A kalcinálási hőmérséklet hatása a titán-dioxid tulajdonságaira. Alapkutatás Festékek titán-dioxidon történő szorpciójának vizsgálata

FIZIKAI KÉMIAI FOLYÓIRAT, 2015, 89. évfolyam, 1. sz. 133-136

FOTOKÉMIA ÉS MÁGNESKÉMIA

UDC 544.526.5+549.514.6.352.26

A KALCIUM MÓDOSÍTOTT TITÁN-DIOXID FOTOKATALIIKUS AKTIVITÁSA ÉS SZORPCIÓS TULAJDONSÁGAI © 2015 T.A. Khalyavka, N.N. Tsyba, S.V. Kamyshan, E.I. Kapinus

Ukrán Nemzeti Tudományos Akadémia, Szorpciós és Endoökológiai Problémák Intézete, Kijev

Email: [e-mail védett] Szerkesztőséghez érkezett 2014.02.05

Kalciummal módosított titán-dioxid mezopórusos mintáit szintetizálták. Szerkezeti, fotokatalitikus és szorpciós tulajdonságaikat tanulmányozták. Megállapítást nyert, hogy a módosított minták jellemzőikben és tulajdonságaikban különböznek a titán-dioxidtól: a fajlagos felület és az átlagos pórustérfogat nő, az átlagos pórussugár csökken; növekszik a festékekkel és a dikromát anionnal szembeni fotokatalitikus és szorpciós aktivitás.

Kulcsszavak: titán-dioxid, kalcium, fotokatalízis, szorpció, színezékek, dikromát anion. DOI: 10.7868/S0044453715010124

A vizes oldatok mérgező anyagoktól való tisztításának fotokatalitikus módszerében a legtöbb esetben titán-dioxidot használnak, amely olcsó és nem mérgező katalizátor. Ezenkívül a reakció lezajlása után szűréssel vagy centrifugálással könnyen elválasztható az oldattól. Napjainkban egyre fontosabbak a fotokatalitikus eljárások a káros anyagok vizes oldatokból titán-dioxid segítségével történő eltávolítására.

Ennek a fotokatalizátornak a fő hátránya az elégtelen aktivitása. Különféle módszerek ismertek a fotoaktivitás növelésére, például a szubsztrát adszorpciójának növelésével vagy a kinetikai sebességi állandó növelésével. Az adszorpció növelhető a fajlagos felület, az egyrétegű kapacitás és a pórustérfogat növelésével, a kinetikai sebességi állandó pedig töltések szétválasztásával és az elektron-lyuk pár rekombinációs sebességének csökkentésével.

A munka célja kalcium-citrát módszerrel módosított titán-dioxid minták előállítása és tanulmányozása, amelyekre jellemző a nagy fajlagos felület, a mezopórusos szerkezet, valamint a megnövekedett fotokatalitikus aktivitás a festékpusztulás és a bikromát anion fotoredukciós reakcióiban.

KÍSÉRLETI RÉSZ

Kalciummal módosított titán-dioxid minták előállítása citrát módszerrel

kezdeti keverékeket készítettünk: tetrabutoxi-titán (IV) polimer (Aldrich) (3 g), citromsav (0,06 g), glicerin (2 ml), valamint kalcium-klorid adalékanyagok - 0,05 g, 0,1, 0,2, 0,5 és 1 g 1Ca/1O2, 2Ca/1O2, 3Ca/1O2, 4Ca/1O2, 5Ca/1O2. A tiszta titán-dioxid előállításához ugyanazt a keveréket vettük, de kalcium-klorid só hozzáadása nélkül. Ez a szintézismódszer lehetővé teszi a komponensek arányának könnyű változtatását a mintákban.

A keverékeket 500 °C-on 2 órán át kalcináltuk légköri oxigén jelenlétében tokos kemencében 2 K/perc fűtési sebességgel. Lehűlés után a kapott porokat alaposan megőröljük, amíg homogén masszát nem kapunk.

