Блог

Jun 07, 2023

Фотокаталитическая активность тройного нанокомпозита ZrO2/TiO2/Fe3O4 в отношении деградации напроксена: характеристика и оптимизация с использованием методологии поверхности отклика

Scientific Reports Volume 12, Номер статьи: 10388 (2022) Ссылаться на эту статью 2381 Доступов 6 Цитирований Подробности о показателях В этом исследовании компоненты ZrO2, TiO2 и Fe3O4 были синтезированы методом

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 10388 (2022) Цитировать эту статью

2381 Доступов

6 цитат

Подробности о метриках

В данной работе компоненты ZrO2, TiO2 и Fe3O4 были синтезированы методами соосаждения, золь-гель и соосаждения соответственно. Кроме того, методом твердофазной дисперсии был синтезирован тройной нанокомпозит ZrO2/TiO2/Fe3O4. Нанокомпозит ZrO2/TiO2/Fe3O4 был охарактеризован различными методами, включая XRD, EDX, SEM, BET, FTIR, XPS, EELS и фотолюминесценцию (PL). FTIR-анализ фотокатализатора ZrO2/TiO2/Fe3O4 показал сильные пики в диапазоне 450–700 см–1, которые представляют собой валентные колебания Zr–O, Ti–O и Fe–O. Результаты FTIR- и XRD-анализа, РФЭС-анализа и спектров ФЛ подтвердили, что методом твердотельной дисперсии получены нанокомпозиты ZrO2/TiO2/Fe3O4. Анализ EELS подтвердил наличие чистых образцов Fe3O4, TiO2 и ZrO2. Анализ EDAX показал, что атомное соотношение Zr:Ti:Fe составляет 0,42:2,08:1,00. Удельная поверхность, объем пор и средний размер пор фотокатализатора составили 280 м2/г, 0,92 см3/г и 42 нм соответственно. Кроме того, эффективность нанокомпозита ZrO2/TiO2/Fe3O4 была оценена по удалению напроксена с использованием метода поверхности отклика (RSM). Были исследованы четыре параметра, такие как концентрация NPX, время, pH и концентрация катализатора. Точка нулевого заряда фотокатализатора составила 6. Максимальная и минимальная деградация напроксена с использованием фотокатализатора составила 100% (при условиях: концентрация NPX = 10 мг/л, время = 90 мин, pH = 3 и концентрация катализатора = 0,5 г/л). Л) и 66,10% соответственно. Эксперимент по стабильности показал, что тройной нанокатализатор демонстрирует относительно более высокую фотокалитическую активность после 7 повторных циклов.

Загрязнение окружающей среды фармацевтическими соединениями считается одной из наиболее серьезных проблем последних лет1,2. Для очистки фармацевтических сточных вод и удаления загрязняющих веществ до того, как они попадут в окружающую среду, определение наиболее эффективного метода является сложной задачей3. Фармацевтические сточные воды могут очищаться физическими4, химическими, биологическими5, а также комбинированными методами6. Усовершенствованные процессы окисления7, в том числе усовершенствованное окисление на основе сульфатных радикалов8, ультрафиолетово-видимое излучение9, естественный солнечный свет10, окисление Фентоном11, электрохимическое12, нанокомпозитные катализаторы13, а также сонолиз и соно-Фентон14, широко используются для удаления загрязняющих веществ из сточных вод фармацевтических предприятий с высокой эффективностью. Образование радикалов в ходе этих процессов приводит к окислению органических загрязнителей в водных растворах. По сравнению с другими методами фотокатализ имеет ряд преимуществ, таких как высокая эффективность, низкая стоимость, разработка подходящих катализаторов для конкретных сточных вод, а также высокая коррозионная и температурная стабильность15,16,17. Диоксид титана (TiO2) широко используется в качестве катализатора разложения органических соединений и фармацевтических загрязнителей, поскольку он является светочувствительным полупроводником (включая ультрафиолетовый и видимый свет)18,19. Образование дырок валентной зоны и электронов зоны проводимости в ходе фотокатализа приводит к образованию окислительно-восстановительных сред в сточных водах. Он может легко разлагать органические соединения и превращать их в нетоксичные соединения, такие как CO2 и вода20,21. Диоксид титана представляет собой полиморфный материал с тремя кристаллическими фазами: анатазом, рутилом и брукитом. Фаза анатаза более фотокаталитически активна, чем рутиловая фаза22,23. Чтобы повысить активность фотокатализатора TiO2, важно использовать частицы меньшего размера (наноразмеры), поскольку более мелкие частицы имеют более высокую удельную поверхность24. Удаление наночастиц диоксида титана после обработки снижает пользу от этого фотокатализатора, и иммобилизация диоксида титана (TiO2) на материалах носителя может быть выполнена, но иммобилизация уменьшает удельную поверхность по сравнению с гомогенными катализаторами25. С другой стороны, быстрая рекомбинация образующихся электронно-дырочных пар может снизить активность фотокатализатора диоксида титана26. Поэтому для улучшения активности TiO2 используются некоторые другие полупроводники, такие как ZrO2. Легирование ZrO2 может замедлить рекомбинацию электронно-дырочных пар, укрепить материал и увеличить площадь поверхности и соотношение кристаллических фаз анатаза и рутила27,28. Фотокатализатор ZrO2-TiO2 использовался для разложения органических соединений, в этом соединении ZrO2 действует как носитель или фотокатализатор в системе29.