PL217645B1 - Zastosowanie fotokatalizatorów hybrydowych - Google Patents
Zastosowanie fotokatalizatorów hybrydowychInfo
- Publication number
- PL217645B1 PL217645B1 PL387345A PL38734509A PL217645B1 PL 217645 B1 PL217645 B1 PL 217645B1 PL 387345 A PL387345 A PL 387345A PL 38734509 A PL38734509 A PL 38734509A PL 217645 B1 PL217645 B1 PL 217645B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- photocatalyst
- use according
- aluminosilicate
- organic
- chromophore
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 20
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 claims description 27
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 claims description 23
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N Phenol Chemical compound OC1=CC=CC=C1 ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- GUJOJGAPFQRJSV-UHFFFAOYSA-N dialuminum;dioxosilane;oxygen(2-);hydrate Chemical compound O.[O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3].O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Si]=O GUJOJGAPFQRJSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229910052901 montmorillonite Inorganic materials 0.000 claims description 10
- UFWIBTONFRDIAS-UHFFFAOYSA-N Naphthalene Chemical compound C1=CC=CC2=CC=CC=C21 UFWIBTONFRDIAS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 8
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 8
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 claims description 8
- SMOZAZLNDSFWAB-UHFFFAOYSA-N 4-[10,15,20-tris(4-carboxyphenyl)-21,24-dihydroporphyrin-5-yl]benzoic acid Chemical compound C1=CC(C(=O)O)=CC=C1C(C=1C=CC(N=1)=C(C=1C=CC(=CC=1)C(O)=O)C1=CC=C(N1)C(C=1C=CC(=CC=1)C(O)=O)=C1C=CC(N1)=C1C=2C=CC(=CC=2)C(O)=O)=C2N=C1C=C2 SMOZAZLNDSFWAB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- -1 ammonium cations Chemical class 0.000 claims description 7
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 7
- 150000004032 porphyrins Chemical class 0.000 claims description 7
- 239000003403 water pollutant Substances 0.000 claims description 7
- 238000013033 photocatalytic degradation reaction Methods 0.000 claims description 6
- SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N bentoquatam Chemical compound O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 claims description 5
- MWPLVEDNUUSJAV-UHFFFAOYSA-N anthracene Chemical compound C1=CC=CC2=CC3=CC=CC=C3C=C21 MWPLVEDNUUSJAV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- ZYGHJZDHTFUPRJ-UHFFFAOYSA-N coumarin Chemical compound C1=CC=C2OC(=O)C=CC2=C1 ZYGHJZDHTFUPRJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 150000002892 organic cations Chemical class 0.000 claims description 4
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 claims description 4
- BBEAQIROQSPTKN-UHFFFAOYSA-N pyrene Chemical compound C1=CC=C2C=CC3=CC=CC4=CC=C1C2=C43 BBEAQIROQSPTKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 150000001491 aromatic compounds Chemical class 0.000 claims description 3
- 239000000440 bentonite Substances 0.000 claims description 3
- 229910000278 bentonite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N kaolin Chemical compound O.O.O=[Al]O[Si](=O)O[Si](=O)O[Al]=O NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052622 kaolinite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010445 mica Substances 0.000 claims description 3
- 229910052618 mica group Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000000575 pesticide Chemical class 0.000 claims description 3
- 150000002989 phenols Chemical class 0.000 claims description 3
- 229930187593 rose bengal Natural products 0.000 claims description 3
- 229940081623 rose bengal Drugs 0.000 claims description 3
- STRXNPAVPKGJQR-UHFFFAOYSA-N rose bengal A Natural products O1C(=O)C(C(=CC=C2Cl)Cl)=C2C21C1=CC(I)=C(O)C(I)=C1OC1=C(I)C(O)=C(I)C=C21 STRXNPAVPKGJQR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- VDNLFJGJEQUWRB-UHFFFAOYSA-N rose bengal free acid Chemical compound OC(=O)C1=C(Cl)C(Cl)=C(Cl)C(Cl)=C1C1=C2C=C(I)C(=O)C(I)=C2OC2=C(I)C(O)=C(I)C=C21 VDNLFJGJEQUWRB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000000454 talc Substances 0.000 claims description 3
- 229910052623 talc Inorganic materials 0.000 claims description 3
