Фотокаталитический композит на основе алюмосиликатной ваты

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Тек жазылушылар үшін

Аннотация

Установлено, что оксидное ZnO-Al2O3 покрытие, сформированное на поверхности алюмосиликатных волокон, содержит гексагональные кристаллы ZnO, имеющие размер 13 нм. Полученные композиты продемонстрировали интенсивную генерацию синглетного кислорода под действием УФ излучения. Увеличение плотности мощности излучения обеспечивало существенное увеличение (+60%) интенсивности генерации синглетного кислорода. Установлено, что нанесение оксидного покрытия существенно ускоряет процессы адсорбции органического красителя Анилиновый Голубой из водных растворов на поверхности волокон и его фотокаталитического разложения под действием излучения ближнего УФ диапазона. Кинетика процесса адсорбции красителя хорошо описывается кинетическим уравнением псевдовторого порядка. Нанесение оксидного покрытия на поверхность волокон значительно ускоряет процессы фотокатализа красителя в растворе. Скорость фотокаталитического разложения красителя в растворе описывается кинетическим уравнением псевдовторого порядка.

Толық мәтін

Рұқсат жабық

Авторлар туралы

Д. Булыга

Университет ИТМО; АО “НПО ГОИ им. С.И. Вавилова”

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: dmbulyga@yandex.ru
Ресей, Санкт-Петербург; Санкт-Петербург

С. Евстропьев

Университет ИТМО; Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет); АО “НПО ГОИ им. С.И. Вавилова”

Email: dmbulyga@yandex.ru
Ресей, Санкт-Петербург; Санкт-Петербург; Санкт-Петербург

Д. Гаврилова

Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)

Email: dmbulyga@yandex.ru
Ресей, Санкт-Петербург

Ю. Подрухин

Университет ИТМО

Email: dmbulyga@yandex.ru
Ресей, Санкт-Петербург

К. Дукельский

АО “НПО ГОИ им. С.И. Вавилова”

Email: dmbulyga@yandex.ru
Ресей, Санкт-Петербург

Г. Полищук

АО “НПО ГОИ им. С.И. Вавилова”

Email: dmbulyga@yandex.ru
Ресей, Санкт-Петербург

И. Багров

АО “НПО ГОИ им. С.И. Вавилова”

