СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЛОИСТЫХ ФОТОКАТАЛИЗАТОРОВ НА ОСНОВЕ КОМПОЗИЦИЙ МОДИФИЦИРОВАННОГО ДИОКСИДА ТИТАНА
Аннотация
В данной работе представлен метод получения слоистых структур Ag-SiO2-TiO2/TiO2-Ag, имеющих сферическую форму и диаметр частиц в диапазоне 200-600 мкм. Эти структуры также обладают мезопорами размером от 2 до 25 нм, что значительно увеличивает их активную поверхность и, как следствие, каталитическую активность. Синтез осуществляется с использованием сочетания золь-гель и темплатного методов, что позволяет добиться высокой однородности и контролируемости получаемых материалов. Методом термического анализа был подобран температурный режим отжига образцов, при котором сохраняется сферическая форма частиц: при скорости нагрева 10 °С/мин при 220 °С - 30 мин, 360 °С - 30 мин, 500 °С - 30 мин. Для комплексного анализа характеристик созданных материалов использовались различные методы, включая рентгенофазовый и микрорентгеноспектральный анализ, рентгеноструктурный микроанализ и сканирующую электронную спектроскопию. Эти методы позволяют подробнее изучить структуру и физико-химические свойства катализаторов. Фазовый состав полученных образцов представлен диоксидом титана в анатазной мадификации и частицами серебра. Оценка фотокаталитических свойств проводилась на основе разложения метилового оранжевого в модельной реакции окисления под воздействием светового излучения. Полная деструкция метилового оранжевого на поверхности полученных образцов Ag-SiO2-TiO2/TiO2-Ag достигается в течение 2 ч. Полученные результаты показали, что сферические слоистые структуры Ag-SiO2-TiO2/TiO2-Ag демонстрируют высокую эффективность в процессах фотоокисления, что открывает новые перспективы для их применения в области экологии, очистки сточных вод и различных промышленных процессов.
Для цитирования:
Бузаев А.А., Ткачук В.А., Старицына Д.Н., Гандыбина С.В., Борило Л.П. Способ получения слоистых фотокатализаторов на основе композиций модифицированного диоксида титана. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2025. Т. 68. Вып. 4. С. 49-58. DOI: 10.6060/ivkkt.20256804.7143.
Литература
Lv Z., Shang W. Impacts of intelligent transportation systems on energy conservation and emission reduction of transport systems: A comprehensive review. Green Technol. Sustain. 2023. V. 1. P. 100002. DOI: 10.1016/j.grets.2022.100002.
Ogunkunle O., Ahmed N.A. Overview of Biodiesel Combustion in Mitigating the Adverse Impacts of Engine Emissions on the Sustainable Human–Environment Scenario. Sustainability. 2021. V. 13. P. 5465. DOI: 10.3390/su13105465.
Khodaparastan M., Mohamed A.A., Brandauer W. Recuperation of regenerative braking energy in electric rail transit systems. IEEE Transact. Intel. Transport. Syst. 2018. V. 20. P. 2831-2847. DOI: 10.48550/arXiv.1808.05938.
Ren H., Koshy P., Chen W.-F, Qi S., Sorrell C.C. Photo-catalytic materials and technologies for air purification. J. Hazard. Mater. 2017. V. 325. P. 340-366. DOI: 10.1016/ j.jhazmat.2016.08.072.
Tee G.T., Gok X.Y., Yong W.F. Adsorption of pollutants in wastewater via biosorbents, nanoparticles and magnetic biosorbents: A review. Environ. Res. 2022. V. 212. P. 113248. DOI: 10.1016/j.envres.2022.113248.
Zhu L., Shen D., Luo K.H. A critical review on VOCs adsorption by different porous materials: Species, mecha-nisms and modification methods. J. Hazard. Mater. 2020. V. 289. P. 122102. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2020.122102.
Bui V.K.H., Nguyen T.N., Tran V.V., Hur J., Kim I.T., Park D., Lee Y-C. Photocatalytic materials for indoor air purifi-cation systems: An updated mini-review. Environ. Technol. Innovat. 2017. V. 22. P. 101471. DOI: 10.1016/j.eti.2021.101471.
Mamaghani A.L., Haghighat F., Lee C-S. Photocatalytic oxidation technology for indoor environment air purification: The state-of-thear. Appl. Catal. B: Environ. 2017. V. 203. P. 247-269. DOI: 10.1016/j.apcatb.2016.10.037.
Xiong L., Tang J. Strategies and Challenges on Selectivity of Photocatalytic Oxidation of Organic Substances. Adv. Energy Mater. 2021. V. 11. P. 2003216. DOI: 10.1002/aenm.202003216.
Kang X., Liu S., Dai Z., He Y., Song X., Tan Z. Titanium Dioxide: From Engineering to Applications. Catalysts. 2019. V. 9. P. 191. DOI: 10.3390/catal9020191.
Li R., Li T., Zhou Q. Impact of Titanium Dioxide (TiO2) Modification on Its Application to Pollution Treatment-A Review. Catalysts. 2020. V. 10. P. 804. DOI: 10.3390/catal10070804.
Lettieri S., Pavone M., Fioravanti A., Santamaria Amato, L., Maddalena P. Charge Carrier Processes and Optical Properties in TiO2 and TiO2-Based Heterojunction Photo-catalysts: A Review. Materials. 2021. V. 14. P. 1645. DOI: 10.3390/ma14071645.
Ahmed R.M., Hasan I. A review on properties and applications of TiO2 and associated nanocomposite materials. Mater. Today: Proc. 2023. V. 81. P. 1073-1078. DOI: 10.1016/j.matpr.2021.04.381.
