Študija sorpcije barvil na titanovem dioksidu. Temeljne raziskave. Biti v naravi

Titanov dioksid. Lastnosti, uporaba. Metode pridobivanja.

Čisti titanov dioksid (TiO2) je brezbarvna kristalinična trdna snov. Čeprav je brezbarven, je titanov dioksid v velikih količinah izjemno učinkovit beli pigment, če je dobro prečiščen. TiO2 praktično ne absorbira vpadne svetlobe v vidnem delu spektra. Svetloba se bodisi prepušča ali lomi skozi kristal ali se odbija od površine.

TiO2 je stabilen (najbolj stabilen od vseh znanih belih pigmentov), ​​nehlapen, netopen v kislinah, alkalijah in raztopinah pod normalnimi pogoji. Za titanov dioksid je značilna visoka reakcijska odpornost na različne spojine, vključno s strupenimi, ki jih vsebuje zrak. Zaradi svoje inertnosti je titanov dioksid netoksičen in na splošno velja za zelo varno snov. Lahko pride v stik s pakiranimi živili, v določenih koncentracijah pa se lahko uporablja tudi kot barvilo za živila.

TiO2- polimorfen in se pojavlja v treh glavnih kristalnih oblikah. Obstajajo tri oblike, anataz (oktaedrit), rutil in brukit, slednji je v naravi redek in, čeprav se pripravlja v laboratorijih, ni komercialnega pomena.

Rutil dioksid je približno 30 % boljši pri sipanju svetlobe (pokrivnost) kot anataz dioksid, zato se slednji uporablja veliko manj pogosto. Poleg tega je anataz manj odporen na vremenske vplive kot rutil. Anataz veliko slabše deluje pri zaščiti polimera (akrilat, plastika) pred UV žarki in vodi do fotokatalize ter izgube lastnosti polimera (pojavi se uničenje, bledenje, kreda itd.).

Razpršilna moč

sposobnost pigmenta, da odbija svetlobo iz vidnega dela spektra pri določenih valovnih dolžinah. Ta indikator za titanov dioksid je neposredno odvisen od premera delcev TiO2. Pri velikosti delcev 0,2 µm je vsota razpršene svetlobe za vse valovne dolžine največja. Ko se velikost delcev poveča z 0,25 na 0,3 µm, se sipanje modre svetlobe hitro zmanjša. Toda razpršenost zelene in rdeče barve ostaja skoraj nespremenjena. Vendar pa je pri premeru delcev 0,15 µm največje modro sipanje, medtem ko je rdeče in zeleno sipanje bistveno manjše.

Zmogljivost olja

To je sposobnost pigmentnih delcev, da na svoji površini zadržijo določeno količino olja. Izražena je v gramih na 100 gramov pigmenta in se običajno giblje od 10 do 20.

Pokrivna moč

sposobnost pigmenta, da naredi barvo nevidno, če je enakomerno porazdeljena po volumnu izvorni material. Pokrivnost je izražena v gramih pigmenta, potrebnega za nevidnost barve 1 m2 površine. Beli pigmenti zagotavljajo pokritost z razpršitvijo svetlobnih valovnih dolžin katere koli dolžine v vidnem spektru. Nižji kot je ta indikator, nižja je poraba titanovega dioksida v sestavi.

barva

lastnost teles, da povzročijo določen vidni občutek v skladu s spektralno sestavo in jakostjo vidnega sevanja, ki ga odbijajo ali oddajajo. Za suh titanov dioksid je značilna visoka svetlost, belina in njegova odbojnost je blizu idealnemu difuzorju.

Svetlobna obstojnost

lastnost materiala, da ohrani barvo, ko je izpostavljen svetlobnim žarkom. Izdelki, predvsem tisti za zunanjo uporabo, med uporabo spremenijo svojo prvotno barvo pod vplivom ultravijoličnih žarkov naravne svetlobe in umetnih svetlobnih virov, ki oddajajo ultravijolične žarke.

Odpornost na vremenske vplive

lastnost polimernih sestavkov, da se uprejo uničujočim učinkom sončne svetlobe, dežja, zmrzali, snega, vetra in drugih atmosferskih dejavnikov (na primer plinov in prahu, ki onesnažujejo nižje plasti ozračja).

Površinska obdelava je potrebna za povečanje odpornosti na zunanje vplive. Anorganski (Al2O3, SiO2) poveča odpornost delcev titanovega dioksida na kislinski napad, kar lahko vodi do uničenja pigmentnih delcev. Organska obdelava izboljša porazdelitev pigmentnih delcev po sestavi.

Fizikalne lastnosti titanovega dioksida

Čisti titanov dioksid je brezbarvna kristalna snov, ki ob segrevanju porumeni. V fino zdrobljenem stanju je bel prah. Praktično netopen v vodi in mineralnih kislinah, razen v fluorovodikovi in ​​koncentrirani žveplovi kislini. Tališče za rutil: 1870 °C. Vrelišče za rutil: 2500°C. Gostota pri 20°C za rutil: 4,235 g/cm3.

