Der Einfluss der Kalzinierungstemperatur auf die Eigenschaften von Titandioxid. Grundlagenforschung Untersuchung der Sorption von Farbstoffen an Titandioxid

JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY, 2015, Band 89, Nr. 1. 133-136

PHOTOCHEMIE UND MAGNETOCHEMIE

UDC 544.526.5+549.514.6.352.26

PHOTOKATALYTISCHE AKTIVITÄT UND SORPTIONSEIGENSCHAFTEN VON CALCIUMMODIFIZIERTEM TITANDIOXID © 2015 T.A. Khalyavka, N.N. Tsyba, S.V. Kamyshan, E.I. Kapinus

Nationale Akademie der Wissenschaften der Ukraine, Institut für Sorptions- und Endoökologieprobleme, Kiew

Email: [email protected] Eingegangen beim Herausgeber am 05.02.2014

Es wurden mesoporöse Proben von mit Kalzium modifiziertem Titandioxid synthetisiert. Ihre strukturellen, photokatalytischen und Sorptionseigenschaften wurden untersucht. Es wurde festgestellt, dass sich die modifizierten Proben in ihren Eigenschaften und Eigenschaften von Titandioxid unterscheiden: Die spezifische Oberfläche und das durchschnittliche Porenvolumen nehmen zu, und der durchschnittliche Porenradius nimmt ab; Die photokatalytische und Sorptionsaktivität gegenüber Farbstoffen und Dichromat-Anionen nimmt zu.

Schlüsselwörter: Titandioxid, Calcium, Photokatalyse, Sorption, Farbstoffe, Dichromatanion. DOI: 10.7868/S0044453715010124

Bei der photokatalytischen Methode zur Reinigung wässriger Lösungen von toxischen Substanzen wird in den meisten Fällen Titandioxid verwendet, ein kostengünstiger und ungiftiger Katalysator. Darüber hinaus kann es nach Abschluss der Reaktion leicht durch Filtration oder Zentrifugation von der Lösung abgetrennt werden. Derzeit gewinnen photokatalytische Verfahren zur Schadstoffentfernung aus wässrigen Lösungen mittels Titandioxid zunehmend an Bedeutung.

Der Hauptnachteil dieses Photokatalysators ist seine unzureichende Aktivität. Es sind verschiedene Methoden bekannt, um seine Photoaktivität zu erhöhen, beispielsweise durch eine Erhöhung der Adsorption des Substrats oder eine Erhöhung der kinetischen Geschwindigkeitskonstante. Die Adsorption kann erhöht werden, indem die spezifische Oberfläche, die Monoschichtkapazität und das Porenvolumen sowie die kinetische Geschwindigkeitskonstante durch Ladungstrennung und Verringerung der Rekombinationsrate des Elektron-Loch-Paares erhöht werden.

Der Zweck der Arbeit besteht darin, Proben von mit der Calciumcitrat-Methode modifiziertem Titandioxid zu erhalten und zu untersuchen, die sich durch eine hohe spezifische Oberfläche, eine mesoporöse Struktur und eine erhöhte photokatalytische Aktivität bei den Reaktionen der Zerstörung von Farbstoffen und der Photoreduktion des Bichromat-Anions auszeichnen.

EXPERIMENTELLER TEIL

Zur Gewinnung von mit Kalzium modifizierten Titandioxidproben mithilfe der Citratmethode

Es wurden Ausgangsmischungen hergestellt: Tetrabutoxytitan(IV)-Polymer (Aldrich) (3 g), Zitronensäure (0,06 g), Glycerin (2 ml) sowie Calciumchloridzusätze – 0,05 g, 0,1, 0,2, 0,5 und 1 g Die erhaltenen Proben werden jeweils als 1Ca/1O2, 2Ca/1O2, 3Ca/1O2, 4Ca/1O2, 5Ca/1O2 bezeichnet. Um reines Titandioxid zu erhalten, nahmen wir die gleiche Mischung, jedoch ohne Zusatz von Calciumchloridsalz. Diese Synthesemethode ermöglicht es, die Verhältnisse der Komponenten in den Proben einfach zu variieren.

Die Mischungen wurden bei 500 °C für 2 Stunden in Gegenwart von Luftsauerstoff in einem Muffelofen mit einer Heizrate von 2 K/min kalziniert. Nach dem Abkühlen wurden die resultierenden Pulver gründlich gemahlen, bis eine homogene Masse entstand.

Die Röntgenphasenanalyse wurde auf einem DR0N-4-07-Diffraktometer (Russland) mit Cu^-Strahlung (mit einer Kupferanode und einem Nickelfilter) in einem reflektierten Strahl und einer Registrierungsgeometrie gemäß Breguet-Brentano (2© = 10-) durchgeführt. 70°). Die durchschnittliche Kristallitgröße wurde durch die Verbreiterung der intensivsten Bande unter Verwendung der Debye-Scherrer-Gleichung bestimmt: D = 0,9X/(B x cos©), wobei 0,9 eine Konstante und X die Wellenlänge in nm ist. Die Kristallitgrößen wurden anhand der intensivsten für Anatas charakteristischen Peaks bestimmt.

Die spezifische Oberfläche der Proben (05ud) sowie die Porenverteilung wurden mit einem Quantachrom NovaWin2-Gerät bestimmt. Die spezifische Oberfläche der Proben (Ssp) wurde mit der Brunauer-Emmett-Teller (BET)-Methode unter Verwendung von Stickstoffsorptions-Desorptions-Isothermen bestimmt. Der Porenradius (R) sowie das Porenvolumen (V) wurden aus den Desorptionszweigen der Isothermen mit der Barret-Joyner-Halenda-Methode berechnet.

HALYAVKA usw.

Reis. 1. Beugungsmuster der erhaltenen Proben: 1 – TiO2, 2 – 3Ca/TiO2, 3 – 5Ca/TiO2. Weitere Bezeichnungen siehe Text.

Reis. Abb. 2. Stickstoffsorptions-Desorptions-Isothermen, erhalten bei 20 °C für die Proben: 1 – 5Ca/TiO2, 2 – 4Ca/TiO2, 3 – 3Ca/TiO2, 4 – TiO2.

Die photokatalytische Aktivität wurde am Beispiel von Modellreaktionen der Zerstörung der Farbstoffe Safranin T und Rhodamin sowie der Photoreduktion des Dichromat-Anions in wässrigen Lösungen mit einem Photokatalysatorgehalt von 2 g/l Lösung untersucht. Die Bestrahlung erfolgte mit einer BUV-30-Quecksilberlampe mit einem Strahlungsmaximum bei 254 nm bei Raumtemperatur in einem zylindrischen Quarzreaktor, der mit einem elektrisch angetriebenen mechanischen Rührer ausgestattet war. Die Änderung der Farbstoffkonzentration wurde spektrophotometrisch überwacht (Lambda 35, PerkinElmer Instruments).

DIE DISKUSSION DER ERGEBNISSE

Die Kristallstruktur der Proben wurde mittels Röntgenphasenanalyse untersucht (Abb. 1). Die Beugungsmuster aller Proben enthalten intensive, klar definierte Reflexe, die für das Anatas-Kristallgitter (A) charakteristisch sind. So im Beugungsmuster der Dioxidprobe

Tabelle 1. Probeneigenschaften

Probenknospe, m2/g Ksr, cm3/g Gsr, nm

TiO2 43,4 0,13 5,89

1Ca/TiO2 46,7 0,13 5,4

2Ca/TiO2 71,2 0,14 4,8

3Ca/TiO2 75,3 0,15 4,1

4Ca/TiO2 83,9 0,18 4,25

5Ca/TiO2 76,2 0,19 5

Bezeichnungen: Knospe – spezifische Oberfläche, Usr – durchschnittliches Porenvolumen, gsr – durchschnittlicher Radius.

