PL233637B1 - Sposob otrzymywania fotokatalizatorow na bazie ditlenku tytanu modyfikowanego zredukowana forma tlenku grafenu - Google Patents

Sposob otrzymywania fotokatalizatorow na bazie ditlenku tytanu modyfikowanego zredukowana forma tlenku grafenu Download PDF

Info

Publication number
PL233637B1
PL233637B1 PL421652A PL42165217A PL233637B1 PL 233637 B1 PL233637 B1 PL 233637B1 PL 421652 A PL421652 A PL 421652A PL 42165217 A PL42165217 A PL 42165217A PL 233637 B1 PL233637 B1 PL 233637B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
titanium dioxide
graphene oxide
reduced form
rgo
obtaining
Prior art date
Application number
PL421652A
Other languages
English (en)
Other versions
PL421652A1 (pl
Inventor
Waldemar Antoni Morawski
Agnieszka Maria Wanag
Joanna Kapica-Kozar
Ewelina Kusiak-Najman
Lukasz Kowalczyk
Original Assignee
Zachodniopomorski Univ Technologiczny W Szczecinie
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zachodniopomorski Univ Technologiczny W Szczecinie filed Critical Zachodniopomorski Univ Technologiczny W Szczecinie
Priority to PL421652A priority Critical patent/PL233637B1/pl
Publication of PL421652A1 publication Critical patent/PL421652A1/pl
Publication of PL233637B1 publication Critical patent/PL233637B1/pl

Links

Landscapes

  • Catalysts (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest sposób otrzymywania fotokatalizatorów, na bazie ditlenku tytanu modyfikowanego zredukowaną formą tlenku grafenu z wykorzystaniem metody hydrotermalnej. Przedmiotowy sposób charakteryzuje się tym, że ditlenek tytanu w postaci proszku uciera się ze zredukowaną formą tlenku grafenu i poddaje obróbce hydrotermalnej w temperaturze 180°C w autoklawie w obecności 2-propanolu, przez 4 godziny w warunkach ciśnienia autogenicznego, a następnie przez 1 godzinę w tej samej temperaturze pod ciśnieniem atmosferycznym. Stosunek masowy ditlenku tytanu do rGO wynosi od 1:0,01 do 1 :0,1, a ditlenku tytanu do 2-propanolu wynosi 1:0,8. Następnie uzyskany kompozyt poddaje się wygrzewaniu w atmosferze gazu obojętnego w temperaturze 300 - 700°C przez 4 godziny. Korzystnie stosuje się przemysłowy ditlenek tytanu o strukturze anatazu i powierzchni właściwej powyżej 300 m2/g oraz wielkości cząstek do 400 nm oraz komercyjny rGO w postaci płatków. Jako gaz obojętny stosuje się argon, hel, azot.

