Ежемесячный научно-технический и производственный журнал

ISSN 0131-9582

ПОЛУЧЕНИЕ МЕЗОПОРИСТОГО КОМПОЗИТА TiO2-МОНТМОРИЛЛОНИТ В МЯГКИХ ГИДРОТЕРМАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ

Информация о материале
Просмотров: 24
Авторы:

Овчинников Н. Л. , Виноградов Н. М. , Яшин Д. В. , Кочкина Н. Е. , Бутман М. Ф.

  • Сквозной номер выпуска: 1163
  • Страницы статьи: 34-42
  • Поделиться:

Рубрика: Без рубрики

Получены мезопористые композиты TiO2-монтмориллонит c гидротермально активированной пропиткой (115 ?C, 0,5…5,0 ч) механо- и термоактивированного носителя полигидроксокомплексами титана. Материалы охарактеризованы методами рентгенофазового анализа (РФА), ИК-спектроскопии, низкотемпературной адсорбции/десорбции азота, сканирующей электронной микроскопии (СЭМ), элекрофоретического рассеяния света и энергодисперсионной спектроскопии (ЭДС). Установлено, что время гидротермальной обработки существенно влияет на размер кристаллитов диоксида титана, соотношение фаз анатаза и рутила, а также на морфологию поверхности и текстурные свойства композитов. Методом фотометрии оценены адсорбционная способность и фотокаталитическая активность композитов по отношению к модельному красителю Родамину Б. В целом гидротермальная обработка приводит к значительному повышению фотоактивности композита. Вместе с тем увеличение времени обработки приводит к ослаблению этого эффекта. Полученные композиты продемонстрировали выраженный синергетический эффект адсорбции и фотокатализа при удалении красителя Родамина Б из высококонцентрированного (40 мг/л) водного раствора.

Николай Львович Овчинников – канд. хим. наук, доцент, кафедра технологии керамики и электрохимических производств, Ивановский государственный химико-технологический университет, Иваново, Россия
Никита Максимович Виноградов – аспирант, кафедра технологии керамики и электрохимических производств, Ивановский государственный химико-технологический университет, Иваново, Россия
Дмитрий Валерьевич Яшин – студент, кафедра технологии керамики и электрохимических производств, Ивановский государственный химико-технологический университет, Иваново, Россия
Наталия Евгеньевна Кочкина – канд. техн. наук, ст. науч. сотрудник, лаборатория «Химия олигосахаридов и функциональных материалов на их основе», Институт химии растворов им. Г. А. Крестова Российской академии наук, Иваново, Россия
Михаил Федорович Бутман – д-р физ.-мат. наук, профессор, гл. науч. сотрудник, НИЛ синтеза, исследований и испытания каталитических и адсорбционных систем для процессов переработки углеводородного сырья, Ивановский государственный химико-технологический университет, Иваново, Россия