Titan zeigt das Vorhandensein intensiver Peaks 20 = 25,5, 37,8, 54,0, 55,0, die der Anatas-Phase zugeschrieben werden (Abb. 1).

In der Arbeit heißt es, dass in mit verschiedenen Erdalkalimetallionen modifizierten Titandioxidpulvern nur die Anatas-Phase vorhanden sei, was die Autoren mit dem geringen Gehalt an Modifikatoren in ihren Proben erklären. Im Gegensatz zu dieser Arbeit wurden in unserem Fall (Abb. 1) auch Peaks 20 = 27,4, 41,2 detektiert, die zur Rutil (P)-Phase gehören.

Bei modifizierten Proben werden Peaks bei 20 = 31 beobachtet, die charakteristisch für Brookit (B) sind. Ihre Intensität nimmt mit steigendem Calciumgehalt in den Pulvern zu. Die gleichen Peaks wurden von den Autoren für mit Calciumionen modifizierte TiO2-Filme gefunden.

Die nach der Debye-Scherrer-Gleichung berechneten Kristallitgrößen in Titandioxid-Agglomeraten betragen 9 nm, bei modifizierten Proben steigt ihr Wert auf 12,4 nm, was mit Literaturdaten übereinstimmt, da die Anwesenheit von Modifikatoren die Kristallisation beschleunigt von Titandioxid und führt zu einer Vergrößerung der Kristallite.

Die Untersuchung der Stickstoffsorptions-Desorptions-Isothermen, die bei 20 °C für die synthetisierten Proben erhalten wurden, zeigte das Vorhandensein einer Hystereseschleife (Abb. 2), die auf die mesoporöse Struktur der Pulver hinweist.

Die spezifische Oberfläche der modifizierten Proben verdoppelt sich im Vergleich zu reinem Titandioxid (Tabelle 1). In der Probenreihe von TiO2 bis 5Ca/TiO2 (Tabelle 1) steigt der Wert des durchschnittlichen Porenvolumens von 0,13

PHOTOKATALYTISCHE AKTIVITÄT

auf 0,19 cm3/g, der durchschnittliche Porenradius hingegen nimmt von 5,89 auf 5 nm ab. Der Bereich der Porengrößenverteilung ist in Abb. dargestellt. 3. Wie man sehen kann, wird bei den Proben 4Ca/TiO2 und 3Ca/TiO2 eine engere Porenverteilung beobachtet als bei reinem Titandioxid und der Probe mit der größten Menge an Kalzium – 5Ca/TiO2.

Um die optimalen Bedingungen für die Zerstörung toxischer Substanzen in wässrigen Lösungen zu bestimmen, ist es wichtig, die Kinetik ihrer Sorption an Photokatalysatoren zu untersuchen. Es wurde festgestellt, dass das Sorptionsgleichgewicht im Photokatalysator-Safranin-T-System in etwa 1 Stunde und für die Photokatalysator-Rhodamin- und Photokatalysator-Kaliumbichromat-Systeme in 2 Stunden hergestellt wurde.

Die durchgeführten Studien zeigten, dass die kinetischen Adsorptionskurven bei allen untersuchten Adsorptionsmitteln und Adsorptionsmitteln den üblichen glatten Charakter haben: einen glatten Verlauf und kleine Adsorptionswerte (Tabelle 2).

In allen untersuchten Fällen wird die photokatalytische Reaktion zufriedenstellend durch eine kinetische Gleichung erster Ordnung beschrieben.

Um die optimale Menge an Photokatalysator in den untersuchten Reaktionen zu bestimmen, wurde deren Konzentration erhöht, während die Substratkonzentration unverändert blieb. Es wurde festgestellt, dass bei einer geringen Konzentration des Photokatalysators (<2 г/л) наблюдается рост констант скорости деструкции красителей и фотовосстановления бихромат-аниона с увеличением содержания фотокатализатора в растворе с последующим выходом на плато при концентрациях фотокатализатора вблизи 2 г/л. Все последующие фотокаталитические реакции проводили при концентрации фотокатализатора 2 г/л.

In der Reihe von 1Ca/TiO2 bis 4Ca/TiO2 wird ein Anstieg der photokatalytischen Aktivität bei Farbstoffzerstörungsreaktionen beobachtet (Tabelle 2). Somit erhöht sich die Geschwindigkeitskonstante der photokatalytischen Zerstörung von Safranin T von 3,5 auf 5,7 x 10-4 s-1, Rhodamin - von 1,7 auf 2,5 x 10-4 s-1. Ähnliche Daten wurden von den Autoren für Proben erhoben

Reis. Abb. 3. Porengrößenverteilung für synthetisierte Proben: 1 – 4Ca/TiO2, 2 – 3Ca/TiO2, 3 – 5Ca/TiO2, 4 – TiO2; r - Porenradius, Ktot. - Gesamtporenvolumen.

Mit Calciumionen dotiertes Titandioxid im Sol-Gel-Verfahren und Calciumtitanat in der Arbeit.

Darüber hinaus nimmt in der Probenreihe von 1Ca/TiO2 bis 4Ca/TiO2 deren Sorptionskapazität gegenüber Farbstoffen zu (Tabelle 2), was mit ihren strukturellen Eigenschaften zusammenhängt (Tabelle 1). Die 5Ca/TiO2-Probe weist im Vergleich zu den 3Ca/TiO2- und 4Ca/TiO2-Pulvern eine deutlich geringere Sorptions- und photokatalytische Aktivität gegenüber Farbstoffen auf.

Im Fall der Photoreduktion des Dichromat-Anions erwies sich die 5Ca/TiO2-Probe als die photokatalytisch aktivste (kA = 3,9 x 104, s-1), was mit der Arbeit übereinstimmt, in der festgestellt wurde, dass die Zugabe von Calciumtitanat zu Titandioxid

Tabelle 2. Photokatalytische k x 104, s 1) und Sorptionsaktivität (Adsorptionswert A, mg/g) von mit Calcium modifizierten Titandioxidproben gegenüber Farbstoffen und Dichromat-Anionen

Probe Safranin T Rhodaminbichromat-Anion

ky x 10-4, s"1 A x 10 4, mg/g ky x 10-4, s"1 A x 10 4, mg/g ky x 10-4, s"1 A x 10-6, mg /G

BELIKOV M.L., LOKSHIN E.P., SEDNEVA T.A. - 2012

Das auf Titandioxid basierende Sorptionsmittel wurde durch Ultraschallbehandlung des TiO2-Reagens in verschiedenen Elektrolyten erhalten: destilliertes Wasser, Lösungen von NaCl, NaOH, HCl. Untersucht wurden die Mikrostruktur der resultierenden Sorbentien, die Elementzusammensetzung der Oberfläche, die thermische Stabilität, das Vorhandensein funktioneller Gruppen auf der Oberfläche und die Sorptionsaktivität von Titandioxid nach der Ultraschallbehandlung. Es wurde festgestellt, dass die Ultraschallbehandlung von TiO2 seine Sorptionsaktivität im Vergleich zu unbehandeltem TiO2 um ein Vielfaches erhöht. Darüber hinaus verändert die Elektrolytumgebung, in der Ultraschalleinwirkung auftritt, die thermische Stabilität des Sorptionsmittels und beeinflusst sein Verhalten bei den Prozessen der Sorption-Desorption von Verunreinigungen von der Oberfläche. Das mit Ultraschall in alkalischem Medium behandelte Sorbens hatte die maximale Sorptionsaktivität, während das Titandioxidreagenz die minimale aufwies. Titandioxid, das einer Ultraschallbehandlung in einer neutralen Umgebung (H2O, NaCl) unterzogen wird, zeichnet sich durch die stabilsten Eigenschaften im Sorptions-Desorptionsprozess aus.