Description

Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania fotokatalizatorów na bazie ditlenku tytanu modyfikowanego zredukowaną formą tlenku grafenu, przeznaczonych do fotokatalitycznego usuwania zanieczyszczeń z wody, w tym zanieczyszczeń barwnych.
Zanieczyszczenia środowiska wodnego stanowią bardzo poważny problem dzisiejszych czasów. Ciągle zaostrzające się przepisy, dotyczące dopuszczalnych stężeń doprowadziły do konieczności opracowania nowych, przyjaznych dla środowiska metod oczyszczania, przy jednoczesnym zwróceniu uwagi na obniżenie kosztów procesów oraz wzrost ich wydajności. Bardzo obiecującą i jednocześnie szeroko badaną metodą jest proces fotokatalizy, który mógłby stanowić uzupełnienie ogólnego procesu oczyszczania wody i ścieków. Ze względu na swoje właściwości takie jak: nieszkodliwość dla organizmów żywych, niski koszt, stabilność chemiczna i fizyczna oraz wysoka reaktywność, ditlenek tytanu jest najpowszechniej używanym fotokatalizatorem. Od wielu lat prowadzone są badania mające na celu polepszenie wydajności fotokatalitycznej TiO2. Dużo uwagi poświęca się na otrzymanie takiego fotokatalizatora, który będzie wykazywał wysoką aktywność w zakresie promieniowania widzialnego. W tym celu przeprowadza się liczne modyfikacje TiO2 za pomocą różnych związków. Najczęściej stosuje się domieszkowanie TiO2 jonami niemetali (np. węglem, azotem, siarką, fosforem) lub metali (np. żelazem, wolframem, niklem, kobaltem).
Jedną z bardziej obiecujących i szeroko badanych metod otrzymywania fotokatalizatoró w wykazujących aktywność fotokatalityczną w świetle widzialnym jest modyfikacja TiO2 za pomocą węgla. W celu otrzymania materiałów TiO2/węgiel jako źródło węgla wykorzystywane są związki pochodzenia organicznego jak i nieorganicznego. Obecnie ze względu na unikalne właściwości chemiczne, strukturalne i elektryczne wiele uwagi skupia się na wykorzystaniu grafenu jako źródła węgla w modyfikacji TiO2. Grafen tworzy dwuwymiarowe płaszczyzny o dużej powierzchni właściwej. Ze względu na tworzenie się wzajemnej interakcji pomiędzy orbitalem d w cząsteczce TiO2 i orbitalem π grafenu stanowi doskonały materiał do łączenia z TiO2. Badania wykazały, że grafen może służyć jako akceptor elektronów wybitych z pasma walencyjnego, dzięki czemu ograniczona zostaje rekombinacja pary elektron-dziura, a tym samym zwiększa się aktywność fotokatalizatora (G. Wiliams., B. Segar., P.V. Kamat, ACSNano 2 (2008) 1487-1491).
Materiały TiO2/rGO dotychczas otrzymywane były różnymi metodami. Z publikacji (Y. Liu, RSC Adv. 4 (2014) 36040) znany jest sposób otrzymywania takiego materiału metodą hydrotermalną poprzez zmieszanie amorficznego ditlenku tytanu z zdyspergowanym (metodą ultradźwiękową) roztworem tlenku grafenu, a następnie poddanie otrzymanej homegenicznej zawiesiny obróbce hydrotermalnej w autoklawie ciśnieniowym. Znane są także inne metody: solwotermalna (D. He, Y. Li, J. Wang, Y. Yang, Q. An, App. Microscopy 46(1) (2016) 37-44), metoda osadzania z fazy ciekłej (L.M. Pastrana-Martineza, S. Morales-Torresa, V. Likodimosb, J.L. Figueiredo, J.L. Fariaa, P. Falarasb, A.M.T. Silva, App. Catal. B 241 (2012) 123-134), mieszanie TiO2 irGO (N. J. Bell, Y. H. Ng, A. Du, H. Coster, S. C. Smith., R. Amal, J. Phys.Chem.C 115 (2011) 6004-6009), metoda zol-żel (A. Morais, C. Longo, J. R. Araujo, M. Barroso, J. R. Durrant, A. F. Nogueira, Phys. Chem. Chem. Phys. 18 (2016) 2608-26160) czy metoda impregnacji (S. G. Babu, R. Vinoth, D. P. Kumar, M. V. Shankar, H. Chou, K. Vinodgopal, B. Neppolian, Nanoscale 7 (2015) 7849-7857). Z opisu patentowego PL 225794 znany jest sposób modyfikacji ditlenku tytanu zredukowanym tlenkiem grafenu przy wykorzystaniu metody mokrej impregnacji, która charakteryzuje się tym, że proszkowy ditlenek tytanu miesza się z proszkowym zredukowanym tlenkiem grafenu w roztworze 1-butanolu. Stosunek ditlenku tytanu do 1-butanolu wynosi 1:20, a stosunek wagowy zredukowanego tlenku grafenu do ditlenku tytanu od 0,1 do 0,5%. Całość poddaje się homogenizacji przy wykorzystaniu ultradźwięków i suszy się w temperaturze 100°C przez 24 godziny. Stosuje się ditlenek tytanu o rozwiniętej powierzchni właściwej, powyżej 300 m2/g i wielkości cząstek do 400 nm.
Sposób otrzymywania fotokatalizatorów, według wynalazku, na bazie ditlenku tytanu modyfikowanego zredukowaną formą tlenku grafenu z wykorzystaniem metody hydrotermalnej, charakteryzuje się tym, że ditlenek tytanu w postaci proszku uciera się ze zredukowaną formą tlenku grafenu i poddaje obróbce hydrotermalnej w temperaturze 180°C w autoklawie w obecności 2-propanolu, przez 4 godziny w warunkach ciśnienia autogenicznego, a następnie przez 1 godzinę w tej samej temperaturze pod ciśnieniem atmosferycznym. Stosunek masowy ditlenku tytanu do rGO wynosi od 1:0,01 do 1:0,1, a stosunek masowy ditlenku tytanu do 2-propanolu wynosi 1:0,8. Następnie uzyskany kompozyt poddaje się wygrzewaniu w atmosferze gazu obojętnego w temperaturze 300-700°C przez 4 godziny.
PL 233 637 Β1