Röntgen fázisanalízist végeztünk DR0N-4-07 diffraktométeren (Oroszország) Cu^ sugárzással (réz anóddal és nikkelszűrővel) visszavert sugárban és regisztrációs geometriával Breguet-Brentano szerint (2© = 10- 70°). Az átlagos krisztallitméretet a legintenzívebb sáv kiszélesedésével határoztuk meg a Debye-Scherrer egyenlet segítségével: D = 0,9X/(B x cos©), ahol 0,9 egy állandó, X a hullámhossz, nm. A krisztallit méreteket az anatázra jellemző legintenzívebb csúcsokból határoztuk meg.

A minták fajlagos felületét 05ud), valamint a póruseloszlást Quantachrom NovaWin2 készülékkel határoztuk meg. A minták fajlagos felületét (Ssp) Brunauer-Emmett-Teller (BET) módszerrel határoztuk meg nitrogénszorpciós-deszorpciós izotermák segítségével. A pórussugarat (R), valamint a pórustérfogatot (V) az izotermák deszorpciós ágaiból Barret-Joyner-Halenda módszerrel számítottuk ki.

HALYAVKA stb.

Rizs. 1. A kapott minták diffrakciós mintázata: 1 - TiO2, 2 - 3Ca/TiO2, 3 - 5Ca/TiO2. Az egyéb megnevezéseket lásd a szövegben.

Rizs. 2. ábra. A minták 20°C-on kapott nitrogénszorpciós-deszorpciós izotermái: 1 - 5Ca/TiO2, 2 - 4Ca/TiO2, 3 - 3Ca/TiO2, 4 - TiO2.

A fotokatalitikus aktivitást a szafranin T és a rodamin színezékek tönkremenetelének modellreakciói, valamint a dikromát anion 2 g/l fotokatalizátor tartalmú vizes oldatokban történő fotoredukciója példájával vizsgáltuk. A besugárzást BUV-30 higanylámpával végeztük, amelynek sugárzási maximuma 254 nm-en volt szobahőmérsékleten, elektromos meghajtású mechanikus keverővel felszerelt hengeres kvarcreaktorban. A festékkoncentráció változását spektrofotometriásan követtük (Lambda 35, PerkinElmer Instruments).

AZ EREDMÉNYEK MEGBESZÉLÉSE

A minták kristályszerkezetét röntgen fázisanalízissel vizsgáltuk (1. ábra). Az összes minta diffrakciós mintázata intenzív, világosan meghatározott reflexiókat tartalmaz, amelyek az anatáz kristályrácsra (A) jellemzőek. Így a dioxid minta diffrakciós mintázatában

1. táblázat Minta jellemzői

Minta rügy, 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

Megnevezések: Bud - fajlagos felület, Usr - átlagos pórustérfogat, gsr - átlagos sugár.

A titán intenzív csúcsok 20 = 25,5, 37,8, 54,0, 55,0 jelenlétét mutatja, amelyek az anatáz fázisnak tulajdoníthatók (1. ábra).

A munka megállapítja, hogy a különféle alkáliföldfém-ionokkal módosított titán-dioxid porokban csak az anatáz fázis van jelen, amit a szerzők a mintáik alacsony módosítóanyag-tartalmával magyaráznak. Ezzel a munkával ellentétben esetünkben (1. ábra) 20 = 27,4, 41,2 csúcsokat is kimutattunk, amelyek a rutil (P) fázishoz tartoznak.

Módosított mintáknál a csúcsok 20 = 31-nél figyelhetők meg, ami a brookitera jellemző (B). Intenzitásuk a porok kalciumtartalmának növekedésével nő. Ugyanezeket a csúcsokat találták a szerzők a kalciumionokkal módosított TiO2 filmeknél.

A titán-dioxid agglomerátumokban lévő kristályok mérete a Debye-Scherrer egyenlettel számolva 9 nm módosított minták esetén, értékük 12,4 nm-re nő, ami megfelel az irodalmi adatoknak, mivel a módosítók jelenléte felgyorsítja a kristályosodást; titán-dioxid, és a krisztallitok méretének növekedéséhez vezet.