- RBTBFTRPCNLSDE-UHFFFAOYSA-N 3,7-bis(dimethylamino)phenothiazin-5-ium Chemical compound C1=CC(N(C)C)=CC2=[S+]C3=CC(N(C)C)=CC=C3N=C21 RBTBFTRPCNLSDE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- XBDYBAVJXHJMNQ-UHFFFAOYSA-N Tetrahydroanthracene Natural products C1=CC=C2C=C(CCCC3)C3=CC2=C1 XBDYBAVJXHJMNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052626 biotite Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229960000956 coumarin Drugs 0.000 claims description 2
- 235000001671 coumarin Nutrition 0.000 claims description 2
- 150000001913 cyanates Chemical class 0.000 claims description 2
- GVEPBJHOBDJJJI-UHFFFAOYSA-N fluoranthrene Natural products C1=CC(C2=CC=CC=C22)=C3C2=CC=CC3=C1 GVEPBJHOBDJJJI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- KWLMIXQRALPRBC-UHFFFAOYSA-L hectorite Chemical compound [Li+].[OH-].[OH-].[Na+].[Mg+2].O1[Si]2([O-])O[Si]1([O-])O[Si]([O-])(O1)O[Si]1([O-])O2 KWLMIXQRALPRBC-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 229910000271 hectorite Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 150000002825 nitriles Chemical class 0.000 claims description 2
- 125000002080 perylenyl group Chemical group C1(=CC=C2C=CC=C3C4=CC=CC5=CC=CC(C1=C23)=C45)* 0.000 claims description 2
- CSHWQDPOILHKBI-UHFFFAOYSA-N peryrene Natural products C1=CC(C2=CC=CC=3C2=C2C=CC=3)=C3C2=CC=CC3=C1 CSHWQDPOILHKBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- IEQIEDJGQAUEQZ-UHFFFAOYSA-N phthalocyanine Chemical compound N1C(N=C2C3=CC=CC=C3C(N=C3C4=CC=CC=C4C(=N4)N3)=N2)=C(C=CC=C2)C2=C1N=C1C2=CC=CC=C2C4=N1 IEQIEDJGQAUEQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- YYMBJDOZVAITBP-UHFFFAOYSA-N rubrene Chemical compound C1=CC=CC=C1C(C1=C(C=2C=CC=CC=2)C2=CC=CC=C2C(C=2C=CC=CC=2)=C11)=C(C=CC=C2)C2=C1C1=CC=CC=C1 YYMBJDOZVAITBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- IFLREYGFSNHWGE-UHFFFAOYSA-N tetracene Chemical compound C1=CC=CC2=CC3=CC4=CC=CC=C4C=C3C=C21 IFLREYGFSNHWGE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229960000907 methylthioninium chloride Drugs 0.000 claims 1
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 7
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 6
- 239000000047 product Substances 0.000 description 6
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 6
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 5
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 5
- JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N Pyridine Chemical compound C1=CC=NC=C1 JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 4
- IZUPBVBPLAPZRR-UHFFFAOYSA-N pentachlorophenol Chemical compound OC1=C(Cl)C(Cl)=C(Cl)C(Cl)=C1Cl IZUPBVBPLAPZRR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 4
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N Benzene Chemical compound C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000006552 photochemical reaction Methods 0.000 description 3
- LINPIYWFGCPVIE-UHFFFAOYSA-N 2,4,6-trichlorophenol Chemical compound OC1=C(Cl)C=C(Cl)C=C1Cl LINPIYWFGCPVIE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ROFVEXUMMXZLPA-UHFFFAOYSA-N Bipyridyl Chemical compound N1=CC=CC=C1C1=CC=CC=N1 ROFVEXUMMXZLPA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M Sodium bicarbonate Chemical compound [Na+].OC([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YKTSYUJCYHOUJP-UHFFFAOYSA-N [O--].[Al+3].[Al+3].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] Chemical compound [O--].[Al+3].[Al+3].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] YKTSYUJCYHOUJP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 2
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052909 inorganic silicate Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009830 intercalation Methods 0.000 description 2
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- UMJSCPRVCHMLSP-UHFFFAOYSA-N pyridine Natural products COC1=CC=CN=C1 UMJSCPRVCHMLSP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- YOETUEMZNOLGDB-UHFFFAOYSA-N 2-methylpropyl carbonochloridate Chemical compound CC(C)COC(Cl)=O YOETUEMZNOLGDB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CSDQQAQKBAQLLE-UHFFFAOYSA-N 4-(4-chlorophenyl)-4,5,6,7-tetrahydrothieno[3,2-c]pyridine Chemical compound C1=CC(Cl)=CC=C1C1C(C=CS2)=C2CCN1 CSDQQAQKBAQLLE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 1