Email: dmbulyga@yandex.ru
Ресей, Санкт-Петербург

Әдебиет тізімі

  1. Byrne C., Subramanian G., Pillai S.C. Recent advances in photocatalysis for environmental applications // Journal of Environmental Chemical Engineering. 2018. V. 6. P. 3531–3555.
  2. Konstantinou I.K., Albanis T.A. TiO2-assisted photocatalytic degradation of azo dyes in aqueous solution: Kinetic and mechanistic investigations: a review // Appl. Catal. B. 2004. V. 49. P. 1–14.
  3. Parrino F., Loddo V., Augugliaro V., Camera-Roda G., Palmisano G., Palmisano L., Yurdakal S. Heterogeneous photocatalysis: guidelines on experimental setup, catalyst characterization, interpretation, and assessment of reactivity // Catalysis Reviews. 2019. V. 61. № 2. P. 163–213.
  4. Sun P., Xue R., Zhang W., Zada I., Liu Q., Gu J., Su H., Zhang Z., Zhang J., Zhang D. Photocatalyst of organic pollutants decomposition: TiO2/glass fiber cloth composites // Catalysis Today. 2016. V. 274. P. 2–7.
  5. Zhong L., Haghighat F., Lee C.-S., Lakdawala N. Performance of ultraviolet photocatalytic oxidation for indoor air applications: systematic experimental evaluation // Journal of Hazardous Materials. 2013. V. 261. P. 130–138.
  6. Sun Y., Chen L., Bao Y., Zhang Y., Wang J., Fu M., Wu J., Ye D. The applications of morphology controlled ZnO in catalysis // Catalysts. 2016. V. 6. P. 188.
  7. Гаврилова Д.А., Гаврилова М.А., Хомутинникова Л.Л., Евстропьев С.К., Мешковский И.К. Оптимизация химического состава и структуры фотокатализаторов системы ZnO-SnO2-Fe2O3 // Оптика и спектроскопия. 2024. Т. 132. Вып. 4. С. 413–420.
  8. Tian C., Zhao H., Sun H., Xiao K., Wong P.K. Enhanced adsorption and photocatalytic activities of ultrathin graphitic carbon nitride nanosheets: Kinetics and mechanism // Chemical Engineering Journal. 2020. V. 381. P. 122760.
  9. Булыга Д.В., Евстропьев С.К. Кинетика адсорбции и фотокаталитического разложения диазокрасителя нанокомпозитом ZnO-MgO // Оптика и спектроскопия. 2022. Т. 130. Вып. 9. С. 1455–1463.
  10. Lin Y.-H., Weng C.-H., Tseng J.-H., Lin Y.-T. Adsorption and photocatalytic kinetics of visible-light response N-doped TiO2 nanocatalyst for indoor acetaldehyde removal under dark and light conditions // Int. J. of Photoenergy. 2016. V. 2016. Article ID 3058429.
  11. Wang T., Tian B., Han B., Ma D., Sun M., Hanif A., Xia D., Shang J. Recent advances on porous materials for synergetic adsorption and photocatalysis // Energy and Environmental Materials. 2022. V. 5. P. 711–730.
  12. Gavrilova M.A., Gavrilova D.A., Evstropiev S.K., Shelemanov A.A., Bagrov I.V. Porous ceramic ZnO nanopowders: features of photoluminescence, adsorption and photocatalytic properties // Ceramics (Basel). 2023. V. 6. № 3. P. 1667–1681.
  13. Fukugaichi S. Fixation of titanium dioxide nanoparticles on glass fiber cloths for photocatalytic degradation of organic dyes // ACS Omega. 2019. V. 4. № 12. P. 15175–15180.
  14. Kongsong P., Sikong L., Niyomwas S., Rachpech V. Photocatalytic antibacterial performance of glass fibers thin film coated with N-doped SnO2/TiO2 // The Sci. World J. 2014. V. 2014. Article ID 869706.
  15. Zhong L., Haghighat F., Lee C.-S., Lakdawala N. Performance of ultraviolet photocatalytic oxidation for indoor air applications: systematic experimental evaluation // Journal of Hazardous Materials. 2013. V. 261. P. 130–138.
  16. Багров И.В., Киселев В.М., Евстропьев С.К., Саратовский А.С., Демидов В.В., Матросова А.C. Генерация синглетного кислорода в микрокапиллярных оптических элементах с фотоактивными покрытиями // Оптика и спектроскопия. 2020. Т. 128. Вып. 2. С. 218–223.
  17. Ávila-López M.A., Luévano-Hipólito E., Torrez-Martínez L.M. CuO coatings on glass fibers: a hybrid material for CO2 adsorption and photocatalytic reduction to solar fuels // J. Mater. Sci.: Mater. in Electronics. 2020. V. 31. P. 13957–13969.
  18. Elhage A., Wang B., Marina N., Marin M.L., Cruz M., Lanterna A.E., Scaiano J.C. Glass wool: a novel support for heterogeneous catalysis // Chem. Sci. 2018. V. 9. P. 6844.
  19. Benyamina I., Manseri K., Mansour M., Benalioua B., Bentouami A., Boury B. New Bi2O3-ZnO composite deposited on glass wool. Effect of the synthesis method on photocatalytic efficiency under visible light // Appl. Surf. Sci. 2019. V. 483. P. 859–869.
  20. Mansour M., Benyamina I., Benalioua B., Bentouami A., Boury B., Hentit H., Lippens P.-E. Combined effect between PVP and glass wool for improvement of the photocatalytic activity under visible light of bismuth (III) oxyhalide and access to α-Bi2O3-BiOI-BiOBr // Appl. Surf. Sci. 2020. V. 534. P. 147577.
  21. Zając K., Janus M., Morawski A.W. Improved self-cleaning properties of photocatalytic gypsum plaster enriched with glass fiber // Materials. 2019. V. 12. P. 357.
  22. Maslennikov S. Yu., Evstropiev S.K., Gridchin V.O., Soshnikov I.P. Photoactive ZnO-Al2O3 transparent coatings and nanocomposites prepared by a simple polymer-salt synthesis // Semiconductors. 2019. V. 53. № 16. P. 38–40.
  23. Maslennikov S., Evstropiev S., Sochnikov I., Karavaeva A., Dukelskii K., Gridchin V. Photoactive UV-A transparent ZnO-Al2O3 coatings for singlet oxygen photogeneration // Opt. Engineering. 2019. V. 58. № 7. P. 077105.
  24. Zhang X., Chen Y., Zhang S., Qin C. High photocatalytic performance of high concentration Al-doped ZnO nanoparticles // Separation and Purification Technology. 2017. V. 172. P. 236–241.
  25. Tincu A., Shelemanov A.A., Evstropiev S.K., Nikonorov N.V., Dukelskii K.V. Controlled chemical transformation and crystallization design for the formation of multifunctional Cu-doped ZnO/ZnAl2O4 composites // J. Inorg. Organomet. Polym. and Mater. 2022. V. 33. P. 398–406.
  26. Krasnovsky A.A., Ambartzumian R.V. Tetracene oxygenation caused by infrared excitation of molecular oxygen in air-saturated solutions. The photoreaction action spectrum and spectroscopic parameters of the 1Δg-3Σg- transition in oxygen molecules // Chem. Phys. Lett. 2004. V. 400. P. 531–535.
  27. Khomutinnikova L.L., Evstropiev S.K., Danilovich D.P., Meshkovskii I.K., Bulyga D.V. Structural engineering of photocatalytic ZnO-SnO2-Fe2O3 composites // Journal of Composite Science. 2022. V. 6. P. 331.
  28. Hou Q., Meng F., Sun J. Electrical and optical properties of Al-doped ZnO and ZnAl2O4 films prepared by atomic layer deposition // Nanoscale Res. Lett 2013. V. 8. P. 144.
  29. Саратовский А.С., Булыга Д.В., Евстропьев С.К., Антропова Т.В. Адсорбционная и фотокаталитическая активность композита “пористое стекло-ZnO-Ag” и нанопорошка ZnO-Ag // Физика и химия стекла. 2022. Т. 48. № 1. С. 16–26.
  30. Revellame E.D., Fortela D.L., Sharp W., Hernandez R., Zappi M.E. Adsorption kinetic modeling using pseudo-first order and pseudo-second order rate laws: A review // Cleaner Engineering and Technology. 2020. V. 1. P. 100032.
  31. Bullen J.C., Saleesongsom S., Gallagher K., Weiss D.J. A revised pseudo-second order kinetic model for adsorption, sensitive to changes in adsorbate and adsorbent concentrations // Langmuir. 2021. V. 37. № 10. P. 3189–3201.
  32. Крижановская О.О., Синяева Л.А., Карпов С.И., Селеменев В.Ф., Бородина Е.В., Ресснер Ф. Кинетические модели при описании сорбции жирорастворимых физиологически активных веществ высокоупорядоченными неорганическими кремнийсодержащими материалами // Сорбционные и хроматографические процессы. 2014. Т. 14. Вып. 5. С. 784–794.
  33. Irani M., Mohammadi T., Mohebbi S. Photocatalytic degradation of Methylene Blue with ZnO nanoparticles; a joint experimental and theoretical study // J. Mex. Chem. Soc. 2016. V. 60. N. 4. P. 218–225.
  34. Aisien F.A., Amenaghawon N.A., Urhobotie O.I. Potential application of a locally sourced photocatalyst for the photocatalytic decolourization of methyl orange in aqueous solution // Journal of Engineering Science and Technology. 2015. V. 10. № 12. P. 1641–1653.
  35. Mohammadi A., Karimi A.A. Methylene Blue removal using surface-modified TiO2 nanoparticles: A comparative study on adsorption and photocatalytic degradation // J. Water Environ. Nanotechnol. 2027. V. 2. № 2. P. 118–128.
  36. Tran H.D., Nguyen D.Q., Do P.T., Tran U.N.P. Kinetics of photocatalytic degradation of organic compounds: a mini-review and new approach // RSC Advances. 2023. V. 13. P. 16915–16925.