A szintetizált mintákon 20°C-on kapott nitrogén szorpciós-deszorpciós izotermák vizsgálata hiszterézis hurok jelenlétét mutatta ki (2. ábra), ami a porok mezopórusos szerkezetére utal.

A módosított minták fajlagos felülete megkétszereződik a tiszta titán-dioxidéhoz képest (1. táblázat). A TiO2-tól 5Ca/TiO2-ig terjedő mintasorozatban (1. táblázat) az átlagos pórustérfogat értéke 0,13-ról nő.

FOTOKATALITIKAI TEVÉKENYSÉG

0,19 cm3/g-ra, az átlagos pórussugár pedig 5,89-ről 5 nm-re csökken. A pórusméret eloszlási területe az ábrán látható. 3. Amint látható, a 4Ca/TiO2 és a 3Ca/TiO2 mintáknál szűkebb póruseloszlás figyelhető meg, mint a tiszta titán-dioxid és a legnagyobb kalciumot tartalmazó mintánál - 5Ca/TiO2.

A mérgező anyagok vizes oldatokban történő lebontásának optimális körülményeinek meghatározásához fontos a fotokatalizátorokon való szorpciójuk kinetikájának tanulmányozása. Megállapítottam, hogy a fotokatalizátor - szafranin T rendszerben a szorpciós egyensúly körülbelül 1 óra alatt, a fotokatalizátor - rodamin és fotokatalizátor - kálium-bikromát rendszerben 2 óra alatt alakult ki.

Az elvégzett vizsgálatok azt mutatták, hogy az összes vizsgált adszorpciós ágens és adszorbens esetében a kinetikus adszorpciós görbék a szokásos sima karakterrel rendelkeznek: sima lefolyás és kis adszorpciós értékek (2. táblázat).

A fotokatalitikus reakciót minden vizsgált esetben kielégítően írja le egy elsőrendű kinetikai egyenlet.

A vizsgált reakciókban a fotokatalizátor optimális mennyiségének meghatározásához azok koncentrációját növeltük, miközben a szubsztrát koncentrációja változatlan maradt. Azt találták, hogy alacsony fotokatalizátorkoncentrációnál<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.

Az 1Ca/TiO2-tól 4Ca/TiO2-ig terjedő sorozatban a festékpusztulási reakciókban a fotokatalitikus aktivitás növekedése figyelhető meg (2. táblázat). Így a sebességi állandó a fotokatalitikus megsemmisítése szafranin T növekszik 3,5-5,7 x 10-4 s-1, rodamin - 1,7-2,5 x 10-4 s-1. Hasonló adatokat szereztek a szerzők a mintákra vonatkozóan

Rizs. 3. ábra: A szintetizált minták pórusméret-eloszlása: 1-4Ca/TiO2, 2-3Ca/TiO2, 3-5Ca/TiO2, 4-TiO2; r - pórussugár, Ktot. - teljes pórustérfogat.

kalciumionokkal adalékolt titán-dioxid szol-gél módszerrel és kalcium-titanát a munkában.

Ezen túlmenően az 1Ca/TiO2-tól 4Ca/TiO2-ig terjedő minták sorozatában megnő a szorpciós képességük a színezékek felé (2. táblázat), ami a szerkezeti jellemzőikhez kapcsolódik (1. táblázat). Az 5Ca/TiO2 minta a 3Ca/TiO2 és 4Ca/TiO2 porokhoz képest szignifikánsan alacsonyabb szorpciós és fotokatalitikus aktivitással rendelkezik a festékekkel szemben.