Kemijske lastnosti titanovega dioksida

Titanov dioksid je amfoteren oksid, kar pomeni, da ima tako kisle kot bazične lastnosti.

Počasi reagira s koncentrirano žveplovo kislino in se v njej raztopi, da nastane ustrezen sulfat:

TiO2+ 2H2SO4 = Ti(SO4)2 + 2H2O

Poleg tega se titanov dioksid postopoma raztopi koncentrirane raztopine alkalije, na primer v natrijevem hidroksidu, ki tvorijo titanate (derivati ​​titanske kisline):

TiO2 + 2NaOH = Na2TiO3+ H2O

Pri segrevanju titanovega dioksida v atmosferi amoniaka nastane titanov nitrid:

4TiO2 + 4NH3 = 4TiN + 6H2O + O2

Močni reducenti, kot so aktivne kovine (Ca, Mg, Na), ogljik ali vodik visoka temperatura Titanov dioksid se reducira v nižje okside. Pri segrevanju z ogljikom v atmosferi klora nastane titanov tetraklorid TiCl4 - ta tehnika se uporablja v industrijskem obsegu za čiščenje titana iz različnih vrst nečistoč.

Strupene lastnosti titanovega dioksida

Ker je titanov dioksid kemično inerten, je snov z nizko stopnjo nevarnosti. V telo lahko pride v obliki aerosola z vdihavanjem ali zaužitjem.

Aplikacije

Materiali za barve in lake:

dekorativne, arhitekturne barve; emulzijske polmat barve; emulzijske sijajne barve; temeljni premazi, podlage, kiti; Barve na osnovi topil – sijajne; mavčne raztopine; silikatne barve; premazi za lesne materiale; cementna malta za omet; industrijske barve; omet na osnovi sintetičnih smol; polimerni premazi; barve za popravila; drobnozrnate barve v prahu; uv / uv - strdljive barve; barve utrjene s kislinskim trdilcem; praškasti premazi; poliuretanski premazi; epoksi premazi; barve za cestne označbe; barve za pomorske premaze; visoko napolnjene barve; elektrolitične barve; tiskarske barve.

Plastika:

polivinilklorid visoke trdnosti (za notranje prostore); guma; termoplastičen; termoreaktivna plastika; Umetne snovi na osnovi nenasičenih poliestrov; elastomeri, guma; talne obloge (linolej)

Papir in karton:

papirnate obloge; ozadje; parafinski papir; barvni papir

Sintetična vlakna/tkanine:

za matiranje zvitih vlaken

Kozmetika:

zobna pasta, milo itd.

Živilska industrija:

karamela, žvečilni gumi, sladkor v prahu in rafiniran sladkor, žabji kraki, piščančji, svinjski in goveji jeziki, odojki, moka, testo, sladkorna glazura, marmelade, milkshake, feta sir, sirotka, kondenzirano mleko, poljubni izdelki iz rib in morskih sadežev itd. d.

Farmacevtska industrija:

pigment titanov dioksid, visoke kemične čistosti, za visoko belilno in zakrivno delovanje v farmacevtskih izdelkih.

Tiskarska barva:

za povečanje odpornosti premazov na atmosferske vplive

katalizator:

Titanov dioksid se lahko uporablja kot katalizator, kot fotokatalizator in kot inerten keramični osnovni material za aktivne komponente.

Druga področja uporabe:

zaščita lesa (povečanje odpornosti proti vremenskim vplivom z optično filtracijo lesu škodljivega sončnega sevanja), polnilna guma, stekleni emajli, steklo in steklokeramika, elektrokeramika, čiščenje zraka, talila za varjenje, trde zlitine, kemični intermediati, materiali, ki vsebujejo titanov dioksid, primerni za uporabo pri visokih temperaturah (npr. protipožarna zaščita peči s prisilnim vlekom), analitična in eksperimentalna kromatografija tekočin, dekorativni beton (za belino cementne barve)

Glavne uporabe titanovega dioksida:

proizvajalci barv in lakov, zlasti titanovega belega - 57% celotne porabe (titanov dioksid modifikacije rutila ima višje pigmentne lastnosti - obstojnost na svetlobo, sposobnost beljenja itd.)

proizvodnja plastike - 21%

proizvodnja laminiranega papirja - 14 %

Druge uporabe titanovega dioksida so v proizvodnji izdelkov iz gume, proizvodnji stekla (toplotno odporno in optično steklo), kot ognjevzdržno sredstvo (prevleka varilnih elektrod in prevlek livarskih kalupov), v kozmetiki (milo itd.), v živilska industrija (aditiv za živila E171).

Titanov dioksid se lahko uporablja za izdelavo sončnih celic – transformacija sončna svetloba v elektriko; za proizvodnjo vodika; na področju elektronike za psevdokondenzatorje itd.

Metode pridobivanja

Pigmenti titanovega dioksida obstajajo v dveh oblikah - anataz in rutil in se proizvajajo po dveh tehnoloških shemah: sulfatni in klorni metodi.