1. Danf? S., Martins R. C., Quina M. J., Gomes J. Supported TiO2 in ceramic materials for the photocatalytic degradation of contaminants of emerging concern in liquid effluents: A review // Molecules. 2021. V. 26, No. 17. P. 5363. URL: https://doi.org/10.3390/molecules26175363
2. Carneiro J., Teixeira V., Azevedo S., et al. Development of photocatalytic ceramic materials through the deposition of TiO2 nanoparticles layers // Journal of Nano Research. 2012. V. 18–19. P. 165 – 176. URL: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/JNanoR.18-19.165
3. Xuzhuang Y., Yang D., Huaiyong Z., et al. Mesoporous structure with size controllable anatase attached on silicate layers for efficient photocatalysis // The Journal of Physical Chemistry C. 2009. V. 113. P. 8243 – 8248. URL: https://doi.org/10.1021/jp900622k
4. Mishra A., Mehta A., Basu S. Clay supported TiO2 nanoparticles for photocatalytic degradation of environmental pollutants: A review // J. Environ. Chem. Eng. 2018. V. 6. P. 6088 – 6107. URL: https://doi.org/10.1016/j.jece.2018.09.029
5. Belet A., Wolfs C., Mahy J. G., et al. Sol-gel syntheses of photocatalysts for the removal of pharmaceutical products in water // Nanomaterials. 2019. V. 9, No. 1. P. 126. URL: https://doi.org/10.3390/nano9010126
6. Liu Y., Tian J., Wei L., et al. A novel microwave-assisted impregnation method with water as the dispersion medium to synthesize modified g-C3N4/TiO2 heterojunction photocatalysts // Optical Materials. 2020. V. 107. P. 110128. URL: https://doi.org/10.1016/j.optmat.2020.110128
7. Jones A. C., Chalker P. R. Some recent developments in the chemical vapour deposition of electroceramic oxides // Journal of Physics D: Applied Physics, 2003. V. 36, No. 6. R80. DOI: 10.1088/0022-3727/36/6/202
8. Fern?ndez A., Lassaletta G., Jim?nez V. M., et al. Preparation and characterization of TiO2 photocatalysts supported on various rigid supports (glass, quartz and stainless steel). Comparative studies of photocatalytic activity in water purification // Applied Catalysis B: Environmental. 1995. V. 7. P. 49 – 63. URL: https://doi.org/10.1016/0926-3373(95)00026-7
9. Schiemann D., Alphonse P., Taberna P. L. Synthesis of high surface area TiO2 coatings on stainless steel by electro-phoretic deposition // Journal of Materials Research. 2013. V. 28, No. 15. P. 2023 – 2030. DOI: 10.1557/jmr.2013.169
10. Szczepanik B. Photocatalytic degradation of organic contaminants over clay-TiO2 nanocomposites: A review // Applied Clay Science. 2017. V. 141. P. 227 – 239. URL: https://doi.org/10.1016/j.clay.2017.02.029
11. Медведева И. В., Медведева О. М., Студенок А. Г. и др. Новые композитные материалы и процессы для химических, физико-химических и биохимических технологий водоочистки // Изв. вузов. Сер. Химия и химическая технология. 2023. Т. 66, № 1. С. 6 – 27. DOI: 10.6060/ivkkt.20236601.6538
12. Kameshima Y., Tamura Y., Nakajima A., Okada K. Preparation and properties of TiO2/montmorillonite composites // Applied Clay Science. 2009. V. 45, No. 1–2. P. 20 – 23. URL: https://doi.org/10.1016/j.clay.2009.03.005
13. Park J.-H., Shin H.-J., Kim M. H., et al. Application of montmorillonite in bentonite as a pharmaceutical excipient in drug delivery systems // Journal of Pharmaceutical Investigation. 2015. V. 46. P. 363 – 375. URL: https://doi.org/10.1007/s40005-016-0258-8
14. Cecilia J. A., Garc?a-Sancho C., Vilarrasa-Garc?a E., et al. Synthesis, characterization, uses and applications of porous clays heterostructures: A review // Chemical Record. 2018. V. 18. P. 1 – 21. URL: https://doi.org/10.1002/tcr.201700107
15. Butman M. F., Belozerov A. G., Karasev N. S., et al. Structural and textural properties of pillared montmorillonite at intercalation of large Al- and Al/Ce-polyhydroxocomplexes // Nanotechnologies in Russia. 2015. V. 10, Nо. 9–10. P. 706 – 712. URL: https://doi.org/10.1134/S1995078015050031
16. Mirak M. S. H., Sharifian S., Saraei F. E. K., et al. Titanium-pillared clay: preparation optimization, characterization, and artificial neural network modeling // Materials. 2022. V. 15, No. 13. P. 4502. URL: https://doi.org/10.3390/ma15134502
17. Бутман М. Ф., Карасев Н. С., Овчинников Н. Л. и др. Al30-пилларный монтмориллонит с улучшенными текстурными свойствами, обусловленными предварительной механической обработкой // Изв. высших учебных заведений. Сер. Химия и химическая технология. 2019. Т. 62, № 12. С. 45 – 50. URL: https://doi.org/10.6060/ivkkt.20196212.5935
18. Овчинников Н. Л., Виноградов Н. М., Гордина Н Е. и др. Применение активирующих воздействий в получении TiO2-пилларного монтмориллонита с улучшенными фотокаталитическими свойствами // Изв. высших учебных заведений. Сер. Химия и химическая технология. 2023. Т. 66, № 5. С. 59 – 71. URL: https://doi.org/10.6060/ivkkt.20236605.6798
19. Наседкин В. В. Даш-Салахлинское месторождение бентонита (становление и перспективы развития). М.: ГЕОС, 2008. С. 85.
20. Al-Qunaibit М. M., Al Juhaiman L. Mechanical modification of Khulays clay; structural and textural effects // International Journal of Basic and Applied Science. 2012. V. 12, No. 06. P. 205 – 209.
