DOI: https://doi.org/10.20998/10.20998/2079-0821.2020.02.04

МЕТАЛОКСИДНІ КОМПОЗИТИ ДЛЯ ФОТОКАТАЛІТИЧНОЇ ДЕЗИНТЕГРАЦІЇ ТОКСИКАНТІВ

Mykola Sakhnenko, Maryna Ved’, Natalia Markova, Irina Stepanova, Aleksandr Halak, Sergey Menshov, Aleksey Matykin

Анотація


Досліджено процеси плазмово-електролітного формування гетерооксидних покривів на сплавах титану для фотокаталітичної дезинтеграції природних і техногенних токсикантів. Синтез покривів проводили з водних дифосфатних розчинів у гальваностатичному режимі. Для кількісного опису фотокаталітичних реакцій визначали константи швидкості реакції з лінеаризированих залежностей lnCt/C0, де Ct – поточна концентрація азобарвника, C0 – вихідна концентрація реактанта. Морфологію поверхні покривів вивчали методом атомно-силової мікроскопії та візуалізували результати шляхом реконструкції рельєфу у вигляді 2D- і 3D-топографічних карт. Проаналізовано морфологічні особливості покривів титан(IV) оксиду та гетерооксидних композитів, до складу яких входять оксиди цинку та/або міді. Показано, що ефективним чинником керування фотокаталітичною активністю покривів залишається їх питома поверхня, тому визначення морфології гетерооксидних композитів, як і засоби керування цим параметром цільового продукту, є незмінною складовою системного дослідження таких систем при визначенні їх функціональних властивостей. Доведено, що порівняно із покривами оксидом титану, для поверхневих шарів якого характерні тороподібні мезоструктури, гетерооксидні композиції мають більш розвинену поверхню, що збільшує їх каталітичну активність. Такий саме вплив на властивості покривів чинить і наступна термообробка. Визначені в тотожних умовах константи швидкості модельної реакції фотокаталітичного розкладання азобарвника метилового жовтогарячого застосовано для ранжування покривів різного складу за їх функціональними властивостями. Так, для реакції на поверхні оксиду титану значення константи швидкості становить 1,56∙10–3 хв–1, тоді як для гетерооксидного шару TiO2·ZnO зростає до 5,8∙10–3 хв–1. Покрив TiO2·ZnO є найбільш каталітично активним, хоча система TiO2·ZnO·CuO також прискорює процес розкладання зі ступенем деструкції 25 % протягом 60 хв, але далі ефективність каталізатору знижується.


Ключові слова


плазмово-електролітне оксидування; сплави титану; фотокаталіз; гетерооксидні покриви; морфологія поверхні

Повний текст:

PDF

Посилання


Application of oxide-metallic catalysts on valve metals for ecological catalysis / A. Karakurkchi, M. Sakhnenko, M. Ved’, A. Galak, S. Petrukhin // Eastern-Europian Journal of Interprise Technologies, 2017. –Vol. 5, № 10 (89). – Р. 12-18

Functional mixed cobalt and aluminum oxide coatings for environmental safety / M.V. Ved’, N.D. Sakhnenko, A.V. Karakurkchi, T.Y. Myrna // Functional materials, 2017. - Vol. 24. № 2. – Р.303-310

Halak О., Menshov S. The use of photocatalytic technology for the disintegration of hazardous chemical substances / International Scientific Conference Relevant Issues of the Development of Science in Central and Eastern European Countries: Conference Proceedings, September 27th, 2019. Riga, Latvia: Baltija Publishing. –Р.29-32.

Parmon V.N. Photokataliz : Voprosy terminologii // Photokataliticheskoe preobrazovanie solnechnoj energii / Red. К.I. Zamaraev, V.N. Parmon. - Novosibirsk: Nauka, 1991. – P. 7–17

Khairy M., Zakaria W. Effect of metal-doping of TiO2 nanoparticles on their photocatalytic activities toward removal of organic dyes // Egyptian Journal of Petroleum, 2014. – Vol. 23. – Р. 419–426

Dontsova Т.А., Bredikhin І.V. Меchanism photokatalizu na poverkhni TiO2 // Naukovi visti NTUU "КPI", 2013. – № 3. – P.111–118.

Sakhnenko N.D., Ved М.V., Маyba М.V. Konversionnie i kompozitsionnie pokrytia na splavah titana : monogtaphia. – Kharkov : NTU «KhPI», 2015. – 176 p.

Adriana Zaleska Doped-TiO2: A Review // Recent Patents on Engineering, 2008. – Vol. 2. – Р. 157-164

Herrmann J.-M. Heterogeneous photocatalysis: state of the art and present applications// Topics in Catalysis, 2005.- Vol. 34, №. 1-4. – Р. 49–65.

Vinu R., Madras G. Environmental remediation by photocatalysis // J. of the Indian Institute of Sci., 2010. - Vol. 90, №. 2. – Р. 189–230.

Photoactive Inorganic Nanoparticles: Surface Composition and Nanosystem Functionality (Micro and Nano Technologies Seris) / Editied by Julia Pérez Prieto, María González Béjar. – Elsevier, 2019 – 284 p.

Soboleva N.M., Nosonovich А.А., Goncharuk V.V. Heterogennij photokatalis v processah obrabotki vody // Khimia i tekhnologia vody, 2007. – Vol.29, № 2. – P.125-159.

Fang-Xing Xiao. Construction of highly ordered ZnO-TiO2 nanotube arrays (ZnO/TNTs) heterostructure for photocatalytic application // ACS Applied Materials & Interfaces, 2012. – Vol. 4, №12. – P.7055-7063

Nickel- and Copper-Containing Oxide Films on Titanium / M. S. Vasil’eva, V. S. Rudnev, A. Yu. Ustinov at all // Russian Journal of Inorganic Chemistry, 2009. – Vol. 54, No. 11. – Р. 1708–1712.

Kudo A. Photocatalyst materials for water splitting // Catalysis Surveys from Asia, 2003. – Vol. 7, № 1. - Р. 31–38.

Sakhnenko N.D., Ved’ M.V., Karakurkchi A.V. Nanoscale Oxide PEO Coatings Forming from Diphosphate Electrolytes. Chapter 38: in the book Nanophysics, Nanomaterials, Interface Studies,and Applications: O. Fesenko, L. Yatsenko (eds.). – Springer AG, 2017. - V. 195. – Р.507–531.

Sakhnenko N.D., Ved’ M.V., Bykanova V.V. Characterization and photocatalytic activity of Ti/TinOm∙ZrxOy coatings for azo-dye degradation // Functional materials, 2014. - Vol. 21, № 4. – Р. 492-497.