Wasserreinigung

Titandioxid

Ultraschallbehandlung

Verunreinigungen von Schwermetallen

1. Smirnova V.V., Nazarenko O.B. Anwendung von Titanoxiden und -hydroxiden zur Trinkwasserreinigung // Perspektiven für die Entwicklung der Grundlagenwissenschaften: Tagungsband der VIII. Internationalen Konferenz von Studenten und jungen Wissenschaftlern (Tomsk, 26.-29. April 2011). - Tomsk, 2011. - S.383-385.

2. Smirnova V.V., Nazarenko O.B. Entwicklung einer Technologie zur Herstellung nanoporöser Sorbens auf Basis von Titandioxid zur Trinkwasserreinigung // Moderne Ausrüstung und Technologien: Sammlung von Tagungsunterlagen der XVII. Internationalen wissenschaftlichen und praktischen Konferenz von Studenten und jungen Wissenschaftlern (Tomsk, 9.-13. April 2012). - Tomsk, 2012. - S.393-394.

3. GOST 4011 - 72. Trinkwasser. Methoden zur Messung der Massenkonzentration von Gesamteisen.

4. GOST 4974 - 72. Trinkwasser. Methoden zur Bestimmung des Mangangehalts.

5. Smirnova V.V., Nazarenko O.B. Der Einfluss der Bedingungen der Herstellung und Ultraschallbehandlung von Titandioxid auf seine Sorptionsaktivität // Perspektiven für die Entwicklung der Grundlagenwissenschaften: Tagungsband der IX. Internationalen Konferenz von Studenten und jungen Wissenschaftlern (Tomsk, 24. April). -27, 2012 ). - Tomsk, 2012. - S. 484-486.

Um in Russland europäische Trinkwasserqualitätsstandards zu erreichen, müssen Technologien zur Reinigung von verschiedenen Verunreinigungen entwickelt werden. Die schwierigste Aufgabe besteht darin, lösliche Verunreinigungen von Schwermetallen und Härtesalzen aus Wasser zu extrahieren. Um dieses Problem zu lösen, ist es notwendig, die Qualität bestehender Sorptionsmittel (Aktivkohle, Zeolithe, Quarzsand etc.) zu verbessern oder neue zu entwickeln.

Unter den anorganischen Sorptionsmitteln ist Titandioxid vielversprechend; es hat eine Reihe positiver Eigenschaften: Es ist biologisch unbedenklich, eine schwerlösliche Verbindung, es zeigt multifunktionale Eigenschaften bei der Reinigung von Wasser von Verunreinigungen verschiedener Art und unter dem Einfluss von Strahlung es bietet bakterizide Eigenschaften.

Ziel dieser Arbeit war es, die Sorptionsaktivität von Titandioxid durch Behandlung seiner Oberfläche mit Ultraschall zu erhöhen.

Material und Forschungsmethoden

Um dieses Ziel zu erreichen, wurde eine Untersuchung der Oberflächenstruktur und thermischen Stabilität des Reagenzes Titandioxid (spezielle Reinheit) und seiner Veränderungen während der Ultraschallbehandlung in verschiedenen Elektrolyten (destilliertes Wasser, 0,2 N Lösungen von Natriumchlorid, Salzsäure und Natrium) durchgeführt Hydroxid).

Bei der Durchführung der Arbeiten wurden Standardmethoden der physikalisch-chemischen Analyse verwendet: Elektronenmikroskopie (EM), Differentialthermoanalyse (DTA), Röntgenphasenanalyse (XRD), Infrarotspektroskopie (ICS) und andere. Die physikalisch-chemische Analyse wurde mit Instrumenten des Wissenschaftlichen Analysezentrums der Polytechnischen Universität Tomsk (Thermalanalysator Q 600 STD, IR-Fourier-Spektrophotometer Nicolet 5700, Chromatographie-Massenspektrometer) durchgeführt. Die ursprüngliche Methode war die Vorbehandlung von Sorptionsmitteln und die Sorption unter Ultraschalleinfluss (22 kHz, 0,15 W/cm2).

Als Gegenstand der Studie wurden die löslichen Verunreinigungen Fe +2 und Mn +2 ausgewählt, die tatsächlich im Trinkwasser der Stadt Tomsk vorhanden sind. Der Gehalt an Eisenverunreinigungen wurde photometrisch nach Standardmethoden bestimmt. Die Methode basiert auf der Wechselwirkung von Eisenionen in alkalischem Medium mit Sulfosalicylsäure und der Bildung einer gelb gefärbten Komplexverbindung. Die Farbintensität, proportional zur Massenkonzentration an Eisen, wurde bei einer Wellenlänge von 400–430 nm gemessen. Der Gehalt an Manganverunreinigungen wurde ebenfalls photometrisch analysiert. Die Methode basiert auf der Oxidation von Manganverbindungen zu MnO 4 -. Die Oxidation erfolgt in saurer Umgebung mit Ammonium- oder Kaliumpersulfat in Gegenwart von Silberionen als Katalysator. In diesem Fall erscheint eine rosa Farbe der Lösung; die Absorptionsintensität wurde im Wellenlängenbereich 530 – 525 nm gemessen. Zur Herstellung von Modelllösungen wurden chemische Reagenzien analytischer Qualität verwendet. Lösungen für die Studie wurden durch Auflösen von Eisen(II)-sulfat-Heptahydrat und Mangan(II)-sulfat-Pentahydrat hergestellt. Die Genauigkeit des Experiments wurde durch die Erstellung einer Kalibrierungskurve und die statistische Verarbeitung der erhaltenen Ergebnisse mit einer Wahrscheinlichkeit von P = 0,95 erhöht: für Eisen - im Konzentrationsbereich von 0,01 bis 2,00 mg/l, für Mangan von 0,005 bis 0,3 mg/ l, mit MPC 0,3 bzw. 0,1 mg/l.

Forschungsergebnisse und Diskussion

Den Ergebnissen der Elektronenmikroskopie zufolge stellt das mit Ultraschall in verschiedenen Umgebungen (H 2 O, NaCl, NaOH, HCl) behandelte TiO 2-Reagenz poröse Sphäroide mit einer charakteristischen Größe von 5 – 30 μm und Agglomerate kleinerer Partikel dar: 2 – 4 μm mit einem Bruchteil von Mikron und Submikron (Probe S7). Bei höherer Vergrößerung (> 3000-fach) sind in der Struktur der Agglomerate Strukturfragmente sichtbar, deren Größe 1 μm nicht überschreitet. Mikrofotografien der erhaltenen Proben sind in Abbildung 1 dargestellt.