V primerjavi s sulfatno kloridno metodo je bolj okolju prijazna in napredna zaradi zmožnosti izvajanja procesa v neprekinjenem načinu, kar pomeni popolno avtomatizacijo proizvodnje. Vendar pa je selektiven glede surovin, zaradi uporabe klora in visokih temperatur pa zahteva uporabo opreme, odporne proti koroziji.

Metoda s klorom:

Klorna metoda za proizvodnjo titanovega dioksida je, da je izhodna surovina (polizdelek) titanov tetraklorid. Titanov dioksid je mogoče pridobiti iz njega s hidrolizo ali zgorevanjem pri visokih temperaturah. Titanov tetraklorid hidrolizira pri segrevanju vodnih raztopin ali v plinski fazi pod vplivom vodne pare.

Sulfatna metoda:

Proizvodna tehnologija je sestavljena iz treh stopenj:

pridobivanje raztopin titanovega sulfata (z obdelavo koncentratov ilmenita z žveplovo kislino). Rezultat je zmes titanovega sulfata in železovih (II) in (III) sulfatov, pri čemer se slednji reducira s kovinskim železom do oksidacijskega stanja železo +2. Po predelavi se sulfatne raztopine ločijo od blata z bobnastimi vakuumskimi filtri. Železov(II) sulfat izločimo v vakuumskem kristalizatorju.

hidroliza raztopine soli titanovega sulfata.

Hidrolizo izvedemo z vnosom semen (pripravimo jih z obarjanjem Ti(OH)4 iz raztopin titanovega sulfata z natrijevim hidroksidom). Na stopnji hidrolize imajo nastali delci hidrolizata (hidrati titanovega dioksida) visoko adsorpcijsko sposobnost, zlasti glede na soli Fe3+, zaradi tega se na prejšnji stopnji železovo železo reducira v dvovalentno.

S spreminjanjem pogojev hidrolize (koncentracija, trajanje stopenj, število zarodkov, kislost itd.) je mogoče doseči izkoristek delcev hidrolizata z želenimi lastnostmi, odvisno od predvidene uporabe. toplotna obdelava hidratov titanovega dioksida. Na tej stopnji lahko s spreminjanjem temperature sušenja in uporabo dodatkov (kot so cinkov oksid, titanov klorid in z drugimi metodami) izvedemo rutilizacijo (to je prestrukturiranje titanovega oksida v modifikacijo rutila). Za toplotno obdelavo je rotacijski Uporabljajo se bobnaste peči dolžine 40-60 m. Med toplotno obdelavo izhlapeva voda (titanov hidroksid in hidrati titanovega oksida se pretvorijo v titanov dioksid), pa tudi žveplov dioksid.

Proizvodnja

titanov dioksid

V zadnjih letih proizvodnja titanovega dioksida na Kitajskem izjemno hitro narašča.

V svoji čisti obliki ga najdemo v naravi v obliki mineralov rutil, anataz in brukit (v strukturi imata prva dva tetragonalni sistem, drugi pa ortorombični sistem), pri čemer je glavni del rutil.

Tretje največje nahajališče rutila na svetu se nahaja v okrožju Rasskazovski v regiji Tambov. Velika nahajališča se nahajajo tudi v Čilu (Cerro Bianco), kanadski provinci Quebec in Sierra Leone.

V sodobnem svetu se industrija titana hitro razvija. Je vir velikega števila snovi, ki se uporabljajo v različnih panogah.

Značilnosti titanovega dioksida

Titanov dioksid ima veliko imen. Je amfoterni oksid štirivalentnega titana. Ima pomembno vlogo pri razvoju industrije titana. Le pet odstotkov titanove rude gre v proizvodnjo titanovega oksida.

Obstaja veliko število modifikacij titanovega dioksida. V naravi obstajajo kristali titana, ki imajo obliko romba ali štirikotnika.

Formula titanovega dioksida je predstavljena na naslednji način: TiO2.

Titanov dioksid se pogosto uporablja v različnih panogah. Kot tak je znan po vsem svetu aditivi za živila, kot E-171. Vendar pa ima ta komponenta številne negativne učinke, ki lahko kažejo, da je titanov dioksid škodljiv za človeško telo. Znano je, da ima ta komponenta belilne lastnosti. To je lahko dobro pri proizvodnji sintetičnih detergentov. Škoda za človeško telo zaradi tega prehranskega dopolnila predstavlja nevarnost za jetra in ledvice.

IN živilska industrija Obstaja možnost škode zaradi titanovega dioksida. V primeru prekomerne uporabe lahko izdelek pridobi nezaželen odtenek, ki bo potrošnike le odbil.

Titanovega dioksida je dovolj nizka raven toksičnost.

V interakciji z drugimi sestavinami katerega koli izdelka lahko postane strupen. Uporaba izdelkov z visoko vsebnostjo toksinov lahko povzroči zastrupitev ali celo smrt. Zato je zelo pomembno vedeti, s katerimi elementi ne smete uporabljati titanovega oksida.

Lastnosti titanovega dioksida

Titanov dioksid ima veliko število značilnih lastnosti. Določajo možnost njegove uporabe v različnih panogah. Titanov dioksid ima naslednje lastnosti:

• odlična stopnja beljenja različne vrste materiali,
• dobro deluje s snovmi, ki so namenjene tvorbi filma,
• odpornost na visoki ravni vlaga in okoljski pogoji,
• nizka stopnja toksičnosti,
• visoka stopnja odpornosti s kemičnega vidika.