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010034972 Photosensitivity reaction Diseases 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical class [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003242 anti bacterial agent Substances 0.000 description 1
- 229940088710 antibiotic agent Drugs 0.000 description 1
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 1
- 239000003093 cationic surfactant Substances 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 1
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 description 1
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 230000002687 intercalation Effects 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940094522 laponite Drugs 0.000 description 1
- 231100001231 less toxic Toxicity 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- XCOBTUNSZUJCDH-UHFFFAOYSA-B lithium magnesium sodium silicate Chemical compound [Li+].[Li+].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[Na+].[Na+].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].O1[Si](O2)([O-])O[Si]3([O-])O[Si]1([O-])O[Si]2([O-])O3.O1[Si](O2)([O-])O[Si]3([O-])O[Si]1([O-])O[Si]2([O-])O3.O1[Si](O2)([O-])O[Si]3([O-])O[Si]1([O-])O[Si]2([O-])O3.O1[Si](O2)([O-])O[Si]3([O-])O[Si]1([O-])O[Si]2([O-])O3.O1[Si](O2)([O-])O[Si]3([O-])O[Si]1([O-])O[Si]2([O-])O3.O1[Si](O2)([O-])O[Si]3([O-])O[Si]1([O-])O[Si]2([O-])O3 XCOBTUNSZUJCDH-UHFFFAOYSA-B 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- MCTALTNNXRUUBZ-UHFFFAOYSA-N molport-000-691-724 Chemical class [Pd+2].C12=CC=CC=C2C(N=C2[N-]C(C3=CC=CC=C32)=N2)=NC1=NC([C]1C=CC=CC1=1)=NC=1N=C1[C]3C=CC=CC3=C2[N-]1 MCTALTNNXRUUBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 125000002370 organoaluminium group Chemical group 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007539 photo-oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001782 photodegradation Methods 0.000 description 1
- 238000005950 photosensitized reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003504 photosensitizing agent Substances 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 1
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000027756 respiratory electron transport chain Effects 0.000 description 1
- 238000001223 reverse osmosis Methods 0.000 description 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000001235 sensitizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 150000003384 small molecules Chemical class 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 229910000030 sodium bicarbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000017557 sodium bicarbonate Nutrition 0.000 description 1
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000000108 ultra-filtration Methods 0.000 description 1
- 239000003643 water by type Substances 0.000 description 1
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 1
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Landscapes
- Catalysts (AREA)
Description
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest zastosowanie fotokatalizatorów hybrydowych opartych na glinokrzemianach warstwowych do degradacji zanieczyszczeń.
Postępujące zanieczyszczenie środowiska naturalnego człowieka staje się coraz większym problemem, który, jeśli pozostanie nierozwiązany, będzie negatywnie wpływał na długość i jakość życia człowieka. Ogromne znaczenie ma tu skażenie wody, w szczególności wody pitnej, które może już wkrótce stać się czynnikiem ograniczającym rozwój cywilizacyjny zarówno w skali globalnej, jak i poszczególnych państw, szczególnie tych mniej zasobnych w wodę.
Opracowanie uniwersalnej i taniej w stosowaniu metody oczyszczania wody jest z jednej strony bardzo pożądane, z drugiej jednak niezwykle trudne, zważywszy na różnorodność podstawowych zanieczyszczeń wody, do których należą m.in. metale ciężkie, związki organiczne (pestycydy, chlorowane związki aromatyczne, antybiotyki, surfaktanty) oraz bakterie.
Metody oczyszczania wody są bardzo różnorodne. Są one m.in. oparte na takich procesach jak odwrócona osmoza, wymiana jonowa, adsorpcja, ultrafiltracja, destylacja i fotoutlenianie. Większość z nich posiada jednak szereg ograniczeń, wśród których głównymi są energochłonność i niska wydajność.