Reis. 1. Mikrofotografien von mit Ultraschall in alkalischer Umgebung behandeltem Titandioxid: a – 100-fache Vergrößerung, b – 3000-fache Vergrößerung

Die Oberfläche von ultraschallbehandeltem TiO 2 wurde mittels Rönauf den Gehalt an Verunreinigungen analysiert. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt. Die Sorptionsaktivität von Titandioxid ist so hoch, dass in einigen Fällen, wahrscheinlich aus unzureichend gereinigtem destilliertem Wasser, a Auf der Oberfläche werden Siliziumverunreinigungen (0,95 Gew.-%) und Kupfer (0,68 Gew.-%) festgestellt.

Tabelle 1. Elementzusammensetzung von mit Ultraschall in verschiedenen Elektrolyten behandelten Titandioxidproben

Laut DTA wird bei allen mit Ultraschall behandelten Titandioxidproben eine Desorption von Wasser beobachtet, wenn sie auf 500 °C erhitzt werden. Ein typisches Thermogramm (Probe S1) ist in Abbildung 2 dargestellt.

Reis. 2. Typisches Thermogramm von mit Ultraschall behandelten Titandioxidproben in H 2 O, NaOH und HCl – a, c NaCl – b

Wie aus der Abbildung ersichtlich ist, unterscheidet sich das Thermogramm der mit Ultraschall in einer Natriumchloridlösung behandelten TiO 2 -Probe (Probe S4) deutlich (Abb. 2.b) von den DTA-Daten der übrigen Proben (Abb. 2.a). ). Beim Erhitzen auf 200 °C wird aus der Probe S4 schwach gebundenes Wasser entfernt, die Menge ist jedoch um ein Vielfaches geringer als bei anderen Proben. Gleichzeitig kommt es bei weiterer Erwärmung im Bereich von 650 – 900 °C zu einer deutlicheren Gewichtsabnahme der Probe (6,0 Gew.-%), die mit der thermischen Zersetzung von TiOCl 2 Oxochlorid und seinem Übergang verbunden ist zu TiO 2 Dioxid.

Die Infrarot-Transmissionsspektren von mit Ultraschall behandelten Titandioxidproben sind durch zwei intensive Absorptionsbanden υ (Ti – O) = 650 cm –1 und υ (O – H) = 3000 – 3700 cm –1 gekennzeichnet.

Reis. 3. Infrarot-Transmissionsspektrum einer mit Ultraschall behandelten Titandioxidprobe

Darüber hinaus enthält das IR, wie aus Abbildung 3 hervorgeht, Absorptionsbanden mit schwacher Intensität, die für Verbindungen charakteristisch sind, die nach der Verarbeitung und Trocknung auf der Oberfläche des Sorptionsmittels vorhanden sind. Absorptionsbanden υ (Ti - Cl) im IR sind bei niedrigeren Wellenzahlen vorhanden (< 400 см -1), для записи которых требуется иной спектрофотометр.

Um Wasserreinigungsprozesse zu untersuchen, wurden Modelllösungen von Eisen und Mangan hergestellt, indem eine genau abgewogene Menge der entsprechenden Salze gelöst wurde: 3,0 und 1,0 mg/l. Vor der Sorption der Verunreinigungen wurde Titandioxidpulver einer Ultraschallbehandlung in verschiedenen Medien unterzogen: destilliertes Wasser, 0,2 N. Lösungen von NaOH, NaCl und HCl. Die Behandlungsdauer betrug 10 Minuten bei einer Ultraschallleistung von 0,15 W/cm 2 . Zu der Ausgangslösung mit einem Volumen von 100 ml und einem Gehalt an Fe +2-Ionen von 3,0 mg/l wurden 0,2 g Sorptionsmittel hinzugefügt, gemischt und die Probe auf den Restgehalt an Eisenverunreinigungen analysiert (Tabelle 2). In ähnlicher Weise wurden 0,2 g der gleichen Sorbensprobe zu 100 ml einer Lösung mit 1,0 mg/l Mn+2-Ionen gegeben, gerührt und nach einer bestimmten Zeit die Restkonzentration an Manganionen bestimmt (Tabelle 2). Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt.

Tabelle 2. Restgehalt an Fe +2- und Mn +2-Verunreinigungen nach deren Sorption durch TiO 2 -Proben

Den erhaltenen Ergebnissen zufolge erfolgte die Sorption von Verunreinigungen durch Titandioxid innerhalb relativ kurzer Zeit: Die Konzentration an Eisenionen sinkt von 3,0 mg/l minimal auf 1,42 mg/l (Reagenz) und maximal auf 0,53 mg/l (Probe S7). ), gleichzeitig wurde bei derselben Sorbensprobe wie bei der Eisenverunreinigung eine Abnahme der Manganionenkonzentration von 1,0 mg/l beobachtet – minimal auf 0,56 mg/l, maximal auf 0,24 mg/l. Die besten Ergebnisse wurden mit einer Probe von Titandioxid S7 erzielt, die mit Ultraschall in einer NaOH-Lösung behandelt wurde, während das anfängliche TiO 2, das nicht mit Ultraschall behandelt und nicht mit chemischen Reagenzien aktiviert wurde, die minimalen Sorptionseigenschaften aufwies. Somit betrug die Abnahme der Konzentration von Eisenverunreinigungen das 5,7-fache, von Mangan das 4,2-fache.

Mit zunehmender Kontaktzeit des Sorbens mit Modelllösungen änderte sich der Gehalt an Verunreinigungen bei der nicht mit TiO 2 behandelten Probe nicht; bei Proben, die in Wasser (S1) und Natriumchloridlösung (S4) gewonnen wurden, änderte sich der Gehalt an Verunreinigungen praktisch nicht Änderung innerhalb von 48 Stunden. Gleichzeitig war die in Natriumhydroxid (S7) vorbereitete Sorbensprobe durch einen Anstieg der Eisenkonzentration auf 0,90 – 1,06 mg/l und einen Anstieg der Manganionenkonzentration auf 0,47 – 0,74 mg/l gekennzeichnet. Im Gegensatz zu den oben besprochenen TiO 2 -Proben war die Behandlung mit Salzsäure (S10) durch eine allmähliche Abnahme der Konzentration von Eisenionen in der Lösung von 1,12 auf 0,53 mg/l und eine Abnahme der Konzentration von Manganionen von 0,31 auf gekennzeichnet 0,25 mg/l l.

Schlussfolgerungen

1. Die Ultraschallbehandlung von TiO 2 führt zu einem positiven Ergebnis: Im Vergleich zum unbehandelten Sorbens verringerte sich die Restkonzentration an Eisen- und Manganverunreinigungen um ein Vielfaches. Die Behandlung des Sorptionsmittels in verschiedenen Medien verändert sein Verhalten in den Sorptions- und Desorptionsprozessen im Laufe der Zeit.
2. Das mit Ultraschall in Alkali behandelte Sorptionsmittel hatte die maximale Sorptionsaktivität, bei längerem Kontakt wurden jedoch Verunreinigungen, sowohl Eisen als auch Mangan, ausgewaschen. Gleichzeitig war die in einer sauren Umgebung gewonnene Sorptionsmittelprobe durch eine allmähliche Abnahme der Konzentration von Eisen- und Manganverunreinigungen in der Lösung gekennzeichnet.
3. In destilliertem Wasser und Natriumchloridlösung hergestellte Titandioxidproben zeigten stabile Eigenschaften im Hinblick auf den Sorptions-Desorptionsprozess: Nach der Sorption änderte sich die Konzentration der Verunreinigungen nicht, als das Sorptionsmittel 48 Stunden lang mit Modelllösungen in Kontakt kam. Der Einfluss der Behandlung mit TiO 2 und des pH-Werts der Umgebung auf seine Sorptionsaktivität hängt wahrscheinlich mit der Bildung von Oxohydroxidstrukturen in alkalischen und sauren Umgebungen zusammen, die zum Kationenaustausch und zur Zurückhaltung von Schwermetallverunreinigungen fähig sind.