Korzystnie stosuje się przemysłowy ditlenek tytanu o strukturze anatazu i powierzchni właściwej powyżej 300 m2/g oraz wielkości cząstek do 400 nm oraz komercyjny rGO w postaci płatków.
Najkorzystniejszą temperaturą wygrzewania w atmosferze gazu obojętnego kompozytu zawierającego 1% masowy rGO jest 700°C, natomiast dla kompozytów zawierających powyżej 1% masowego rGO najkorzystniej jest prowadzić proces w temperaturze 500°C.
Jako gaz obojętny stosuje się argon, hel, azot, z tym, że rodzaj stosowanego gazu nie wpływa na właściwości otrzymanych materiałów.
Otrzymane według tego wynalazku fotokatalizatory charakteryzują się dobrymi właściwościami fotokatalitycznymi w zakresie promieniowania UV-vis o wysokim natężeniu promieniowania widzialnego. Sposób według wynalazku może być wykorzystany do usuwania różnych zanieczyszczeń z wody, np. zanieczyszczeń barwnych.
Sposób według wynalazku przedstawiony jest w przykładach wykonania. Przykład pierwszy jest przykładem porównawczym, w którym zastosowano ditlenek tytanu stanowiący materiał wyjściowy do modyfikacji. Przykłady od drugiego do czwartego stanowią natomiast przykłady otrzymania fotokatalizatorów według wynalazku oraz ich właściwości foto kata lityczne. Właściwości foto kata lityczne badanych materiałów określono na podstawie stopnia rozkładu zanieczyszczenia modelowego - barwnika tiazynowego błękitu metylenowego. Jako źródło promieniowania zastosowano lampę emitującą promieniowanie UV-vis o wysokim natężeniu promieniowania Vis (żarówka Philips o mocy 60 W). Materiały wyjściowe użyte do otrzymania nowych foto kata lizało rów według wynalazku stanowią: przemysłowy ditlenek tytanu o strukturze anatazu i powierzchni właściwej powyżej 300 m2/g oraz wielkości cząstek do 400 nm, a także komercyjny rGO w postaci płatków. rGO użyty do modyfikacji został otrzymany zmodyfikowaną metodą Hummersa, a następnie zredukowany przy wykorzystaniu hydrazyny.
Przykład 1
W przykładzie przedstawiono foto kata lityczny rozkład barwnika z wykorzystaniem wyjściowego ditlenku tytanu. Proces prowadzono w szklanej zlewce o pojemności 300 ml. Stężenie wyjściowego ditlenku tytanu wynosiło 0,8 g/l, a wodnego roztworu barwnika błękitu metylenowego 5 mg/l. Najpierw mieszaninę reakcyjną poddano procesowi adsorpcji w ciemni przez 30 minut. Stopień adsorpcji wyniósł 3,3%. Po tym czasie włączono lampę i prowadzono proces naświetlania przez 5 godzin. Następnie wyznaczono stopień usunięcia barwnika błękitu metylenowego, który określano na poziomie 14,3%.
Przykład 2 g T1O2 wyjściowego utarto w moździerzu z rGO w stosunku jak pokazano w tabeli 1. Tak przygotowany materiał oraz 2 ml 2-propanolu umieszczono w autoklawie. Proces hydrotermalny prowadzono w 180°C przez 4 godziny w warunkach ciśnienia autogenicznego i dalej w tej samej temperaturze przez 1 godzinę pod ciśnieniem atmosferycznym. Próbkę następnie poddano wygrzewaniu w atmosferze gazu obojętnego (argonu) w temperaturze 300°C przez 4 godziny.
Tak otrzymane fotokatalizatory zastosowano do foto kata litycznego rozkładu błękitu metylenowego. Proces prowadzono w szklanej zlewce o pojemności 300 ml. Stężenie wyjściowego ditlenku tytanu wynosiło 0,8 g/l, a wodnego roztworu barwnika błękitu metylenowego 5 mg/l. Najpierw mieszaninę reakcyjną poddano procesowi adsorpcji w ciemni przez 30 minut. Po tym czasie włączono lampę i prowadzono proces naświetlania przez 5 godzin. Następnie wyznaczono stopień usunięcia barwnika błękitu metylenowego. Wyniki przedstawiono w tabeli 1.
Tabela 1
Stosunek TiO2:rGO Stopień zaadsorbowania barwnika po 30 min (%) Stopień usunięcia barwnika po 5h naświetlania (%)
1:0,01 16,95 15,00
1:0,02 25,30 32,09
1:0,03 31,16 55,77
1:0,04 39,16 70,36
1:0,05 54,12 75,57
1:0,08 78,14 92,74
1:0,1 84,04 91,90
PL 233 637 Β1
Przykład 3
Preparatykę materiałów prowadzono analogicznie jak opisano w przykładzie 2, z tą różnicą, że próbkę poddano wygrzewaniu w atmosferze gazu obojętnego (argonu) w temperaturze 500°C przez 4 godziny.
Tak otrzymany fotokatalizator zastosowano do fotokatalitycznego rozkładu błękitu metylenowego, który prowadzono analogicznie jak w przykładzie 2. Wyniki badań zestawiono w tabeli 2.
Tabela 2
Stosunek TiO2:rGO Stopień zaadsorbowania barwnika po 30 min (%) Stopień usunięcia barwnika po 5h naświetlania (%)
1:0,01 77,00 22,94
1:0,02 28,92 12,48
1:0,03 35,54 62,91
1:0,04 44,68 61,31
1:0,05 64,81 81,78
1:0,08 79,75 92,77
1:0,1 90,7 93,71
Przykład 4
Preparatykę materiałów prowadzono analogicznie jak opisano w przykładzie 2, z tą różnicą, że próbkę poddano wygrzewaniu w atmosferze gazu obojętnego (argonu) w temperaturze 700°C przez 4 godziny.
Tak otrzymany fotokatalizator zastosowano do fotokatalitycznego rozkładu błękitu metylenowego, który prowadzono analogicznie jak w przykładzie 2. Wyniki badań zestawiono w tabeli 3.
Tabela 3
Stosunek TiO2:rGO Stopień zaadsorbowania barwnika po 30 min (%) Stopień usunięcia barwnika po 5h naświetlania (%)
1:0,01 24,84 43,21
1:0,02 33,23 47,42
1:0,03 40,88 63,28
1:0,04 51,24 73,24
1:0,05 56,41 82,66
1:0,08 83,7 91,40
1:0,1 89,96 93,68
Zastrzeżenia patentowe