Metoda fotokatalitycznego oczyszczania wody jest stosowana od lat 70-tych. Jej podstawową zaletą jest wykorzystywanie odnawialnej i nie niosącej ze sobą skażenia środowiska energii słonecznej. W przeciwieństwie do innych metod, które prowadzą do przeniesienia zanieczyszczeń z jednego ośrodka do drugiego, fotokatalityczne oczyszczanie wody prowadzi do przekształcenia zanieczyszczeń w nieszkodliwe związki. Jest również metodą dość uniwersalną, mogącą unieszkodliwiać różne typy zanieczyszczeń. Najczęściej stosuje się tu materiały półprzewodnikowe oparte na TiO2, choć badane są również te oparte na ZnO, Fe2O3, CdS i ZnS. Fotokatalizatory te są stosowane do fotokatalitycznego utleniania organicznych zanieczyszczeń wody, choć znane są również mechanizmy ich działania polegające na redukcyjnej degradacji tych zanieczyszczeń oraz usuwania metali ciężkich. Ich wadą jest fakt, że fotokatalizowane przez nie reakcje w większości wymagają naświetlania promieniowaniem ultrafioletowym.
Znane są glinokrzemiany warstwowe, takie jak kaolinit, montmorylonit (bentonit), mika i talk. W minerałach tych występują warstwy zbudowane z połączonych tetraedrycznych grup SiO4. Warstwa tetraedrycznych grup SiO4 jest połączona z warstwą jonów Al3+ skoordynowanych z sześcioma atomami tlenu tworzących ugrupowania oktaedryczne. Warstwy te są ułożone równolegle względem siebie tworząc stosy. Rozmiar poprzeczny warstwy jest rzędu kilkuset nanometrów, a odległości między nimi wynoszą około 1 nm, dlatego też minerały te nazywane są również nanoglinkami. Ponieważ część jonów Al3+ jest podstawiona jonami o mniejszym ładunku dodatnim (Mg2+, Fe2+), warstwa ma ładunek ujemny, który jest kompensowany poprzez jony znajdujące się w przestrzeniach pomiędzy warstwami (czyli w tzw. galeriach), takie jak Na+, Li+, Mg2+ lub Ca2+. Jony te można łatwo wymieniać na inne kationy na drodze wymiany jonowej. Wymiana ich na kationy organiczne takie jak surfaktanty kationowe jest podstawą otrzymywania organicznie zmodyfikowanych glin (organoglin), m.in. organicznie zmodyfikowanego montmorylonitu, którego przykładem jest komercyjnie dostępny Cloisite 30B. Organogliny posiadają bardzo małą energię powierzchniową, dlatego łańcuchy polimerów i cząsteczki monomerów mogą łatwo interkalować pomiędzy warstwy organoglin.
Znane są fotokatalizatory otrzymane poprzez interkalację małocząsteczkowego chromoforu pomiędzy warstwy glinokrzemianu. Opisano ftalocyjaniny interkalowane do organicznie zmodyfikowanego bentonitu, zastosowanego do utleniania fenolu [„Photosensitized oxidation of substituted phenols on aluminum phthalocyanine-intercalated organoclay Environ.Sci.Technol. 2005, 39(2), 651-6571], laponit, do którego wprowadzono chromofor będący kompleksem bipirydyny z jonami Fe2+ zastosowany do degradacji zanieczyszczeń organicznych [„Photocatalytic degradation of organic pollutants catalyzed by layered iron(II) bipyridine complex-clay hybrid under visible irradiation, Cheng, M.; Ma, W.; Chen, C; Yao, J.; Zhao, J. Appl.Catal. B: Environ. 2006, 65(3-4), 217-226], organicznie zmodyfikowany bentonit zawierający sulfonowaną pochodną ftalocyjaniny palladu zastosowany do degradacji 2,4,6-trichlorofenolu [Enhanced photodegradation of 2,4,6-trichlorophenol over palladium phthalocyaninesulfonate modified organobentonite, Xiong, Z.; Xu, Y.; Zhu, L.; Zhao, J. Langmuir 2005, 21(23), 10602-10607] i montmorylonit zawierający jony żelaza, który podczas naświetlania produkuje rodniki hydroksylowe zdolne do utleniania benzenu [Photochemical formation of hydroxyl radicals catalyzed by montmorillonite, Wu, F.; Li, J.; Peng, Z.; Deng, N. Chemosphere 2008, 72(3), 407-413]. Fotokatalizatory te zawierają jednak metale ciężkie, które mogą przedostać się do środowiska.