Rezensenten:

• Korobochkin Valery Vasilievich, Doktor der technischen Wissenschaften, Professor, Leiter der Abteilung für allgemeine chemische Technologie, Nationale Forschungsuniversität Tomsk, Tomsk.
• Iljin Alexander Petrowitsch, Doktor der physikalischen und mathematischen Wissenschaften, Professor, Schauspiel Leiter der Abteilung für Allgemeine und Anorganische Chemie, Nationale Forschungsuniversität Tomsk, Tomsk.

Bibliografischer Link

In der modernen Welt entwickelt sich die Titanindustrie rasant. Es ist die Quelle einer Vielzahl von Stoffen, die in verschiedenen Industrien eingesetzt werden.

Eigenschaften von Titandioxid

Titandioxid hat viele Namen. Es ist ein amphoteres Oxid des vierwertigen Titans. Es spielt eine wichtige Rolle bei der Entwicklung der Titanindustrie. Nur fünf Prozent des Titanerzes fließen in die Produktion von Titanoxid.

Es gibt eine Vielzahl von Modifikationen von Titandioxid. In der Natur gibt es Titankristalle, die die Form einer Raute oder eines Vierecks haben.

Die Titandioxid-Formel wird wie folgt dargestellt: TiO2.

Titandioxid wird in verschiedenen Branchen häufig verwendet. Es ist weltweit als Lebensmittelzusatzstoff wie E-171 bekannt. Allerdings hat dieser Bestandteil eine Reihe negativer Auswirkungen, die darauf hindeuten können, dass Titandioxid schädlich für den menschlichen Körper ist. Es ist bekannt, dass diese Komponente aufhellende Eigenschaften hat. Dies kann bei der Herstellung synthetischer Waschmittel von Vorteil sein. Die Schädigung des menschlichen Körpers durch dieses Nahrungsergänzungsmittel stellt eine Gefahr für Leber und Nieren dar.

In der Lebensmittelindustrie besteht die Möglichkeit einer Schädigung durch Titandioxid. Bei übermäßiger Anwendung kann das Produkt einen unerwünschten Farbton annehmen, der den Verbraucher nur abstößt.

Titandioxid weist eine relativ geringe Toxizität auf.

Bei Wechselwirkung mit anderen Bestandteilen eines Produkts kann es giftig werden. Die Verwendung von Produkten mit hohem Giftstoffgehalt kann zu Vergiftungen oder sogar zum Tod führen. Daher ist es sehr wichtig zu wissen, mit welchen Elementen Sie Titanoxid nicht verwenden sollten.

Eigenschaften von Titandioxid

Titandioxid weist eine Vielzahl charakteristischer Eigenschaften auf. Sie bestimmen die Einsatzmöglichkeiten in verschiedenen Branchen. Titandioxid hat folgende Eigenschaften:

• Hervorragender Aufhellungsgrad verschiedener Materialarten,
• interagiert gut mit Substanzen, die einen Film bilden sollen,
• Beständigkeit gegen hohe Luftfeuchtigkeit und Umgebungsbedingungen,
• geringe Toxizität,
• hohe chemische Beständigkeit.

Herstellung von Titandioxid

Jährlich werden weltweit mehr als fünf Millionen Tonnen Titandioxid produziert. In jüngster Zeit hat China seine Produktion stark gesteigert. Weltweit führend in der Produktion dieses Stoffes sind die USA, Finnland und Deutschland. Es sind diese Staaten, die große Chancen haben, diese Komponente zu erhalten. Sie exportieren es in verschiedene Länder auf der ganzen Welt.

Titandioxid kann im Wesentlichen auf zwei Arten gewonnen werden:

1. Herstellung von Titandioxid aus Ilmenitkonzentrat.

In Produktionsanlagen gliedert sich der Prozess zur Gewinnung von Titanoxid daher in drei Stufen. Im ersten werden Ilmenitkonzentrate mit Schwefelsäure verarbeitet. Dadurch entstehen zwei Komponenten: Eisensulfat und Titansulfat. Dann erhöht es den Grad der Eisenoxidation. Spezielle Filter trennen Sulfate und Schlamm. Im zweiten Schritt werden Titansulfatsalze hydrolysiert. Die Hydrolyse erfolgt unter Verwendung von Keimen aus Sulfatlösungen. Dadurch entstehen Titanoxidhydrate. Im dritten Schritt werden sie auf eine bestimmte Temperatur erhitzt.

2. Herstellung von Titandioxid aus Titantetrachlorid.

Bei dieser Art der Stoffgewinnung gibt es drei Methoden, die vorgestellt werden:

• Hydrolyse wässriger Lösungen von Titantetrachlorid,
• Dampfphasenhydrolyse von Titantetrachlorid,
• Wärmebehandlung von Titantetrachlorid.

Tisch. Hersteller von Titandioxid.

In der modernen Welt wird Titanoxid in verschiedenen Branchen aktiv eingesetzt.

Titandioxid hat folgende Verwendungszwecke:

• Herstellung von Farben- und Lackprodukten. In den meisten Fällen wird Titanweiß auf Basis dieser Komponente hergestellt.
• Verwendung bei der Herstellung von Kunststoffmaterialien.
• Herstellung von laminiertem Papier,
• Herstellung kosmetischer Dekorationsprodukte.

Titanoxid hat auch in der Lebensmittelindustrie breite Anwendung gefunden. Hersteller fügen es ihren Produkten als einen der Bestandteile von Lebensmittelfarbstoffen hinzu. In Lebensmitteln ist es praktisch nicht wahrnehmbar. Hersteller fügen es in minimalen Mengen hinzu, um eine bessere Lagerung und ein attraktives Aussehen ihrer Produkte zu gewährleisten.

UDC 544.527.23

EINFLUSS DER KALZINATIONSTEMPERATUR AUF DIE EIGENSCHAFTEN VON TITANDIOXID

Balabaschtschuk. Ich V.,

Staatliche Universität Kemerowo

Titandioxid wird häufig als Sorptionsmittel und Photokatalysator verwendet. Die Wirksamkeit seiner Verwendung in der einen oder anderen Funktion wird durch die Zusammensetzung des Dispergiermediums, die Zufuhrrate des Vorläufers, den pH-Wert der Synthese, die Temperatur und die Dauer der Kalzinierung der Metatitansäure bestimmt.

Ziel unserer Arbeit war es, den Einfluss der Kalzinierungstemperatur auf die Adsorptions- und photokatalytischen Eigenschaften von Titandioxidpartikeln zu untersuchen.

Reis. 1. Adsorptions- und photokatalytische Eigenschaften von Titandioxidpartikeln bei der Reaktion ausbleichender Farbstoffe: a) Kongorot,

b) Safranin-T.