A dikromát anion fotoredukciója esetén az 5Ca/TiO2 minta bizonyult a legfotokatalitikusan legaktívabbnak (kA = 3,9 x 104, s-1), ami összhangban van azzal a munkával, amelyben megállapították, hogy kalcium-titanát titán-dioxiddá

2. táblázat Kalciummal módosított titán-dioxid minták fotokatalitikus k x 104, s 1) és szorpciós (adszorpciós érték A, mg/g) aktivitása színezékek és dikromát anion felé

Minta Safranin T Rhodamin Bichromate 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

A titán-dioxid alapú szorbenst a TiO2 reagens ultrahangos kezelésével kaptuk különféle elektrolitokban: desztillált vízben, NaCl, NaOH, HCl oldatokban. Vizsgálták a keletkező szorbensek mikroszerkezetét, a felület elemi összetételét, termikus stabilitását, funkciós csoportok jelenlétét a felületen, valamint a titán-dioxid ultrahangos kezelés utáni szorpciós aktivitását. Megállapítást nyert, hogy a TiO2 ultrahangos kezelése többszörösére növeli a szorpciós aktivitását a kezeletlen TiO2-hoz képest. Ezenkívül az elektrolit környezet, amelyben az ultrahangos hatás megtörténik, megváltoztatja a szorbens termikus stabilitását, és befolyásolja annak viselkedését a szennyeződések felületről történő szorpciós-deszorpciós folyamataiban. A lúgos közegben ultrahanggal kezelt szorbensnek volt a legnagyobb a szorpciós aktivitása, míg a titán-dioxid reagensnek a legkisebb. A semleges környezetben (H2O, NaCl) ultrahangos kezelésnek alávetett titán-dioxidot a legstabilabb tulajdonságok jellemzik a szorpciós-deszorpciós folyamatban.

víz tisztítás

titán-dioxid

ultrahangos kezelés

nehézfémek szennyeződései

1. Smirnova V.V., Nazarenko O.B. Titán-oxidok és -hidroxidok alkalmazása ivóvíz tisztítására // Az alaptudományok fejlődésének kilátásai: a VIII. - Tomszk, 2011. - P.383-385.

2. Smirnova V.V., Nazarenko O.B. Az ivóvíz tisztítására szolgáló titán-dioxid alapú nanoporózus szorbens előállítására szolgáló technológia fejlesztése // Modern berendezések és technológiák: a XVII. Nemzetközi Tudományos és Gyakorlati Diákok és Fiatal Tudósok Konferenciájának gyűjteménye (Tomsk, 2012. április 9-13). - Tomszk, 2012. - P.393-394.

3. GOST 4011 - 72. Ivóvíz. Az összes vas tömegkoncentrációjának mérési módszerei.

4. GOST 4974 - 72. Ivóvíz. A mangántartalom meghatározásának módszerei.

5. Smirnova V.V., Nazarenko O.B. A titán-dioxid előkészítésének és ultrahangos kezelésének hatása a szorpciós aktivitására // Az alaptudományok fejlődésének kilátásai: a IX. nemzetközi hallgatói és fiatal tudósi konferencia előadásai (Tomsk, április 24. -27, 2012). - Tomszk, 2012. - P. 484-486.

Az európai ivóvízminőségi szabványok Oroszországban elérése érdekében technológiákat kell kidolgozni a különféle szennyeződésektől való tisztítására. A legnehezebb feladat a nehézfémek oldható szennyeződéseinek és a keménységi sóknak a vízből történő kinyerése. A probléma megoldásához szükséges a meglévő szorbensek (aktív szén, zeolitok, kvarchomok stb.) minőségének javítása vagy újak kifejlesztése.

A szervetlen szorbensek közül a titán-dioxid ígéretes, számos pozitív tulajdonsággal rendelkezik: biológiailag nem veszélyes, nehezen oldódó vegyület, többfunkciós tulajdonságokat mutat a víz különböző természetű szennyeződésektől való megtisztítása során, valamint sugárzás hatására; baktericid tulajdonságokkal rendelkezik.

A munka célja a titán-dioxid szorpciós aktivitásának növelése volt felületének ultrahangos kezelésével.