PL 217 645 B1
W przypadku zastosowania w metodzie fotokatalitycznego oczyszczania wody jest to wada dyskwalifikująca.
Istotą wynalazku jest zastosowanie fotokatalizatora hybrydowego niezawierającego metali ciężkich, który stanowi glinokrzemian warstwowy ewentualnie organicznie zmodyfikowany, z wprowadzonym do galerii glinokrzemianu co najmniej jednym organicznym chromoforem zdolnym do absorpcji światła widzialnego i/lub ultrafioletowego i sensybilizacji reakcji fotochemicznych, którym jest związek zawierający co najmniej jedną grupę chromoforową wybraną z ugrupowań porfiryny, różu bengalskiego, antracenu, pyrenu, perylenu, tetracenu, rubrenu, naftalenu, ftalocyjaniny, kumaryny i błękitu metylenowego, do fotokatalitycznej degradacji zanieczyszczeń wody.
Korzystnie fotokatalizatory stosuje się do usuwania zanieczyszczeń organicznych, zwłaszcza fenolu, pochodnych fenolu, chlorowanych związków aromatycznych, pestycydów, skondensowanych związków aromatycznych, przez ich fotokatalityczną degradację. Fotokatalizatory stosuje się także do usuwania cyjanków poprzez ich fotokatalityczne utlenianie do cyjanianów.
Korzystnie organiczny chromofor jest kowalencyjnie związany z kationem organicznym obecnym pomiędzy warstwami glinokrzemianu.
Korzystnie jako glinokrzemian warstwowy fotokatalizator zawiera montmorylonit, kaolinit, hektoryt, biotyt, mikę, talk, lub bentonit.
Korzystnie jako glinokrzemian warstwowy fotokatalizator zawiera montmorylonit organicznie zmodyfikowany przez wprowadzenie kationów amoniowych pomiędzy warstwy glinokrzemianowe, określony wzorem 1.
Korzystnie jako związek z ugrupowaniem porfiryny stosuje się mezo-tetra(4-karboksyfenylo)porfinę (4CP), określoną wzorem 2.
Fotokatalizatory hybrydowe z glinokrzemianu warstwowego, niezmodyfikowanego lub zmodyfikowanego organicznie otrzymuje się sposobem polegającym na reakcji małocząsteczkowego związku posiadającego w swojej strukturze fotoaktywny chromofor z kationem organicznym wprowadzonym uprzednio pomiędzy warstwy glinokrzemianu. Reakcję można prowadzić w rozpuszczalniku, w którym rozpuszczalny jest związek zawierający chromofor.
Korzystnie w reakcji małocząsteczkowego związku z kationem stosuje się katalizator.
Stwierdzono, że fotokatalizatory hybrydowe według wynalazku wydajnie degradują zanieczyszczenia wody na drodze utleniania tlenem singletowym oraz wskutek fotoindukowanego przeniesienia elektronu. Procesy te mogą przebiegać pod wpływem naświetlania światłem z zakresu bliskiego ultrafioletu lub widzialnym.
Jako najkorzystniejszy glinokrzemian warstwowy w fotokatalizatorach stosuje się montmorylonit organicznie zmodyfikowany kationami amoniowymi, zawierającymi grupy hydroksylowe, które łatwo można podstawić chromoforami organicznymi. Dzięki kowalencyjnemu związaniu małocząsteczkowego chromoforu z glinokrzemianem można umieścić w glinokrzemianie znacznie większą ilość chromoforu, niż w przypadku zwykłej interkalacji takiego samego związku.
Najkorzystniejszym chromoforem porfirynowym jest mezo-tetra(4-karboksyfenylo)porfina (4CP) ze względu na fakt, że chromofor ten absorbuje światło widzialne, jest sensybilizatorem tlenu singletowego, nie zawiera atomu metalu (w przeciwieństwie do chromoforów stosowanych do uzyskania podobnych fotokatalizatorów glinokrzemianowych), zawiera natomiast cztery grupy karboksylowe, dzięki którym cząsteczka ta może być immobilizowana.