Es kann festgestellt werden, dass die beste Leistung bei der Reaktion der photokatalytischen Zersetzung und Adsorption des anionischen Farbstoffs Kongorot die Probe R-600 (Abb. 1a) aufweist, die bei pH 3,2 und einer Kalzinierungstemperatur von 600 °C synthetisiert wurde. Ein Anstieg des pH-Werts und der Kalzinierungstemperatur führt zu einer Abnahme der Werte der untersuchten Eigenschaften. Bei den Proben R-900 und R-1100 verringern sich diese Werte um das 3,5- bzw. 20-fache.

Etwas anders verläuft die Adsorption des kationischen Farbstoffs Safranin-T (Abb. 1b). Den höchsten Wert der Sorptionskapazität weist die Probe R-900 auf. Die Kalzinierung von Proben bei einer Temperatur von 1100 °C führt zu einem 2-fachen Abfall der Sorptionskapazität. Eine Senkung der Kalzinierungstemperatur führt zum nahezu vollständigen Verschwinden der Sorptionskapazität von Titandioxidpartikeln.

Daher weisen Titandioxidproben, die bei niedrigen pH-Werten und Kalzinierungstemperaturen von 600–900 °C synthetisiert wurden, die besten photokatalytischen und Adsorptionseigenschaften auf. Der Einfluss der Wärmebehandlung und des Synthese-pH-Werts auf die Adsorptionskapazität von Titandioxid kann mit der Bildung von Oxohydroxidgruppen verbunden sein, die zum Ionenaustausch und zur Retention von Farbstoffmolekülen auf der Oberfläche von TiO2-Partikeln befähigt sind.

Wissenschaftlicher Betreuer – Doktor der chemischen Wissenschaften, Professor, „Staatliche Universität Kemerowo“

Die Sorptionsaktivität von Titandioxid, das durch Hydrolyse von TiCl4-Salz (Probe S0) erhalten wurde, wurde in Bezug auf doppelt geladene Kationen von Eisen, Nickel und Mangan untersucht, nachdem die TiO2-Suspension mit einem konstanten elektrischen Feld in einer Umgebung behandelt wurde, die das Ionengleichgewicht nicht verschiebt H+–OH–: destilliertes Wasser (Proben S1, S2, S3) und 0,2 N Natriumchloridlösung (Proben S4, S5, S6). Durch Eintauchen flacher Titanelektroden in eine Titandioxidsuspension (l = 120 mm) und Anlegen einer Spannung von 200 V wurde ein konstantes elektrisches Feld erzeugt. Nach der Behandlung mit einem elektrischen Feld wurden Titandioxidproben in drei Teile geteilt, wobei Proben entnommen wurden im Zwischenelektrodenraum (S1, S4) sowie an positiv (S2, S5) und negativ (S3, S6) geladenen Elektroden. Es hat sich gezeigt, dass Titandioxidproben, die in verschiedenen Teilen der TiO2-Suspension entnommen wurden, unterschiedliche Eigenschaften hinsichtlich der Sorption doppelt geladener Kationen von Eisen, Mangan und Nickel aufweisen. Es wurde festgestellt, dass die Konzentration der Verunreinigungsionen im Durchschnitt abnahm: für unbehandeltes TiO2 (S0) um das 2,4-fache; für mit destilliertem Wasser behandelte Produkte: S1 in 4.1; S2 – 3,5; S3 – 3,4-fach; für in Natriumchloridlösung behandeltes Titandioxid: S4 bei 4,7; S5 – 3,5 S6 – 3,4 mal. Der Anstieg der Sorptionsaktivität von Titandioxid nach Einwirkung eines konstanten elektrischen Feldes wird durch die Umverteilung der Konzentration funktioneller Gruppen auf der Oberfläche von TiO2 erklärt. Die Analyse des Verunreinigungsgehalts doppelt geladener Metallkationen wurde unter Verwendung standardmäßiger photokolorimetrischer Techniken durchgeführt.

Titandioxid

Polarisation

Schwermetalle

Sorptionskapazität

IR-Spektren

Absorptionsbande

konstante elektrische Spannung

Elektrode

Dehn- und Biegeschwingungen

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Die Möglichkeit, Titandioxid als Reagenz zur Konzentration und Extraktion von Verunreinigungen aus Wasser zu verwenden, wird in letzter Zeit zunehmend untersucht. Titandioxid ist eine chemisch inerte Substanz; um seine Sorptionsfähigkeit zu entfalten, ist eine vorherige Aktivierung der Oberfläche durch die Schaffung aktiver funktioneller Gruppen erforderlich. Es gibt bekannte Methoden zur Aktivierung von TiO2, indem man es mit Säuren und Laugen behandelt oder komplexierende Gruppen auf seine Oberfläche aufbringt. Eine weitere Richtung zur Aktivierung der TiO2-Oberfläche ist ihre Behandlung mit elektrophysikalischen Methoden: Bestrahlung mit einem Elektronenfluss, Ultraschall- und/oder elektrische Funkenbehandlung und andere Arten von Einfluss. Eine vielversprechende Möglichkeit zur Aktivierung der Oberfläche von Titandioxid besteht darin, sie einem konstanten elektrischen Feld auszusetzen, dieser Prozess wurde jedoch nicht ausreichend detailliert untersucht.

Der Zweck dieser Arbeit besteht darin, funktionelle Gruppen auf der Oberfläche von Titandioxid zu bilden, die in Bezug auf die Sorption löslicher Metallionen aktiv sind, indem es mit einem konstanten elektrischen Feld in destilliertem Wasser und in einer Natriumchloridlösung behandelt wird.

Experimentelle Methoden und Eigenschaften des Forschungsgegenstandes

Bei der Arbeit wurde Titandioxidpulver verwendet, das durch Hydrolyse des TiCl4-Reagens und anschließende Kalzinierung bei 600 °C gewonnen wurde.

Als Medium für die Behandlung mit einem konstanten elektrischen Feld wurden destilliertes Wasser (Referenzmedium) und 0,2 N NaCl-Lösung gewählt, die zu keiner pH-Änderung führen.

Bei der Durchführung der Arbeiten wurde Infrarotspektroskopie (IR)-Transmission verwendet, um die Art der funktionellen Gruppen auf der Oberfläche von Titandioxid zu bestimmen (FTIR-Spektrophotometer Nicolet 5700). Die Identifizierung funktioneller Gruppen, die mit der Absorption im IR-Spektrum verbunden sind, wurde anhand von Literaturdaten durchgeführt. Die quantitative Bestimmung des Gehalts an löslichen Verunreinigungen von Fe(II)-, Mn(II)- und Ni(II)-Ionen in Wasser wurde unter Verwendung von Standard-Photokolorimetrietechniken (Fotometer KFK-3-01) durchgeführt. Durch den Anschluss flacher Titanelektroden der Marke VT-1.0 (Abstand zwischen den Elektroden l = 12 cm, U = 200 V) an die Spannungsquelle des Labor-Gleichstromnetzteils „Instek“ wurde ein konstantes elektrisches Feld erzeugt. Die Behandlung von Titandioxid-Suspensionen in Wasser und Natriumchloridlösung erfolgte im Ultraschallbad (22 kHz, 0,15 W/cm2).