Anyag és kutatási módszerek

A cél elérése érdekében a titán-dioxid (különleges tisztaságú) reagens felületi szerkezetének és hőstabilitásának, valamint ultrahangos kezelés során bekövetkező változásainak vizsgálatát végezték el különböző elektrolitokban (desztillált víz, 0,2 N nátrium-klorid, sósav és nátrium oldatok). hidroxid).

A munkavégzés során a fiziko-kémiai elemzés standard módszereit alkalmaztuk: elektronmikroszkópos (EM), differenciális termikus analízis (DTA), röntgenfázis-analízis (XRD), infravörös spektroszkópia (ICS) és mások. A fizikai-kémiai elemzést a Tomszki Politechnikai Egyetem Tudományos Analitikai Központjának eszközeivel (Q 600 STD hőelemző, Nicolet 5700 IR-Fourier spektrofotométer, kromatográfiás tömegspektrométer) végeztük. Az eredeti módszer a szorbensek előkezelése és a szorpció ultrahang hatására (22 kHz, 0,15 W/cm2).

A vizsgálat tárgyául a Tomszk város ivóvizében ténylegesen jelen lévő Fe +2 és Mn +2 oldható szennyeződéseket választották. A vasszennyeződések mennyiségét fotometriával határoztuk meg standard módszerekkel. A módszer vasionok lúgos közegben történő kölcsönhatásán alapul szulfosalicilsavval és sárga színű komplex vegyület képződésén. A vas tömegkoncentrációjával arányos színintenzitást 400-430 nm hullámhosszon mértük. A mangán szennyeződések tartalmát fotometriával is elemeztük. A módszer a mangánvegyületek MnO 4 - oxidációján alapul. Az oxidáció savas környezetben, ammónium- vagy kálium-perszulfáttal megy végbe, ezüstionok jelenlétében katalizátorként. Ebben az esetben az oldat rózsaszín színe jelenik meg, az abszorpciós intenzitást az 530-525 nm hullámhossz-tartományban mértük. A modelloldatok elkészítéséhez analitikai minőségű kémiai reagenseket használtunk. A vizsgálathoz vas(II)-szulfát-heptahidrát és mangán(II)-szulfát-pentahidrát feloldásával készült oldatok. A kísérlet pontosságát kalibrációs grafikon felépítésével és a kapott eredmények statisztikai feldolgozásával növeltük P = 0,95 valószínűséggel: vasnál - 0,01-2,00 mg/l koncentráció tartományban, mangánnál 0,005-0,3 mg/ l, MPC 0,3, illetve 0,1 mg/l.

Kutatási eredmények és megbeszélés

Az elektronmikroszkópos vizsgálatok eredményei szerint a különféle környezetben (H 2 O, NaCl, NaOH, HCl) ultrahanggal kezelt TiO 2 reagens 5 - 30 μm karakterisztikus méretű porózus szferoidokat és kisebb részecskék agglomerátumait képviseli: 2 - 4 μm mikron és szubmikron töredékével (S7 minta). Nagyobb nagyításnál (> 3000-szeres) szerkezeti töredékek láthatók az agglomerátumok szerkezetében, amelyek mérete nem haladja meg az 1 μm-t. A kapott minták mikrofotóit az 1. ábra mutatja be.

Rizs. 1. Mikrofotók ultrahanggal kezelt titán-dioxidról lúgos környezetben: a - 100-szoros nagyítás, b - 3000-szeres nagyítás

Az ultrahanggal kezelt TiO 2 felületét röntgen-fotoelektron-spektroszkópiával elemeztük szennyeződéstartalom szempontjából, az eredményeket az 1. táblázat mutatja be. A titán-dioxid szorpciós aktivitása olyan magas, hogy egyes esetekben, valószínűleg nem kellően tisztított desztillált vízből, a A felületen szilícium szennyeződés (0,95 tömeg%) és réz (0,68 tömeg%) mutatható ki.