Do glinokrzemianu można wprowadzić więcej niż jeden typ chromoforu, np. chromofor naftalenowy i chromofor różu bengalskiego. Obydwa te chromofory są fotosensybilizatorami tlenu singletowego. Ponieważ róż bengalski absorbuje w zakresie widzialnym, a naftalen w zakresie UV, dzięki takiemu składowi zapewniającemu absorpcję w bardzo szerokim zakresie spektralnym możliwe jest pełniejsze wykorzystanie energii promieniowania słonecznego do przeprowadzania fotosensybilizowanych reakcji.
Zastosowanie fotokatalizatorów według wynalazku w fotokatalitycznej metodzie oczyszczania wody łączy w sobie zalety dwóch wcześniej wymienionych metod: fotochemicznej, której zaletą jest fakt, że źródłem energii, potrzebnej do przeprowadzenia fotochemicznej reakcji degradacji zanieczyszczenia jest w niej promieniowanie słoneczne oraz metody adsorpcyjnej, prowadzącej do fizycznego usunięcia zanieczyszczenia z wody. Jako główny materiał stosuje się glinokrzemiany, których zasadniczą zaletą jest to, iż są tanie, powszechnie dostępne i nietoksyczne. Glinokrzemiany ulegają samorzutnej separacji z zawiesin wodnych w wyniku sedymentacji, co ułatwia ich oddzielenie po przeprowadzeniu fotoreakcji, w przeciwieństwie do fotokatalizatorów rozpuszczalnych w wodzie i przez to trudnych do usunięcia.
PL 217 645 B1
Ważne jest, że chromofory nie zawierają skompleksowanych jonów metali, w przeciwieństwie do podobnych otrzymanych do tej pory fotokatalizatorów.
Przedmiot wynalazku został bliżej przedstawiony w przykładach.
W przykładach wykorzystano następujące materiały i odczynniki: Cloisite 30B, który jest komercyjnie dostępnym montmorylonitem zmodyfikowanym poprzez wprowadzenie kationów amoniowych (C30B, Southern Clay Products, USA), montmorylonit K5 (Aldrich), mezo-tetra(4-karboksyfenylo)porfina (Porphyrin Products, Inc.), dimetylosulfotlenek (DMSO, cz.d.a, POCh Gliwice), dimetyloformamid (DMF, cz.d.a. POCh Gliwice), metanol (cz.d.a., Lach-Ner), pirydyna (cz.d.a., Lach-Ner), chloromrówczan izobutylu (98%, Aldrich), wodorek wapnia (90-95%, Aldrich), wodorowęglan sodowy (cz.d.a., POCh Gliwice), węglan sodowy (cz.d.a., POCh Gliwice), pentachlorofenol (PCP, 99%, Aldrich) zostały użyte bez oczyszczania. Fenol (czysty, POCh Gliwice) został oczyszczony przez krystalizację w heksanie. Wykorzystano spektrofotometr UV-Vis Hewlett-Packard 8452A z linijką diodową i chromatograf cieczowy Waters z detektorem PDA. Naświetlania próbek przeprowadzono używając lampy ksenonowej wyposażonej w odpowiednie filtry.
P r z y k ł a d 1.
Synteza fotokatalizatora glinokrzemianowego zawierającego chromofory porfirynowe (C30B-4CP)
Syntezę przeprowadzono w kolbie trójszyjnej w atmosferze azotu. 50 mg mezo-tetra(4-karboksyfenylo)porfiny (4CP) rozpuszczono w 5 ml suchego DMSO, dodano katalizatory, tj. 120 μΐ pirydyny oraz 30 μl chloromrówczanu izobutylu i po 5 minutach dodano zawiesinę 0.5 g Cloisite 30 B w 15 ml suchego DMSO. Mieszaninę reakcyjną mieszano w temperaturze 70°C przez 4 godziny. Otrzymany produkt odsączono na lejku Bϋchnera ze spiekiem i przemywano metanolem, aż do uzyskania przezroczystego przesączu , po czym produkt wysuszono w suszarce próżniowej. Otrzymano zielony proszek.
