeh A., Mohammadi M.K., Rouzbahani M.M. Photocatalytic Degra-dation of 2,4-Dichlorophenoxy acetic Acid Using Fe2O3/CeO2/Ag Composite Nanoparticles under Ultraviolet Irradiation. J. Environ. Health Res. 2021. V. 9. P. 191-200. DOI: 10.32598/JAEHR.9.3.1190.
Mehrabadi Z., Faghihian H. Clinoptilolite modified with TiO2 for simultaneous elimination of two herbicides; 2,4-D and MCPA by UV and sunlight-assisted photocatalytic degradation. Mater. Res. Bull. 2019. V. 119. P. 110569. DOI: 10.1016/j.materresbull.2019.110569.
Lee K.M., Abdullah A.H. Synthesis and characterization of zinc oxide/maghemite nanocomposites: Influence of heat treatment on photocatalytic degradation of 2,4-dichlorophenoxyacetic acid. Mater. Sci. Semicond. Pro-cess. 2015. V. 30. P. 298-306. DOI: 10.1016/j.mssp.2014.10.017.
Bian X., Chen J., Ji R. Degradation of 2,4-Dichlorophenoxyacetic Acid (2,4-D) by Novel Photocatalytic Material of Tourmaline-Coated TiO2 Nanoparticles: Kinetic Study and Model. Materials. 2013. V. 6. N 4. P. 1530–1542. DOI: 10.3390/ma6041530.
Ovchinnikov N.L., Vinogradov N.M., Gordina N.E., Butman M.F. Application of activating influences in obtaining TiO2-pillared montmorillonitewith improved photocatalytic properties. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2023. V. 66. N 5. P. 59-71 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20236605.6798.
Lan P.T., Hao N.H., Cam L.M. Study on the Synthesis and Photocatalytic Performance of Modified TiO2 Sup-ported by g‐C3N4 in the Degradation of 2,4‐Dichlorophenoxyacetic Acid. Chem. Select. 2024. V. 9. N 12. e202305026. DOI: 10.1002/slct.202305026.
Lan P.T., Hao N.H., Hieu N.T., Ha N.T.T., Brown C.T., Cam L.M. Graphitic carbon nitride supported silver nano-particles (AgNPs/g-C3N4): synthesis and photocatalytic behavior in the degradation of 2,4-dichlorophenoxyacetic ac-id. RSC Adv. 2024. V. 14. N 27. P. 19014–19028. DOI: 10.1039/d4ra02658f.