1. táblázat Ultrahanggal kezelt titán-dioxid minták elemi összetétele különböző elektrolitokban

A DTA szerint minden ultrahanggal kezelt titán-dioxid-mintánál 500 ˚C-ra melegítve víz deszorpciója figyelhető meg. Egy tipikus termogram (S1 minta) látható a 2. ábrán.

Rizs. 2. H 2 O-ban, NaOH-ban és HCl-ben ultrahanggal kezelt titán-dioxid minták tipikus termogramja - a, c NaCl - b

Amint az ábrán látható, a nátrium-klorid oldatban ultrahanggal kezelt TiO 2 minta termogramja (S4 minta) észrevehetően eltér (2.b ábra) a többi minta DTA adataitól (2.a ábra). ). 200 ˚C-ra melegítve a gyengén kötött vizet eltávolítjuk az S4 mintából, de mennyisége többszöröse a többi mintának. Ugyanakkor a 650 - 900 ˚C tartományban történő további melegítéssel jelentősebb (6,0 tömeg%) csökkenés következik be a minta tömegében, ami a TiOCl 2 oxoklorid hőbomlásával és átalakulásával jár. TiO 2 -dioxidra.

Az ultrahanggal kezelt titán-dioxid minták infravörös transzmissziós spektrumait két intenzív abszorpciós sáv jellemzi: υ (Ti - O) = 650 cm -1 és υ (O - H) = 3000 - 3700 cm -1.

Rizs. 3. Ultrahanggal kezelt titán-dioxid-minta infravörös transzmissziós spektruma

Ezenkívül, amint a 3. ábrán látható, az IR gyenge intenzitású abszorpciós sávokat tartalmaz, amelyek a feldolgozás és szárítás után a szorbens felületén jelen lévő vegyületekre jellemzőek. A υ (Ti - Cl) abszorpciós sávok az IR-ben kisebb hullámszámoknál vannak jelen (< 400 см -1), для записи которых требуется иной спектрофотометр.

A víztisztítási folyamatok tanulmányozásához vas és mangán modelloldatokat készítettem a megfelelő sók pontos kimért mennyiségének feloldásával: 3,0 és 1,0 mg/l. A szennyeződések szorpciója előtt a titán-dioxid port ultrahangos kezelésnek vetettük alá különböző közegekben: desztillált víz, 0,2 N. NaOH, NaCl és HCl oldatok. A kezelés időtartama 10 perc volt 0,15 W/cm 2 ultrahangteljesítmény mellett. A 100 ml térfogatú, 3,0 mg/l Fe +2 iont tartalmazó kiindulási oldathoz 0,2 g szorbenst adtunk, összekevertük, és a mintában megvizsgáltuk a maradék vas szennyeződéseket (2. táblázat). Hasonló módon 100 ml 1,0 mg/l Mn +2 iont tartalmazó oldathoz 0,2 g azonos szorbens mintát adtunk, megkevertük, majd bizonyos idő elteltével meghatároztuk a mangán ionok maradék koncentrációját (2. táblázat). Az eredményeket a 2. táblázat tartalmazza.

2. táblázat Fe +2 és Mn +2 szennyeződések maradék tartalma TiO 2 mintákkal történő szorpció után

A kapott eredmények szerint a szennyeződések titán-dioxid általi szorpciója viszonylag rövid időn belül megtörtént: a vasionok koncentrációja 3,0 mg/l-ről minimálisan 1,42 mg/l-re (reagens), maximum 0,53 mg/l-re (S7 minta) csökken. ), ugyanakkor a mangán ionok koncentrációjának 1,0 mg/l-ről csökkenése volt megfigyelhető ugyanazon a szorbens mintánál, mint a vasszennyezésnél - minimum 0,56 mg/l, maximum 0,24 mg/l. A legjobb eredményeket a NaOH-oldatban ultrahanggal kezelt titán-dioxid S7 minta kapta, míg a kezdeti, ultrahanggal nem kezelt és kémiai reagensekkel nem aktivált TiO 2 a minimális szorpciós jellemzőkkel rendelkezett. Így a vas-szennyeződések koncentrációjának csökkenése 5,7-szeres, a mangáné 4,2-szeres volt.