P r z y k ł a d 2
Badania nad fotokatalizatorem glinokrzemianowym zawierającym chromofory porfirynowe
Zbadano możliwość zastosowania fotokatalizatora C30B-4CP do fotochemicznego usuwania zanieczyszczeń wody będących pochodnymi fenolu. Do badań nad fotokatalitycznymi właściwościami C30B-4CP wybrano fenol jako modelowe zanieczyszczenie wody. W kontrolnym eksperymencie wykazano, że fenol naświetlany promieniowaniem o długości fali λ > 380 nm (a zatem nieabsorbowanym przez fenol) w obecności C30B nie zawierającego 4CP praktycznie nie ulega reakcjom fotochemicznym (Fig. 1a Widma fenolu (cfenol = 7.3x10-4 M) naświetlanego promieniowaniem o długości fali λ > 380 w nieobecności C30B-4CP przez 0 (linia ciągła) i 240 min (linia przerywana).
Natomiast widma fenolu naświetlanego w obecności C30B-4CP wykazują wyraźne zmiany, polegające na wzroście absorpcji w zakresie UV i widzialnym. Wzrost ten jest większy w zakresie krótkofalowym. Tego typu zmiany w widmie fenolu są charakterystyczne dla produktów jego utleniania (Fig. 1b Widma fenolu (cfenol = 7.3x10-4 M) naświetlanego promieniowaniem o długości fali λ > 380 w obecności 1.0 g/l C30B-4CP przez 0, 30, 60, 150 i 240 min). Produkty utleniania fenolu i jego pochodnych są znacznie mniej toksyczne i łatwo ulegają dalszej degradacji w warunkach środowiska naturalnego.
Claims (8)
1. Zastosowanie fotokatalizatora hybrydowego niezawierającego metali ciężkich, który stanowi glinokrzemian warstwowy, ewentualnie organicznie zmodyfikowany, z wprowadzonym do galerii glinokrzemianu co najmniej jednym organicznym chromoforem, którym jest związek zawierający co najmniej jedną grupę chromoforową wybraną z ugrupowań porfiryny, różu bengalskiego, antracenu, pyrenu, perylenu, tetracenu, rubrenu, naftalenu, ftalocyjaniny, kumaryny i błękitu metylenowego, do fotokatalitycznej degradacji zanieczyszczeń wody.
2. Zastosowanie według zastrz. 1, znamienne tym, że fotokatalizator stosuje się do fotokatalitycznej degradacji zanieczyszczeń organicznych.
3. Zastosowanie według zastrz. 1, znamienne tym, że fotokatalizator stosuje się do fotokatalitycznej degradacji fenolu, pochodnych fenolu, chlorowanych związków aromatycznych, pestycydów, skondensowanych związków aromatycznych.
4. Zastosowanie według zastrz. 1, znamienne tym, że fotokatalizator stosuje się do usuwania cyjanków poprzez ich fotokatalityczne utlenianie do cyjanianów
PL 217 645 B1
5. Zastosowanie według zastrz. 1, znamienne tym, że fotokatalizator zawiera organiczny chromofor kowalencyjnie związany z kationem organicznym obecnym pomiędzy warstwami glinokrzemianu.
6. Zastosowanie według zastrz. 1, znamienne tym, że fotokatalizator jako glinokrzemian warstwowy zawiera montmorylonit, kaolinit, hektoryt, biotyt, mikę, talk, lub bentonit.
7. Zastosowanie według zastrz. 6, znamienne tym, że fotokatalizator jako glinokrzemian warstwowy zawiera montmorylonit organicznie zmodyfikowany przez wprowadzenie kationów amoniowych pomiędzy warstwy glinokrzemianowe.
8. Zastosowanie według zastrz. 1, znamienne tym, że fotokatalizator zawiera mezo-tetra(4-karboksyfenylo)porfinę jako organiczny chromofor.