Priprava titanovega dioksida

Letno se na svetu proizvede več kot pet milijonov ton titanovega dioksida. Za v zadnjem času Kitajska je močno povečala svojo proizvodnjo. Svetovni voditelji v proizvodnji te snovi so ZDA, Finska in Nemčija. Prav te države imajo velike možnosti za pridobitev te komponente. Izvažajo ga v različne države mir.

Titanov dioksid je mogoče pridobiti na dva glavna načina:

1. Proizvodnja titanovega dioksida iz koncentrata ilmenita.

V proizvodnih obratih je tako proces pridobivanja titanovega oksida razdeljen na tri stopnje. Pri prvem od njih se koncentrati ilmenita predelajo z žveplovo kislino. Posledično nastaneta dve komponenti: železov sulfat in titanov sulfat. Nato poveča stopnjo oksidacije železa. Posebni filtri ločujejo sulfate in blato. Na drugi stopnji se hidrolizirajo soli titanovega sulfata. Hidrolizo izvedemo z uporabo semen iz sulfatnih raztopin. Posledično nastanejo hidrati titanovega oksida. Na tretji stopnji se segrejejo na določeno temperaturo.

2. Proizvodnja titanovega dioksida iz titanovega tetraklorida.

Pri tej vrsti pridobivanja snovi obstajajo trije načini, ki so predstavljeni:

• hidroliza vodnih raztopin titanovega tetraklorida,
• hidroliza titanovega tetraklorida v parni fazi,
• toplotna obdelava titanovega tetraklorida.

Tabela. Proizvajalci titanovega dioksida.

Podjetje	Obseg proizvodnje, tisoč ton
DuPont Titanium Technologies	1150
National Titanium Dioxide Co	n/a
doo (Kristalno)	705
Huntsman pigmenti	659
Tronox, Inc.	642
Kronos Worldwide, Inc.	532
Sachtleben Chemie GmbH	240
Ishihara Sangyo Kaisha, Ltd	230

IN sodobni svet Titanov oksid se aktivno uporablja v različnih panogah.

Titanov dioksid ima naslednje namene:

• Proizvodnja barv in lakov. V večini primerov se na podlagi te komponente proizvaja titanovo belo.
• uporaba pri proizvodnji plastičnih materialov.
• proizvodnja laminiranega papirja,
• Proizvodnja kozmetičnih dekorativnih izdelkov.

Titanov oksid je našel tudi široko uporabo v prehrambeni industriji. Proizvajalci ga dodajajo svojim izdelkom kot eno od sestavin barvil za živila. V prehrambenih izdelkih ga praktično ni opaziti. Proizvajalci ga dodajajo minimalne količine tako da so njihovi izdelki bolje shranjeni in privlačnega videza.

REVIJA FIZIKALNE KEMIJE, 2015, letnik 89, št. 1, str. 133-136

FOTOKEMIJA IN MAGNETOKEMIJA

UDK 544.526.5+549.514.6.352.26

FOTOKATALITIČNA AKTIVNOST IN SORPCIJSKE LASTNOSTI KALCIJEVEGA MODIFICIRANEGA TITANOVEGA DIOKSIDA © 2015 T.A. Khalyavka, N.N. Tsyba, S.V. Kamyšan, E.I. Kapinus

Nacionalna akademija znanosti Ukrajine, Inštitut za sorpcijske in endoekološke probleme, Kijev

E-pošta: [e-pošta zaščitena] Prejeto v uredniku 5.2.2014

Sintetizirani so bili mezoporozni vzorci titanovega dioksida, modificiranega s kalcijem. Proučevali smo njihove strukturne, fotokatalitske in sorpcijske lastnosti. Ugotovljeno je bilo, da se modificirani vzorci razlikujejo od titanovega dioksida po svojih značilnostih in lastnostih: specifična površina in povprečni volumen por se povečata, povprečni radij por pa se zmanjša; poveča se fotokatalitska in sorpcijska aktivnost proti barvilom in dikromatnemu anionu.

Ključne besede: titanov dioksid, kalcij, fotokataliza, sorpcija, barvila, dikromatni anion. DOI: 10.7868/S0044453715010124

Pri fotokatalitski metodi čiščenja vodnih raztopin pred strupenimi snovmi se v večini primerov uporablja titanov dioksid, ki je poceni in nestrupen katalizator. Poleg tega ga je po končani reakciji mogoče enostavno ločiti od raztopine s filtracijo ali centrifugiranjem. Trenutno postajajo vse pomembnejše fotokatalitske metode za odstranjevanje škodljivih snovi iz vodnih raztopin s titanovim dioksidom.

Glavna pomanjkljivost tega fotokatalizatorja je njegova nezadostna aktivnost. Znano različne metode povečanje njegove fotoaktivnosti, na primer s povečanjem adsorpcije substrata ali povečanjem konstante kinetične hitrosti. Adsorpcijo je mogoče povečati s povečanjem specifične površine, kapacitete monosloja in prostornine por ter konstante kinetične hitrosti z ločevanjem nabojev in zmanjšanjem hitrosti rekombinacije para elektron-luknja.