Claims (4)

  1. Zastrzeżenia patentowe
    1. Sposób otrzymywania fotokatalizatorów na bazie ditlenku tytanu modyfikowanego zredukowaną formą tlenku grafenu z wykorzystaniem metody hydrotermalnej, znamienny tym, że ditlenek tytanu w postaci proszku uciera się ze zredukowaną formą tlenku grafenu i poddaje obróbce hydrotermalnej w temperaturze 180°C w autoklawie w obecności 2-propanolu przez 4 godziny w warunkach ciśnienia autogenicznego, następnie przez 1 godzinę w tej samej temperaturze pod ciśnieniem atmosferycznym, przy czym stosunek masowy ditlenku tytanu do
    PL 233 637 B1 5 rGO wynosi od 1:0,01 do 1:0,1, a ditlenku tytanu do 2-propanolu wynosi 1:0,8, następnie uzyskany kompozyt poddaje się wygrzewaniu w atmosferze gazu obojętnego w temperaturze 300-700°C przez 4 godziny.
  2. 2. Sposób według zastrzeżenia 1 znamienny tym, że stosuje się przemysłowy ditlenek tytanu o strukturze anatazu i powierzchni właściwej powyżej 300 m 2/g oraz wielkości cząstek do 400 nm.
  3. 3. Sposób według zastrzeżenia 1 znamienny tym, że stosuje się komercyjny rGO w postaci płatków.
  4. 4. Sposób według zastrzeżenia 1 znamienny tym, że jako gaz obojętny stosuje się argon, hel, azot.
PL421652A 2017-05-22 2017-05-22 Sposob otrzymywania fotokatalizatorow na bazie ditlenku tytanu modyfikowanego zredukowana forma tlenku grafenu PL233637B1 (pl)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL421652A PL233637B1 (pl) 2017-05-22 2017-05-22 Sposob otrzymywania fotokatalizatorow na bazie ditlenku tytanu modyfikowanego zredukowana forma tlenku grafenu

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL421652A PL233637B1 (pl) 2017-05-22 2017-05-22 Sposob otrzymywania fotokatalizatorow na bazie ditlenku tytanu modyfikowanego zredukowana forma tlenku grafenu