A szorbens modelloldatokkal való érintkezési idejének növekedésével a TiO 2 -vel nem kezelt minták szennyezőanyag-tartalma nem változott a vízben (S1) és a nátrium-klorid oldatban (S4) kapott mintáknál, a szennyezőanyag-tartalom gyakorlatilag nem változott; 48 órán belül megváltozik. Ugyanakkor a nátrium-hidroxidban (S7) készített szorbens mintát a vaskoncentráció 0,90 - 1,06 mg/l-re, a mangánionok koncentrációjának 0,47 - 0,74 mg/l-re történő növekedése jellemezte. A fent tárgyalt TiO 2 mintákkal ellentétben a sósavban kezelt (S10) oldatban lévő vasionok koncentrációjának fokozatos csökkenése 1,12-ről 0,53 mg/l-re, a mangánionok koncentrációjának 0,31-ről 0,53 mg/l-re történő csökkenése jellemezte. 0,25 mg/l l.

következtetéseket

1. A TiO 2 ultrahangos kezelése pozitív eredményt ad: a kezeletlen szorbenshez képest többszörösére csökkent a vas és mangán szennyeződések maradék koncentrációja. A szorbens különféle közegekben végzett kezelése idővel megváltoztatja viselkedését a szorpciós - deszorpciós folyamatokban.
2. A lúgban ultrahanggal kezelt szorbensnek volt a maximális szorpciós aktivitása, de hosszan tartó érintkezés esetén a szennyeződések, mind a vas, mind a mangán kimosódtak. Ugyanakkor a savas környezetben nyert szorbens mintát az oldatban lévő vas és mangán szennyeződések koncentrációjának fokozatos csökkenése jellemezte.
3. A desztillált vízben és nátrium-klorid oldatban készített titán-dioxid minták a szorpciós-deszorpciós folyamatot tekintve stabil jellemzőkkel rendelkeztek: a szorpciót követően a szennyeződések koncentrációja nem változott, amikor a szorbens 48 órán keresztül érintkezett modelloldatokkal. A TiO 2 kezelésnek és a környezet pH-jának a szorpciós aktivitására gyakorolt ​​hatása valószínűleg lúgos és savas környezetben oxo-hidroxid szerkezetek kialakulásával függ össze, amelyek képesek kationcserére és nehézfém-szennyeződések visszatartására.

Ellenőrzők:

• Korobochkin Valerij Vasziljevics, a műszaki tudományok doktora, professzor, a Tomszki Nemzeti Kutatási Politechnikai Egyetem Általános Kémiai Technológiai Tanszékének vezetője.
• Iljin Alekszandr Petrovics, a fizikai és matematikai tudományok doktora, professzor, színművész A Tomszki Nemzeti Kutatási Politechnikai Egyetem Általános és Szervetlen Kémiai Tanszékének vezetője.

Bibliográfiai link

A modern világban a titánipar gyorsan fejlődik. Számos olyan anyag forrása, amelyeket különféle iparágakban használnak.

A titán-dioxid jellemzői

A titán-dioxidnak sok neve van. Ez a négy vegyértékű titán amfoter oxidja. Fontos szerepet játszik a titánipar fejlődésében. A titánércnek mindössze öt százaléka kerül titán-oxid előállítására.

A titán-dioxidnak számos módosítása létezik. A természetben vannak titánkristályok, amelyek rombusz vagy négyszög alakúak.

A titán-dioxid képlete a következő: TiO2.

A titán-dioxidot széles körben használják különféle iparágakban. Világszerte olyan élelmiszer-adalékanyagként ismert, mint az E-171. Ennek az összetevőnek azonban számos negatív hatása van, ami arra utalhat, hogy a titán-dioxid káros az emberi szervezetre. Ez az összetevő fehérítő tulajdonságokkal rendelkezik. Ez jó lehet a szintetikus mosószerek gyártásánál. Ennek az étrend-kiegészítőnek az emberi szervezetre gyakorolt ​​károsodása veszélyt jelent a májra és a vesére.