Namen dela je pridobiti in proučiti vzorce titanovega dioksida, modificiranega s kalcijevim citratom, za katere je značilna visoka specifična površina, mezoporozna struktura in povečana fotokatalitska aktivnost v reakcijah razgradnje barvil in fotoredukcije bikromatnega aniona.

EKSPERIMENTALNO

Za pridobitev vzorcev titanovega dioksida, modificiranega s kalcijem po citratni metodi

Pripravljene so bile začetne mešanice: polimer tetrabutoksi titana (IV) (Aldrich) (3 g), citronska kislina (0,06 g), glicerin (2 ml), kot tudi dodatki kalcijevega klorida - 0,05 g, 0,1, 0,2, 0,5 in 1 g. , oziroma so dobljeni vzorci označeni kot 1Ca/1O2, 2Ca/1O2, 3Ca/1O2, 4Ca/1O2, 5Ca/1O2. Za pridobitev čistega titanovega dioksida smo vzeli isto mešanico, vendar brez dodatka soli kalcijevega klorida. Ta metoda sinteze omogoča enostavno spreminjanje razmerij komponent v vzorcih.

Zmesi smo 2 uri žgali pri 500 °C v prisotnosti atmosferskega kisika v žarilni peči pri hitrosti segrevanja 2 K/min. Po ohlajanju dobljene praške temeljito zmeljemo, dokler ne dobimo homogene mase.

Rentgensko fazno analizo smo izvedli na difraktometru DR0N-4-07 (Rusija) s Cu^ sevanjem (z bakrovo anodo in nikljevim filtrom) v odbitem žarku in registracijsko geometrijo po Breguet-Brentanu (2© = 10- 70°). Povprečna velikost kristalitov je bila določena z razširitvijo najintenzivnejšega pasu z uporabo Debye-Scherrerjeve enačbe: D = 0,9X/(B x cos©), kjer je 0,9 konstanta, X je valovna dolžina, nm. Velikosti kristalitov so bile določene iz najintenzivnejših vrhov, značilnih za anataz.

Specifično površino vzorcev 05ud), kot tudi porazdelitev por, smo določili z napravo Quantachrom NovaWin2. Specifično površino vzorcev (Ssp) smo določili z metodo Brunauer-Emmett-Teller (BET) z uporabo izoterm sorpcije-desorpcije dušika. Polmer por (R) in volumen por (V) sta bila izračunana iz desorpcijskih vej izoterm z uporabo metode Barret-Joyner-Halenda.

HALYAVKA itd.

riž. 1. Difrakcijski vzorci dobljenih vzorcev: 1 - TiO2, 2 - 3Ca/TiO2, 3 - 5Ca/TiO2. Za druge oznake glej besedilo.

riž. Slika 2. Izoterme sorpcije-desorpcije dušika, dobljene pri 20°C za vzorce: 1 - 5Ca/TiO2, 2 - 4Ca/TiO2, 3 - 3Ca/TiO2, 4 - TiO2.

Fotokatalitsko aktivnost smo proučevali na primeru modelnih reakcij destrukcije barvil safranin T in rodamin ter fotoredukcijo dikromatnega aniona v vodnih raztopinah z vsebnostjo fotokatalizatorja 2 g/l raztopine. Obsevanje je potekalo z živosrebrno žarnico BUV-30 z maksimumom sevanja pri 254 nm pri sobni temperaturi v cilindričnem kvarčnem reaktorju, opremljenem z mehanskim mešalom na električni pogon. Spremembo koncentracije barvila smo spremljali spektrofotometrično (Lambda 35, PerkinElmer Instruments).

RAZPRAVA REZULTATOV

Kristalno strukturo vzorcev smo proučevali z rentgensko fazno analizo (slika 1). Uklonski vzorci vseh vzorcev vsebujejo intenzivne, jasno definirane odboje, značilne za kristalno mrežo anataza (A). Tako je v uklonskem vzorcu vzorca dioksida

Tabela 1. Značilnosti vzorca

Popek vzorca, m2/g Ksr, cm3/g Gsr, nm

TiO2 43,4 0,13 5,89

1Ca/TiO2 46,7 0,13 5.4

2Ca/TiO2 71,2 0,14 4.8

3Ca/TiO2 75,3 0,15 4.1

4Ca/TiO2 83,9 0,18 4,25

5Ca/TiO2 76,2 0,19 5

Oznake: Bud - specifična površina, Usr - povprečni volumen por, gsr - povprečni radij.

Titan kaže prisotnost intenzivnih vrhov 20 = 25,5, 37,8, 54,0, 55,0, ki se pripisujejo anatazni fazi (slika 1).

Delo navaja, da je v prahu titanovega dioksida, modificiranega z različnimi ioni zemeljskoalkalijskih kovin, prisotna le anatazna faza, kar avtorji pojasnjujejo z nizko vsebnostjo modifikatorjev v njihovih vzorcih. V nasprotju s tem delom smo v našem primeru (slika 1) zaznali tudi vrhove 20 = 27,4, 41,2, ki pripadajo rutilni (P) fazi.