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL387345A PL217645B1 (pl) | 2009-02-25 | 2009-02-25 | Zastosowanie fotokatalizatorów hybrydowych |
| PCT/PL2010/000016 WO2010098684A2 (en) | 2009-02-25 | 2010-02-24 | Hybrid photocatalysts, the method of their synthesis and use |
| EP10737643.6A EP2401070B1 (en) | 2009-02-25 | 2010-02-24 | Hybrid photocatalysts, the method of their synthesis and use |
| US13/217,946 US8741156B2 (en) | 2009-02-25 | 2011-08-25 | Hybrid photocatalysts, the method of their synthesis and use |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL387345A PL217645B1 (pl) | 2009-02-25 | 2009-02-25 | Zastosowanie fotokatalizatorów hybrydowych |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL387345A1 PL387345A1 (pl) | 2010-08-30 |
| PL217645B1 true PL217645B1 (pl) | 2014-08-29 |
Family
ID=42679635
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL387345A PL217645B1 (pl) | 2009-02-25 | 2009-02-25 | Zastosowanie fotokatalizatorów hybrydowych |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL217645B1 (pl) |
-
2009
- 2009-02-25 PL PL387345A patent/PL217645B1/pl unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL387345A1 (pl) | 2010-08-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Nath et al. | Engineered synthesis of hierarchical porous organic polymers for visible light and natural sunlight induced rapid degradation of azo, thiazine and fluorescein based dyes in a unique mechanistic pathway | |
| Wang et al. | Facile synthesis of N-doped carbon dots/g-C3N4 photocatalyst with enhanced visible-light photocatalytic activity for the degradation of indomethacin | |
| Hassan et al. | Oxidative decolorization of Acid Red 1 solutions by Fe–zeolite Y type catalyst | |
| Zyoud et al. | Self-sensitization of tetracycline degradation with simulated solar light catalyzed by ZnO@ montmorillonite | |
| Albay et al. | New dye sensitized photocatalysts: Copper (II)-phthalocyanine/TiO2 nanocomposite for water remediation | |
| Patar et al. | Fabrication of CoFe2O4/sulphonated graphene oxide antibacterial nanohybrid and evaluation of its enhanced photocatalytic activity, mechanism and pathway of degradation of textile dyes | |
| Khiar et al. | Ni2+ grafted Ag3PO4: enhanced photocatalytic performance under visible light | |
| Sultana et al. | Facile synthesis of TiO2/Chitosan nanohybrid for adsorption-assisted rapid photodegradation of an azo dye in water | |
| Patra et al. | Inorganic nanotubes with permanent wall polarization as dual photo-reactors for wastewater treatment with simultaneous fuel production | |
| Zourou et al. | Graphene oxide–MnFe2O4 nanohybrid material as an adsorbent of Congo red dye | |
| Prashanna Suvaitha et al. | Isotherms, kinetics, and thermodynamics adsorption of sunset yellow, indigo carmine, titan yellow, and orange G with polyvinylpyrrolidone-aminopropyl-SBA-15 Schiff base | |
| Nekooei et al. | Cellulose-wrapped graphene oxide as efficient adsorbents for pharmaceutical contaminants | |
| Popoola et al. | Organophilic clays for efficient removal of eosin Y dye properties | |
| Drozd et al. | Porphyrin–nanoclay photosensitizers for visible light induced oxidation of phenol in aqueous media | |
| Ramakrishnan et al. | Remarkable enhancement of the photoreactivity of a polyfluoroalkyl azobenzene derivative in an organic–inorganic nano-layered microenvironment | |
| Bai et al. | Photocatalytic degradation of thiamethoxam with a ternary organic/inorganic composite triggered by cucurbit [7] uril-block | |
| Roy et al. | Ceria-decorated zeolite nanocomposite for synergistic adsorption and photocatalytic degradation of caffeine | |
| Xiao et al. | Rapid and selective degradation of rhodamine B applying by a cobalt containing three-dimensional metal-organic framework | |
| Liu et al. | Tuning molecular polarity of covalent organic frameworks for ultrafast visible light photocatalytic water purification | |
| Mengting et al. | Fabrication, characterization, and application of BiOI@ ZIF-8 nanocomposite for enhanced photocatalytic degradation of acetaminophen from aqueous solutions under UV–vis irradiation | |
| Drozd et al. | Photoactive polymer–nanoclay hybrid photosensitizer for oxidation of phenol in aqueous media with the visible light | |
| EP2401070B1 (en) | Hybrid photocatalysts, the method of their synthesis and use | |
| Saikia et al. | Intercalation of azo dyes in ni-al layered double hydroxides | |
| PL217645B1 (pl) | Zastosowanie fotokatalizatorów hybrydowych | |
| Demir et al. | The effective polymeric macromolecule as peroxymonosulfate activator as an alternative to metal oxides in the treatment of organic dye pollutants |