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
Жүктеу
2. Fig. 1. X-ray diffraction patterns of glass wool calcined at 550 °C for 2 h (a), a composite obtained by heat treatment at 550 °C for 2 h (b) and a powder of the ZnO-Al2O3 system (c).

Жүктеу (113KB)
Метадеректер
3. Fig. 2. Electron microscopic images of the composite material (a, b) and the oxide powder of the ZnO-Al2O3 system (c, d) at different magnifications.

Жүктеу (353KB)
Метадеректер
4. Fig. 3. a) Photoluminescence spectrum of the composite in the near IR region of the spectrum. Luminescence excitation wavelength λex = 370 nm; b) dependence of the photoluminescence intensity (λ = 1270 nm) on the power density of the exciting radiation (λex = 370 nm).

Жүктеу (103KB)
Метадеректер
5. Fig. 4. Kinetic dependences of dye adsorption from water on the surface of heat-treated glass wool (curve 1), oxide nanopowder of the ZnO-Al2O3 system (curve 2) and fibrous composite (curve 3).

Жүктеу (89KB)
Метадеректер
6. Fig. 5. Dependencies –ln(qe – qt) = f(t) (a) and t/qt = f(t) (b) constructed based on data on the adsorption of Aniline Blue dye on the surface of glass wool (curves 1), and fibrous composite (curves 2) and ZnO-Al2O3 powder (curves 3).

Жүктеу (151KB)
Метадеректер
7. Fig. 6. Kinetic dependences of dye photolysis in solution (curve 1) and photocatalytic decomposition in the presence of: heat-treated glass wool (curve 2), fibrous composite (curve 3) and ZnO-Al2O3 powder (curve 4).

Жүктеу (88KB)
Метадеректер
8. Fig. 7. Dependences –ln(C/C0) = f(t) (a) and 1/C = f(t), calculated on the basis of experimental data on the photocatalytic decomposition of Aniline Blue dye in solution.

Жүктеу (118KB)
Метадеректер

© Russian Academy of Sciences, 2025