Pri modificiranih vzorcih so vrhovi opaženi pri 20 = 31, ki so značilni za brukit (B). Njihova intenzivnost narašča z večanjem vsebnosti kalcija v praških. Enake vrhove so avtorji našli za filme TiO2, modificirane s kalcijevimi ioni.

Velikosti kristalitov v aglomeratih titanovega dioksida, izračunane z Debye-Scherrerjevo enačbo, so pri modificiranih vzorcih 9 nm, njihova vrednost se poveča na 12,4 nm, kar je skladno z literaturnimi podatki, saj prisotnost modifikatorjev pospeši kristalizacijo; titanovega dioksida in vodi do povečanja velikosti kristalitov.

Študija sorpcijsko-desorpcijskih izoterm dušika, dobljenih pri 20°C za sintetizirane vzorce, je pokazala prisotnost histerezne zanke (slika 2), ki kaže na mezoporozno strukturo praškov.

Specifična površina modificiranih vzorcev se podvoji v primerjavi s čistim titanovim dioksidom (tabela 1). V seriji vzorcev od TiO2 do 5Ca/TiO2 (Tabela 1) se vrednost povprečnega volumna por poveča od 0,13

FOTOKATALITIČNA AKTIVNOST

na 0,19 cm3/g, povprečni polmer por pa se, nasprotno, zmanjša s 5,89 na 5 nm. Območje porazdelitve velikosti por je prikazano na sl. 3. Kot je razvidno, je pri vzorcih 4Ca/TiO2 in 3Ca/TiO2 opaziti ožjo porazdelitev por kot pri čistem titanovem dioksidu in vzorcu z največje število kalcij - 5Ca/TiO2.

Za določitev optimalnih pogojev za uničenje strupenih snovi v vodnih raztopinah je pomembno preučiti kinetiko njihove sorpcije na fotokatalizatorjih. Ugotovljeno je bilo, da se sorpcijsko ravnovesje v sistemu fotokatalizator - safranin T vzpostavi v približno 1 uri, v sistemu fotokatalizator - rodamin in fotokatalizator - kalijev bikromat pa v 2 urah.

Izvedene študije so pokazale, da imajo za vsa proučevana adsorpcijska sredstva in adsorbente kinetične adsorpcijske krivulje običajen gladek značaj: gladek potek in majhne adsorpcijske vrednosti (tabela 2).

V vseh proučevanih primerih je fotokatalitska reakcija zadovoljivo opisana s kinetično enačbo prvega reda.

Za določitev optimalne količine fotokatalizatorja v proučevanih reakcijah smo povečali njihovo koncentracijo, medtem ko je koncentracija substrata ostala nespremenjena. Ugotovljeno je bilo, da pri nizki koncentraciji fotokatalizatorja (<2 г/л) наблюдается рост констант скорости деструкции красителей и фотовосстановления бихромат-аниона с увеличением содержания фотокатализатора в растворе с последующим выходом на плато при концентрациях фотокатализатора вблизи 2 г/л. Все последующие фотокаталитические реакции проводили при концентрации фотокатализатора 2 г/л.

V seriji od 1Ca/TiO2 do 4Ca/TiO2 opazimo povečanje fotokatalitske aktivnosti v reakcijah razgradnje barvila (tabela 2). Tako se konstanta hitrosti fotokatalitskega uničenja safranina T poveča s 3,5 na 5,7 x 10-4 s-1, rodamina - z 1,7 na 2,5 x 10-4 s-1. Podobne podatke so avtorji dobili za vzorce

riž. Slika 3. Porazdelitev velikosti por za sintetizirane vzorce: 1 - 4Ca/TiO2, 2 - 3Ca/TiO2, 3 - 5Ca/TiO2, 4 - TiO2; r - polmer pore, Ktot. - skupni volumen por.

titanov dioksid dopiran s kalcijevimi ioni po sol-gel metodi in kalcijev titanat pri delu.

Poleg tega se v seriji vzorcev od 1Ca/TiO2 do 4Ca/TiO2 poveča njihova sorpcijska sposobnost proti barvilom (tabela 2), kar je povezano z njihovimi strukturnimi značilnostmi (tabela 1). Vzorec 5Ca/TiO2 ima v primerjavi s praški 3Ca/TiO2 in 4Ca/TiO2 bistveno nižjo sorpcijsko in fotokatalitično aktivnost proti barvilom.