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL421652A1 PL421652A1 (pl) 2018-12-03
PL233637B1 true PL233637B1 (pl) 2019-11-29

Family

ID=64460903

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL421652A PL233637B1 (pl) 2017-05-22 2017-05-22 Sposob otrzymywania fotokatalizatorow na bazie ditlenku tytanu modyfikowanego zredukowana forma tlenku grafenu

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL233637B1 (pl)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
PL245217B1 (pl) * 2020-06-26 2024-06-03 Univ West Pomeranian Szczecin Tech Sposób fotokatalitycznej redukcji CO2

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
PL236323B1 (pl) * 2017-06-20 2020-12-28 Univ West Pomeranian Szczecin Tech Sposób otrzymywania fotoaktywnych kompozytów hybrydowych na bazie ditlenku tytanu i zredukowanej formy grafenu

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
PL245217B1 (pl) * 2020-06-26 2024-06-03 Univ West Pomeranian Szczecin Tech Sposób fotokatalitycznej redukcji CO2

Also Published As

Publication number Publication date
PL421652A1 (pl) 2018-12-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Din et al. Ag-doped nickel ferrites and their composite with rGO: synthesis, characterization, and solar light induced degradation of coloured and colourless effluents
Shinde et al. Photocatalytic degradation of dyes in water by analytical reagent grades ZnO, TiO 2 and SnO 2: A comparative study
Mohanty et al. An efficient ternary photocatalyst Ag/ZnO/g-C3N4 for degradation of RhB and MG under solar radiation
Tahir et al. Large scale production of novel gC 3 N 4 micro strings with high surface area and versatile photodegradation ability
Jothivenkatachalam et al. Facile synthesis of WO 3 with reduced particle size on zeolite and enhanced photocatalytic activity
Dhandole et al. Boosting photocatalytic performance of inactive rutile TiO2 nanorods under solar light irradiation: synergistic effect of acid treatment and metal oxide co-catalysts
Azami et al. N-doped TiO2 synthesised via microwave induced photocatalytic on RR4 dye removal under LED light irradiation
Muruganandham et al. Environmental applications of ZnO materials
Min et al. Lanthanum and boron co-doped BiVO4 with enhanced visible light photocatalytic activity for degradation of methyl orange
Devadi et al. Statistical optimization for photocatalytic degradation of methylene blue by Ag-TiO2 nanoparticles
Kim et al. Facile synthesis of ternary TiO2 NP/Rh & Sb-codoped TiO2 NR/titanate NT composites photocatalyst: Simultaneous removals of Cd2+ ions and Orange (II) dye under visible light irradiation (λ≥ 420 nm)
Desipio et al. Photocatalytic decomposition of paraquat under visible light by carbon nitride and hydrogen peroxide
Qaraah et al. Facile synthesis of flower-like hierarchical N-doped Nb 2 O 5/C nanostructures with efficient photocatalytic activity under visible light
Haruna et al. Visible light induced photodegradation of methylene blue in sodium doped bismuth barium ferrite nanoparticle synthesized by sol-gel method
Rad et al. A Communal experimental and DFT study on structural and photocatalytic properties of nitrogen-doped TiO2
Phuruangrat et al. Photocatalytic activity of ZNO with different morphologies synthesized by a sonochemical method
Gadge et al. TiO2 nanoparticles for Methylene Blue dye degradation: Effect of calcination temperature
PL233637B1 (pl) Sposob otrzymywania fotokatalizatorow na bazie ditlenku tytanu modyfikowanego zredukowana forma tlenku grafenu
Mohamed et al. Doping cadmium oxide into mesoporous zinc oxide matrix for enhanced removal/reduction of Hg (II) Ions
Kaur et al. Visible light driven photo-catalytic degradation of fluoroquinolone antibiotic drug using Bi2WO6 spheres composed of fluffy nanosheets
Anisha et al. Enhanced photocatalytic degradation of azo dye using rare-earth metal doped TiO2 under visible light irradiation
Wang et al. Low temperature hydrothermal synthesis of visible-light-activated I-doped TiO2 for improved dye degradation
Aroob et al. Synergistic effects of the pyrite and graphitic carbon nitride-based bio-polymer composite for enhancing the photocatalytic degradation of reactive red-24 dye
A'srai et al. Copper oxide coupled titanium dioxide (CuO/TiO2) nanocomposite photocatalyst for degradation of methyl orange dye
Fang et al. Disinfection of E. coli using visible-light-driven photocatalyst