Forschungsergebnisse und Diskussion

Nach Mischen der Suspension mit Ultraschall (10 Min.) in destilliertem Wasser und Einwirkung eines konstanten elektrischen Feldes (30 Min.) wurde eine Probe Titandioxid aus der Mitte des Zwischenelektrodenraums entnommen (Probe S1, Tabelle 1), getrocknet und getrocknet Das IR-Transmissionsspektrum wurde im Bereich von 400–4000 cm –1 (Abbildung a) aufgezeichnet, indem die Probe in Kaliumbromid gedrückt wurde.

Das IR-Absorptionsspektrum dieser Probe ist durch eine breite ν-Bande (Ti = O) mit einem Maximum bei 697 cm-1 und einer Absorptionskante von 719 cm-1 gekennzeichnet. Diese Bande überlappt mit der Absorptionsbande ν (Ti-O) = 1024-1030 cm-1. Das Spektrum enthält eine Absorptionsbande δ (H-O-H) = 1628, 1696 cm-1. Im Spektralbereich von 1700–2500 cm-1 werden keine weiteren Banden beobachtet. Das Spektrum enthält eine breite Absorptionsbande ν (O-H) mit einem Maximum bei 3383 cm-1, die bei ν (O-H) = 3700 cm-1 endet. Die Intensität der Absorptionsbande ν (Ti = O) beträgt 88 % und ν (O-H) beträgt 43 %.

Gleichzeitig unterscheidet sich das IR-Transmissionsspektrum von Titandioxid, aufgenommen von einer positiv geladenen Elektrode (Probe S2, Tabelle 1), deutlich von den vorherigen Spektren (Abbildung b). Das Maximum der Absorptionsbande liegt bei ν (Ti = O) = 532 cm-1, der Rand dieser Bande wird bei 710 cm-1 beobachtet und stimmt praktisch mit den vorherigen Spektren überein. Im ν (Ti-O)-Bereich mit einem Maximum von 1011 cm-1 gibt es eine Bande intensiverer Absorption, und im δ (H-O-H)-Bereich wird eine Doppelbande bei 1627, 1680 cm-1 beobachtet. Im Wellenlängenbereich von 1800–2500 cm-1 wurde keine merkliche Absorption festgestellt. Gleichzeitig ist ν (O-H) mit einem Maximum bei 3382 cm-1 im Vergleich zu den vorherigen Spektren deutlich intensiver: Die Absorption in dieser Bande nimmt bei ν (O-H) = 3700 cm-1 ab. Wenn die Intensität der Bande ν (Ti = O) 89,5 % beträgt, dann beträgt ν (O-H) 49,0 %.

Eine in destilliertem Wasser behandelte Titandioxidprobe, die in der Nähe einer negativ geladenen Elektrode entnommen wurde (Probe S3, Tabelle 1), weist nach dem Trocknen ein ähnliches IR-Transmissionsspektrum wie Probe S1 auf. Die Intensität der Absorptionsbande ν (Ti = O) beträgt ebenfalls 88 %, und die Intensität ν (O-H) beträgt nur 26 %.

Um die Oberflächenstruktur von Titandioxid zu vergleichen, das mit einem konstanten elektrischen Feld in destilliertem Wasser behandelt wurde, wurde eine TiO2-Probe mit einem konstanten elektrischen Feld in einer 0,2 N NaCl-Lösung behandelt. Proben der Probe wurden auf ähnliche Weise entnommen: aus der Mitte des Zwischenelektrodenraums, in der Nähe der positiv und negativ geladenen Elektroden (Proben S4, S5 bzw. S6, Tabelle 1).

Das Maximum der Absorptionsbande ν (Ti = O) der Probe S4 beträgt 700 cm-1, der Rand ihrer Absorptionsbande entspricht 710 cm-1. Als Wendepunkt erscheint eine breite unaufgelöste Bande im Bereich von 950–1200 cm-1. Das Spektrum enthält eine Absorptionsbande δ (H-O-H) mit zwei Maxima: 1620 (intensiver) und 1680 cm-1. Im Bereich von 1680–2600 cm-1 gibt es schwache Absorptionsbanden. Eine breite ν (O-H)-Bande wird im Bereich von 2600–3700 cm–1 mit einem Maximum bei 3454 cm–1 beobachtet. Der Absolutwert der Intensität der Banden ν (Ti = O) beträgt 77 % und ν (O-H) – 35 %.

Titandioxid, ausgewählt in der Nähe einer positiv geladenen Elektrode (Probe S5, Tabelle 1), hat eine Absorptionsbande ν (Ti = O) = 656 cm-1 (Maximum), der Rand dieser Bande beträgt 704 cm-1. Das unaufgelöste ν (Ti-O)-Band hat eine Breite von 970–1170 cm-1. Die δ (H-O-H)-Absorptionsbande ist durch drei Maxima gekennzeichnet: 1627 (Maximum), 1644 und 1660 cm-1. Es gibt auch schwache Absorptionsbanden im Bereich von 1880 bis 2580 cm-1. Eine breite ν (O-H)-Bande wird im Bereich von 2600–3700 cm–1 mit einem Maximum bei 3340 cm–1 beobachtet. Die Intensität der ν (Ti = O)-Absorptionsbande beträgt 88 % und die der ν (O-H)-Bande beträgt 37 %.

Titandioxid, das sich an der negativ geladenen Elektrode befindet (Probe S6, Tabelle 1), weist hinsichtlich der Spektraleigenschaften erhebliche Unterschiede zu allen bisher betrachteten Proben auf. Die Absorptionsbande ν (Ti = O) hat ein Maximum von 560 cm-1 mit einer Kante im Bereich von 732 cm-1. Das unaufgelöste ν (Ti-O)-Band zeichnet sich durch eine größere Breite von 940–1160 cm-1 aus. Die δ (H-O-H)-Absorptionsbande hat zwei Maxima: 1635 (größer) und 1650 cm-1. Im Bereich von 1870 bis 2250 cm-1 gibt es schwache Absorptionsbanden. Eine breite δ-Bande (H-O-H) wird im Bereich von 2600–3700 cm–1 mit einem Maximum bei 3450 cm–1 beobachtet. Die Intensität der Absorptionsbande ν (Ti = O) beträgt 82 %, und - ν (O-H) beträgt 37 %.

ein b

IR-Transmissionsspektrum einer TiO2-Probe aus der Mitte des Elektrodenzwischenraums, behandelt mit einem konstanten elektrischen Feld: a – in destilliertem Wasser; b - in Natriumchloridlösung

Tabelle 1

Titandioxidproben, die einer Ultraschall- und konstanten elektrischen Feldbehandlung in verschiedenen Elektrolyten unterzogen wurden

Die Sorptionseigenschaften von Titandioxid, das mit einem konstanten elektrischen Feld in destilliertem Wasser und Natriumchloridlösung behandelt wurde, wurden anhand von Modelllösungen zweiwertiger Metallionen untersucht: Fe – 3,00 mg/l, Ni und Mn – 1,00 mg/l. Als Referenzprobe diente Titandioxid, das keiner weiteren Behandlung unterzogen wurde (Probe S0, Tabelle 1).

Die Sorption wurde unter statischen Bedingungen durchgeführt, indem 0,2 g Titandioxidproben (Tabelle 1) in 100 ml Modelllösungen gegeben wurden, die durch Auflösen genau abgewogener Mengen von Nickel-, Eisen- und Mangansulfaten hergestellt wurden. Die Konzentration löslicher Eisen(II)-, Mangan(II)- und Nickel(II)-Ionen nach der Sorption wurde mithilfe standardmäßiger Photokolorimetrietechniken überwacht. Die Genauigkeit der Experimente wurde durch die Erstellung von Kalibrierungsdiagrammen und die statistische Verarbeitung der erhaltenen Daten mit einer Wahrscheinlichkeit von P = 0,95 sichergestellt: für Eisen – im Konzentrationsbereich von 0,01 bis 3,00 mg/l, für Mangan und Nickel – von 0,005 bis 1,000 mg/l.