Yang H., Yang B., Chen W., Yang J. Preparation and Photocatalytic Activities of TiO2-Based Composite Cata-lysts. Catalysts. 2022. V. 12. P. 1263. DOI: 10.3390/catal12101263.
Nasirian M., Lin Y.P., Bustillo-Lecompte C.F., Mehrvar M. Enhancement of photocatalytic activity of titanium dioxide using non-metal doping methods under visible light: a review. Int.. J.Environ. Sci. Technol. 2018. V. 15. P. 2009-2032. DOI: 10.1007/s13762-017-1618-2.
Deng Y., Chen M., Chen G., Zou W., Zhao Y., Zhang H., Zhao Q. Visible–Ultraviolet Upconversion Carbon Quantum Dots for Enhancement of the Photocatalytic Activity of Titanium Dioxide. ACS Omega. 2021. V. 6. P. 4247-4254. DOI: 10.1021/acsomega.0c05182.
Jeon J.-P., Kweon D.H., Jang B.J., Ju M.J., Baek J.-B. Enhancing the Photocatalytic Activity of TiO2 Catalysts. Adv. Adv. Sustain. Syst. 2020. V. 4. P. 2000197. DOI: 10.1002/adsu.202000197.
Kumar A., Choudhary P., Kumar A., Camargo P.H.C., Krishnan V. Recent Advances in Plasmonic Photocataly-sis Based on TiO2 and Noble Metal Nanoparticles for Energy Conversion, Environmental Remediation, and Organic Synthesis. Small. 2022. V. 18. P. 2101638. DOI: 10.1002/smll.202101638.
Montoya A.T., Gillan E.G. Enhanced Photocatalytic Hydrogen Evolution from Transition-Metal Surface-Modified TiO2. ACS Omega. 2018. V. 8. P. 2947-2955. DOI: 10.1021/acsomega.7b02021.
Salomatina E.V., Fukina D.G., Koryagin A.V., Titaev D.N., Suleimanov E.V., Smirnova L.A. Preparation and photo-catalytic properties of titanium dioxide modified with gold or silver nanoparticles. J. Environ. Chem. Eng. 2021. V. 9. P. 106078. DOI: 10.1016/j.jece.2021.106078.
Jung H.-Y., Yeo I.-S., Kim T.-U., Ki H.-C., Gu H.-B. Surface plasmon resonance effect of silver nanoparticles on a TiO2 electrode for dyesensitized solar cells. Appl. Surf. Sci. 2018. V. 432. P. 266-271. DOI: 10.1016/j.apsusc.2017.04.237.
Low J., Qiu S., Xu D., Jiang C., Cheng B. Direct evidence and enhancement of surface plasmon resonance ef-fect on Agloaded TiO2 nanotube arrays for photocatalytic CO2 reduction. Appl. Surf. Sci. 2018. V. 434. P. 423-432. DOI: 10.1016/j.apsusc.2017.10.194.
Kozlov D.A., Lebedev V.A., Polyakov A. Yu., Khazova K.M., Garshev A.V. The microstructure effect on the Au/TiO2 and Ag/TiO2 nanocomposites photocatalytic activity. Nanosystems: Phys. Chem. Math. 2018. V. 9. P. 266-278. DOI: 10.17586/2220-8054-2018-9-2-266-278.
Kojima T., Sugimoto H., Fujii M. Size-Dependent Photo-catalytic Activity of Colloidal Silicon Quantum Dot. J. Phys. Chem. 2018. V. 122. P. 1874-1880. DOI: 10.1021/acs.jpcc.7b10967.
Molinari R., Lavorato C., Argurio P. Visible-Light Photocatalysts and Their Perspectives for Building Photocatalytic Membrane Reactors for Various Liquid Phase Chemical Conversions. Catalysts. 2020. V. 10. P. 1334. DOI: 10.3390/catal10111334.
Alalm M.G., Djellabi R., Meroni D., Pirola C., Bianchi C.L., Boffito D.C. Toward Scaling-Up Photocatalytic Pro-cess for Multiphase Environmental Applications. Cata-lysts. 2021. V. 11. P. 562. DOI: 10.3390/catal11050562.
Zharkova V.V., Bobkova L.A., Bektimirova C.A., Kozik V.V. Sorption of Cobalt(II) and Copper(II) Ions by Highly Cross-Linked Carboxyl Cation Exchangers from Natural ) Ions by Highly Cross Salt Background. Adv. Mater. Res. 2015. V. 1085. P. 68-73.
Rogacheva A.O., Buzaev A.A., Brichkov A.S., Kha-lipova O.S., Klestov S.A., Paukshtis E.A., Kozik V.V. Catalically ac-tive composite material based on TiO2/Cr2O3 hollow spherical particles. Kinet. Catal. 2019. V. 60. P. 484-489. DOI: 10.1134/S002315841904013X.
Buzaev A.A., Zharkova V.V., Kozik V.V. Synthesis of stable sols based on TiO2, SiO2 and Ag+ ions for obtaining thin-film coatings with photo-catalytic properties. Vestn. Tekhnol. Univ. 2021. V. 24. Iss. 6. P. 55-59 (in Russian).
Tkachuk V.A., Lyutova E.S., Buzaev A.A., Borilo L.P., Spivakova L.N. Obtaining of TiO2-SiO2-P2O5/ZnO composites, investigation of their properties and possibility of application as a biomaterial. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2024. V. 67. N 5. P. 70-76 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20246705.6953.
Buzaev A.A., Tkachuk V.A., Lyutova E.S., Borilo L.P. Study of antibacterialproperties of A TiO2-SiO2-Ag com-posite filter on a glass fabric base. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2024. V. 67. N 7. P. 63-71 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20246707.7001.