21. Бельчинская Л. И., Ходосова Н. А., Новикова Л. А. Влияние различных механизмов нагрева слоистого алюмосиликата на сорбционные процессы. Сообщение 1. Сорбция воды при тепловом и электромагнитном (СВЧ) нагреве монтмориллонита // Сорбционные и хроматографические процессы. 2017. Т. 17, № 5. С. 781 – 791. URL: https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2017.17/439
22. Анюхина А. В., Середин В. В., Андрианов А. В., Хлуденева Т. Ю. Влияние термической обработки глин на их адсорбцию по красителю метиленовый голубой // Недропользование. 2021. Т. 21, № 2. С. 52 – 57. DOI: 10.15593/2712-8008/2021.2.1
23. Bernier A., Admaiai L. F., Grange P. Synthesis and characterization of titanium pillared clays Influence of the temperature of preparation // Applied Catalysis. 1991. V. 77, No. 2. P. 269 – 281. URL: https://doi.org/10.1016/0166-9834(91)80071-4
24. Butman M. F., Ovchinnikov N. L., Karasev N. S., et al. Photocatalytic and adsorption properties of TiO2-pillared montmorillonite obtained by hydrothermally activated intercalation of titanium polyhydroxo complexes // Beilstein J. Nanotechnol. 2018. V. 9. P. 364 – 378. URL: https://doi.org/10.3762/bjnano.9.36
25. Langford J. I., Wilson A. J. C. Scherrer after sixty years: a survey and some new results in the determination of crystallite size // Journal of applied crystallography. 1978. V. 11, No. 2. P. 102 – 113. URL: https://doi.org/10.1107/S0021889878012844
26. Butman M. F., Gushchin A. A., Ovchinnikov N. L., et al. Synergistic effect of dielectric barrier discharge plasma and TiO2-pillared montmorillonite on the degradation of rhodamine B in an aqueous solution // Catalysts. 2020. V. 10, No. 4. P. 359. URL: https://doi.org/10.3390/catal10040359
27. Zuo S., Ding M., Tong J., et al. Study on the preparation and characterization of a titanium-pillared clay-supported CrCe catalyst and its application to the degradation of a low concentration of chlorobenzene // Applied Clay Science. 2015. V. 105. P. 118 – 123. URL: https://doi.org/10.1016/j.clay.2014.12.033
28. Sing K. S. W., Everett D. H., Haul R. A. W., et al. Reporting physisorption data for gas/solid systems with special reference to the determination of surface area and porosity (Recommendations 1984) // Pure and applied chemistry. 1985. V. 57, No. 4. P. 603 – 619. URL: https://doi.org/10.1351/pac198557040603
29. Auerbach S. M., Carrado K. A., Dutta P. K. Handbook of layered materials, 1st ed.; Marcel-Dekker Inc.: New York, USA, 2004. P. 664. URL: https://doi.org/10.1201/9780203021354
30. Buckley H. E. Crystal growth, 1st ed.; John Wiley & Sons, Inc., New York, 1951. P. 571.
31. Baraton M. I. Nano-TiO2 for solar cells and photocatalytic water splitting: scientific and technological challenges for commercialization // The Open Nanoscience Journal. 2011. V. 5, No. 1. P. 64 – 77. DOI: 10.2174/1874140101105010064
32. Blanco C., Gonz?lez F., Pesquera C., et al. Differences between one aluminic palygorskite and another magnesic by infrared spectroscopy // Spectroscopy Letters. 1989. V. 22, No. 6. P. 659 – 673. URL: https://doi.org/10.1080/00387018908053926
33. Farmer V. C. The infrared spectra of minerals. Mineralogical society, Monograph 4, London, 1974. P. 539. URL: http://dx.doi.org/10.1180/mono-4
34. Ninness B. J., Bousfield D. W., Tripp C. P. Formation of a thin TiO2 layer on the surfaces of silica and kaolin pigments through atomic layer deposition // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2003. V. 214, No. 1 – 3. P. 195 – 204. URL: https://doi.org/10.1016/S0927-7757(02)00390-4
35. Castellano F. N., Stipkala J. M., Friedman L. A., Meyer G. L. Spectroscopic and excited-state properties of titanium dioxide gels // Chemistry of materials. 1994. V. 6, No. 11. P. 2123 – 2129. URL: https://doi.org/10.1021/cm00047a037
36. Vasconcelos D. C. L., Costa V. C., Nunes E. H. M., et al. Infrared spectroscopy of titania sol-gel coatings on 316L stainless steel // Materials Sciences and Applications. 2011. V. 2, No. 10. P. 1375 – 1382. URL: http://dx.doi.org/10.4236/msa.2011.210186
37. Canning J., Huyang G., Ma M., et al. Percolation diffusion into self-assembled mesoporous silica microfibres // Nanomaterials. 2014. V. 4, No. 1. P. 157 – 174. URL: https://doi.org/10.3390/nano4010157
38. Kochkina N. E., Agafonov A. V., Vinogradov A. V., et al. Photocatalytic activity of biomorphic TiO2 fibers obtained by ultrasound-assisted impregnation of cellulose with titanium polyhydroxocomplexes // ACS Sustainable Chemistry & Engineering. 2017. V. 5, No. 6. P. 5148 – 5155. URL: https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.7b00504
39. Butman M., Ovchinnikov N., Vinogradov N., et al. Hydrothermal synthesis of Ti3+-self-doped TiO2 photocatalysts using wool fibers as a biotemplate // Journal of Alloys and Compounds. 2024. V. 998. P. 174913. URL: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2024.174913

Статью можно приобрести
в электронном виде!

PDF формат

500

DOI: 10.14489/glc.2024.11.pp.034-042
Тип статьи: Научная статья
Оформить заявку

Ключевые слова

монтмориллонит, диоксид титана, композит, гидроксокомплексы титана, мезопоры.

Для цитирования статьи

Овчинников Н. Л., Виноградов Н. М., Яшин Д. В., Кочкина Н. Е., Бутман М. Ф. Получение мезопористого композита TiO2-монтмориллонит в мягких гидротермальных условиях // Стекло и керамика. 2024. Т. 97, № 11. С. 34 – 42. DOI: 10.14489/glc.2024.11.pp.034-042

Баннер снизу

Главный редактор

Соколова Людмила Владимировна