Ergebnisse der Bestimmung der Konzentration löslicher Metallionen in Modelllösungen nach Sorption durch Titandioxid (Probe S0) und Proben, die durch Behandlung von TiO2 mit einem konstanten elektrischen Feld in destilliertem Wasser (Proben S1, S2, S3) und Natriumchloridlösung (Proben S4) erhalten wurden , S5, S6) sind in den Tabellen angegeben: 2 - Eisenionen, 3 - Mangan, 4 - Nickel.

Anhand der Daten in den Tabellen 2–4 wurde festgestellt, dass die Wirkung eines konstanten elektrischen Feldes auf das Titandioxidreagens seine Sorptionseigenschaften erheblich beeinflusst. Titandioxidproben, die sich in der Nähe einer positiv geladenen Elektrode befinden, reduzieren die Konzentration von Eisen-, Mangan- und Nickelionen stärker als Proben, die sich in der Nähe einer negativ geladenen Elektrode befinden.

Der maximale Rückgang der Konzentration an Eisenverunreinigungen wurde bei Probe S4 beobachtet: von 3,00 auf 0,54 mg/l, der minimale Rückgang bei Probe S3 – auf 1,73 mg/l (Tabelle 2).

Verunreinigungen von Mangan- und Nickelionen wurden durch Probe S1 effektiver von 1,00 auf 0,19 bzw. 0,20 mg/l und minimal durch Probe S0 reduziert: auf 0,53 für Manganionen und auf 0,50 mg/l für Nickelionen (Tabelle 3-4). ).

Tabelle 2

Tisch 3

Somit beträgt die Abnahme der Konzentration löslicher Verunreinigungen von Eisen-, Mangan- und Nickelionen nach ihrer Sorption unter Verwendung des ursprünglichen Titandioxids und von Proben, die mit einem konstanten elektrischen Feld in destilliertem Wasser und Natriumchloridlösung behandelt wurden, im Durchschnitt: für unbehandeltes TiO2 (S0) - 2 . 4 Mal; für mit destilliertem Wasser behandelte Produkte: S1 - 4,1; S2 - 3,5; S3 - 3,4-fach; für in Natriumchloridlösung behandeltes Titandioxid: S4 - 4,7; S5 – 3,5 S6 – 3,4 Mal.

Tabelle 4

Die besten Ergebnisse bei der Reinigung von Wasser von löslichen Eisen(II)-Verunreinigungen wurden mit unbehandeltem Titandioxid mit einem konstanten elektrischen Feld und einer Elektrolytlösung als Sorptionsmittel erzielt (Kontaktzeit – 20 Minuten). Nach 60 Minuten Sorption sank die Konzentration der Eisen(II)-Ionen so weit wie möglich von 3,00 auf 1,73 mg/l mit Probe S5 (Tabelle 1), nach 24 Stunden wurden jedoch die besten Ergebnisse mit Probe S4 erzielt (Tabelle 1). .

Eine Untersuchung des Sorptionsprozesses von Mangan(II)-Ionen ergab, dass nach 20 Minuten Sorption die besten Ergebnisse für die Proben S1 und S4 erzielt wurden: Die Verunreinigungskonzentration sank von 1,00 auf 0,31 mg/l. Nach einer Stunde Sorption wurde für Probe S4 der maximale Rückgang der Konzentration an Verunreinigungen festgestellt: Die Konzentration sank auf 0,21 mg/l. Bei einer Verlängerung der Sorptionsdauer auf 24 Stunden an Probe S1 wurde eine maximale Abnahme der Verunreinigungskonzentration auf 0,19 mg/l festgestellt.

Die Konzentration der löslichen Verunreinigungen von Nickel(II)-Ionen sank nach 20 Minuten Sorption an der Probe S4 so weit wie möglich von 1,00 auf 0,39 mg/l, und nach 60 Minuten Sorption wurde die maximale Abnahme der Verunreinigungen an derselben Probe beobachtet – 0,37 mg/l, d. h. die maximale Sorption trat bei Titandioxid auf, das in einer Natriumchloridlösung behandelt wurde. Nach 24 Stunden Sorption nahm die Konzentration der Verunreinigungen in Gegenwart der Probe S1 so weit wie möglich ab (auf 0,20 mg/l).

Die Behandlung mit einem konstanten elektrischen Feld führt zur Polarisation von TiO2-Partikeln und funktionellen Gruppen auf ihrer Oberfläche. Durch die Einwirkung des elektrischen Feldes werden Titandioxidpartikel in Fraktionen getrennt, die unterschiedliche Sorptionseigenschaften gegenüber löslichen Verunreinigungen von Eisen-, Mangan- und Nickelkationen aufweisen. Die Einwirkung eines konstanten elektrischen Feldes führt zu einer Umverteilung der Konzentration funktioneller Gruppen auf der Oberfläche von Titandioxid.

1. Die Behandlung von Titandioxid, das durch Hydrolyse von TiCl4 mit einem konstanten elektrischen Feld gewonnen wird, führt zu seiner Trennung in Fraktionen, die sich in der Sorptionsaktivität gegenüber löslichen Verunreinigungen von Eisen(II)-, Mangan(II)- und Nickel(II)-Ionen unterscheiden, was damit verbunden ist mit einer Änderung des Gehalts bestimmter funktioneller Gruppen auf der Oberfläche von Titandioxid.

2. In Umgebungen, die das Ionengleichgewicht H+-OH- nicht verschieben, wurden die besten Ergebnisse bei der Sorption von Eisen(II)-Ionen an einer Probe von Titandioxid erzielt, die mit einem konstanten elektrischen Feld in einer Natriumchloridlösung behandelt und daraus entnommen wurde der Zwischenelektrodenraum (S4): Die Konzentration sank von 3,00 auf 0,54 mg/l (5,6-fach).

3. Mangan(II)-Ionen wurden von einer Titandioxidprobe, die einem konstanten elektrischen Feld in destilliertem Wasser ausgesetzt war, besser sorbiert und auch aus dem Zwischenelektrodenraum (S1) entnommen: Die Konzentration wurde von 1,00 auf 0,19 mg/l reduziert (5,3-fach). ).

4. Eine Probe von Titandioxid, die mit einem konstanten elektrischen Feld in destilliertem Wasser behandelt und in der Mitte des Zwischenelektrodenraums (S1) entnommen wurde, führte zu einer maximalen Abnahme der Konzentration von Nickel(II)-Ionen: von 1,00 auf 0,20 mg /l (5 mal) .

Rezensenten:

Kozik V.V., Doktor der technischen Wissenschaften, Professor, Leiter der Abteilung für Anorganische Chemie, Nationale Forschungsuniversität Tomsk, Tomsk;

Vereshchagin V.I., Doktor der technischen Wissenschaften, Professor der Abteilung für Technologie von Silikaten und Nanomaterialien, Nationale Forschungsuniversität Tomsk, Tomsk.

Das Werk ist am 27. Mai 2013 beim Herausgeber eingegangen.

Bibliografischer Link