Pri fotoredukciji dikromatnega aniona se je fotokatalitsko najbolj aktiven vzorec 5Ca/TiO2 (kA = 3,9 x 104, s-1), kar je skladno z delom, v katerem je bilo ugotovljeno, da dodatek kalcijevega titanata v titanov dioksid

Tabela 2. Fotokatalitska k x 104, s 1) in sorpcijska (adsorpcijska vrednost A, mg/g) aktivnost vzorcev titanovega dioksida, modificiranega s kalcijem, glede na barvila in dikromatni anion

Vzorec Safranin T Rodamin Bikromat anion

ky x 10-4, s"1 A x 10 4, mg/g ky x 10-4, s"1 A x 10 4, mg/g ky x 10-4, s"1 A x 10-6, mg /G

BELIKOV M.L., LOKSHIN E.P., SEDNEVA T.A. - 2012

ODVISNOST HITROSTI FOTOKATALITIČNE DESTRUKCIJE SAFRANINA OD KONCENTRACIJE KATALIZATORJA

KHALYAVKA T.A., VIKTOROVA T.I., KAPINUS E.I. - 2009

KINETIKA FOTOKATALITIČNE DESTRUKCIJE ORGANSKIH SPOJIN: VPLIV KONCENTRACIJE PODLAGE IN KATALIZATORJA

KAPINUS E.I. - 2012

UDC 677.077.62

M. A. Salyakhova, I. Sh Abdullin, V. V. Uvaev, E. N. Pukhacheva

ŠTUDIJA ADSORBCIJSKIH LASTNOSTI KOMPOZITNIH MATERIALOV

Z IZBOLJŠANIM TITANOVIM DIOKSIDOM

Ključne besede: kompozitni material z vgrajenim titanovim dioksidom, titanov dioksid, silicijev dioksid, sorpcija,

adsorpcijske lastnosti.

Adsorpcijske lastnosti fotokatalitskega kompozitnega materiala ocenjujemo z dvema indikatorjema: ravnotežno vrednostjo sorpcije nasičenih benzenskih in etil acetatnih hlapov z vzorci materiala in največjim volumnom sorpcijskega prostora vzorcev materiala.

Ključne besede: kompozitni material z vgrajenim titanovim dioksidom, titanov dioksid, silicijev dioksid, sorpcija, adsorpcijske lastnosti.

Adsorpcijske lastnosti fotokatalitskega kompozitnega materiala ocenjujemo z dvema parametroma: vrednostjo ravnotežne sorpcije nasičenih hlapov benzena in etil acetata vzorcev materiala in mejno prostornino sorpcijskega prostora vzorcev materiala.

V zadnjih letih se intenzivno razvijajo raziskave in razvoj zaščitnih materialov nove generacije in izdelkov iz njih z uporabo nanosistemov. V fotokatalitskem procesu se najpogosteje uporablja titanov dioksid kot eden najbolj kemično in toplotno stabilnih ter nestrupenih produktov. Anorganski oksidi nano velikosti se lahko uporabljajo za razkuževanje materialov, onesnaženih z nevarnimi strupenimi snovmi, vključno s strupenimi snovmi, kot tudi za čiščenje zraka pred nečistočami hlapov in plinov strupenih kemikalij.

Kompozitni material je pridobljen z zaporedno tvorbo adsorbentne plasti na tkani tekstilni podlagi, ki vsebuje celulozo, nato pa fotokatalitske plasti. Tvorba adsorbentne plasti na tkani ali netkani tekstilni podlagi, ki vsebuje celulozo, poteka s tehnologijo sol-gel kot rezultat impregnacije tekstilne osnove z vodno disperzijo, ki vsebuje nano delce aluminijevega oksida, in sušenja pri temperaturi (100±5) oC. Pozitivno nabiti delci aluminijevega oksida so pritrjeni na negativno nabito površino tekstilne podlage, tako zaradi elektrostatične interakcije kot tudi zaradi mehanskega zadrževanja delcev aluminijevega oksida v vlaknu tekstilne podlage. Tvorba fotokatalitskega sloja na tkani tekstilni podlagi, ki vsebuje celulozo in vsebuje adsorbentno plast, se pojavi s tehnologijo sol-gel kot rezultat impregnacije vzorca materiala z vodno disperzijo, ki vsebuje kompleks silicijevega dioksida in titanovega dioksida, sušenje impregniranega vzorec pri temperaturi (80–90) oC 30 minut, čemur sledi spiranje z vodo in sušenje pri temperaturi (100±5) oC. Razvita površina aluminijevega oksida, fiksirana na površini tekstilne podlage, zagotavlja dober oprijem kompleksa silicijevega dioksida s titanovim dioksidom na površini adsorbentne plasti.

Pri oblikovanju adsorbentne plasti in fotokatalitične plasti na tekstilni osnovi,

Učinkovita vlakna se ne poškodujejo in tekstura tekstilne podlage se ne spremeni.

Fotokatalitski kompozitni material, ki vsebuje tkano ali tekstilno osnovo, ki vsebuje celulozo, fotokatalitsko plast, ki vključuje kompleks silicijevega dioksida, modificiranega z aluminatnimi ioni, in titanovega dioksida modifikacije anataza, in adsorbentno plast, ki vsebuje aluminijev oksid s strukturo boemita, ki se nahaja med fotokatalitsko plastjo in tekstilna osnova, za katero so značilne povečane adsorpcijske lastnosti v zvezi s polarnimi in nepolarnimi kemičnimi spojinami, kaže visoko fotokatalitično aktivnost in antibakterijske lastnosti pri obsevanju z UV svetlobo. Vodna disperzija aluminijevega oksida je uporabljena kot material za oblikovanje adsorbentne plasti. Vodna disperzija vsebuje nanodelce aluminijevega oksida s strukturo bemita v količini 9,0-9,5 mas.%, pH raztopine 3,8. S praškovno difraktometrijo je bilo ugotovljeno, da ima nanodimenzioniran aluminijev oksid ortorombično kristalno strukturo bemita (y-AОOH) (št. 01-083-1506 v bazi PDF-2). Aluminijev oksid s strukturo boemita ima razvito površino, visok elektropozitiven naboj, ima adsorpcijske lastnosti proti polarnim in nepolarnim kemičnim spojinam ter sposobnost lovljenja mikroorganizmov.

Adsorpcijske lastnosti fotokatalitskega kompozitnega materiala ocenjujemo z dvema indikatorjema: ravnotežno vrednostjo sorpcije nasičenih benzenskih in etil acetatnih hlapov z vzorci materiala in največjim volumnom sorpcijskega prostora vzorcev materiala v pogojih statične aktivnosti pri temperaturi 25 °C. °C. Adsorpcijske lastnosti fotokatalitskega kompozitnega materiala na osnovi bombažne tkanine so predstavljene v tabelah 1 in 2.

Tabela 1 - Adsorpcijske lastnosti fotokatalitičnega kompozitnega materiala na osnovi bombažne tkanine

fotokatalitski benzen

kompozitni material, %

Photo-Connect-Adsor-Equal-Limit-

katalitsko SiO2mo volumna ukrivljene vzmeti

zastoji difi- (Y-vrednost jemo sorb-

TiO2, ziro- A1OOH) sorpcija

anatazna kopel in boemit AS, mg/g pro-

A1(OH)4- države

25 25 50 104 118

Ravnotežna vrednost sorpcije nasičenih hlapov kemične spojine z vzorcem materiala se določi kot razmerje med količino hlapov kemične spojine, ki jih absorbira ta vzorec, in maso vzorca. Največji volumen sorpcijskega prostora vzorca materiala se izračuna na podlagi ravnotežne vrednosti sorpcije in gostote kemijske spojine.

Tabela 2 - Adsorpcijske lastnosti fotokatalitičnega kompozitnega materiala na osnovi bombažne tkanine

Kot je razvidno iz primerov v tabelah 1 in 2, so za kompozitni material z vgrajenim titanovim dioksidom značilne povečane adsorpcijske lastnosti v zvezi s polarnimi in nepolarnimi kemičnimi spojinami zaradi povečanja razpoložljive površine dveh adsorbenti - nanodisperzni oksidi silicija in aluminija.

Literatura

1. Filtriranje in sorbiranje materiala z vgrajenim fotokatalizatorjem / M.A. Salyakhova [et al.] // Bilten Kazanske tehnološke univerze. -2013.t.16. št. 23. - str. 52-53.

2. Fotokemično uničenje tekstilnih materialov / M.A. Salyakhova [et al.] // Bilten Kazanske tehnološke univerze. - 2013.t.16. št. 17. - Od 92-93.

3. Šabanova, N.A. Kemija in tehnologija nanodisperznih oksidov [Besedilo] / N.A. Šabanova, V.V. Popov, P.D. Sarkisov - M.: ICC “Academkniga”, 2007. - 309 str.

Fotokatalizator TiO2, anataz Vezivo SiO2 modificiran A1(OH)4- Adsorbent (Y- A1OOH) boehmite Ravnotežna sorpcijska vrednost aS, mg/g Mejna prostornina sorpcijskega prostora WS, cm3/g

25 25 50 134 152

25 30 45 130 148

25 35 40 128 145

30 30 40 126 143

30 35 35 122 139

35 35 30 119 135

© M. A. Salyakhova - asp. oddelek plazmokemijske in nanotehnologije visokomolekularnih materialov KNRTU, [e-pošta zaščitena]; I. Sh. Abdullin - doktor tehnike. znanosti, prof., vodja. oddelek plazmokemijske in nanotehnologije visokomolekularnih materialov KNITU, ab(M1m^@k51i.gi; V.V. Uvaev - kandidat kemijskih znanosti, generalni direktor JSC KazKhimNII; E.N. Pukhacheva - kandidatka tehničnih znanosti, višji znanstveni delavec, laboratorij št. 5, KazKhimNII [e-pošta zaščitena].

©M. A. Salyahova - podiplomska katedra za plazmokemijo in nanotehnologije visokomolekularnih materialov KNRTU, [e-pošta zaščitena]; I. Š. Abdullin - doktor tehničnih znanosti, profesor katedre za plazmokemijo in nanotehnologije visokomolekularnih materialov KNRTU, in [e-pošta zaščitena]; V. V. Uvaev - kandidat tehničnih znanosti, generalni direktor Kazanskega kemijskega znanstveno-raziskovalnega inštituta; E. N. Pukhacheva - kandidatka tehničnih znanosti, višja raziskovalka laboratorija Kazanskega kemijskega znanstveno-raziskovalnega inštituta, [e-pošta zaščitena].