Az élelmiszeriparban a titán-dioxid károsíthatja. Túlzott felhasználás esetén a termék nemkívánatos árnyalatot kaphat, ami csak taszítja a fogyasztókat.

A titán-dioxid meglehetősen alacsony toxicitású.

Bármely termék más összetevőivel való kölcsönhatás során mérgezővé válhat. A magas toxintartalmú termékek használata mérgezést vagy akár halált is okozhat. Ezért nagyon fontos tudni, hogy mely elemekkel nem szabad titán-oxidot használni.

A titán-dioxid tulajdonságai

A titán-dioxidnak számos jellemző tulajdonsága van. Meghatározzák a különféle iparágakban való felhasználásának lehetőségét. A titán-dioxid a következő tulajdonságokkal rendelkezik:

• különböző típusú anyagok kiváló fehérítése,
• jól kölcsönhatásba lép azokkal az anyagokkal, amelyek filmet képeznek,
• ellenáll a magas páratartalomnak és a környezeti feltételeknek,
• alacsony toxicitási szint,
• kémiai szempontból magas szintű ellenállás.

Titán-dioxid előállítása

Évente több mint ötmillió tonna titán-dioxidot állítanak elő a világon. A közelmúltban Kína jelentősen növelte termelését. Ennek az anyagnak a gyártásában világelső az USA, Finnország és Németország. Ezeknek az államoknak van nagy lehetősége ennek a komponensnek a megszerzésére. A világ különböző országaiba exportálják.

A titán-dioxidot két fő módszerrel lehet előállítani:

1. Titán-dioxid előállítása ilmenit koncentrátumból.

A gyártóüzemekben tehát a titán-oxid előállítási folyamata három szakaszra oszlik. Ezek közül az elsőben az ilmenit koncentrátumokat kénsavval dolgozzák fel. Ennek eredményeként két komponens képződik: vas-szulfát és titán-szulfát. Ezután növeli a vas oxidáció szintjét. A speciális szűrők elválasztják a szulfátokat és az iszapot. A második lépésben a titán-szulfát sókat hidrolizálják. A hidrolízist szulfátoldatokból származó magvak felhasználásával hajtják végre. Ennek eredményeként titán-oxid-hidrátok képződnek. A harmadik szakaszban egy bizonyos hőmérsékletre felmelegítik.

2. Titán-dioxid előállítása titán-tetrakloridból.

Az anyag ilyen típusú megszerzéséhez három módszer létezik, amelyeket bemutatunk:

• titán-tetraklorid vizes oldatainak hidrolízise,
• titán-tetraklorid gőzfázisú hidrolízise,
• titán-tetraklorid hőkezelése.

Asztal. A titán-dioxid gyártói.

A modern világban a titán-oxidot aktívan használják különféle iparágakban.

A titán-dioxidot a következő célokra használják:

• Festék- és lakktermékek gyártása. A legtöbb esetben a titánfehéret ezen a komponensen alapulóan állítják elő.
• felhasználás műanyagok gyártásában.
• laminált papír gyártása,
• Kozmetikai dekorációs termékek gyártása.

A titán-oxidot az élelmiszeriparban is széles körben alkalmazzák. A gyártók az élelmiszer-típusú színezékek egyik összetevőjeként adják hozzá termékeikhez. Élelmiszerekben gyakorlatilag nem észlelhető. A gyártók minimális mennyiségben adják hozzá termékeik jobb tárolása és vonzó megjelenése érdekében.

UDC 544.527.23

A kalcinációs hőmérséklet befolyása A TITÁN-DIOXID TULAJDONSÁGAIRA

Balabascsuk. I V.,

Kemerovo Állami Egyetem

A titán-dioxidot széles körben használják szorbensként és fotokatalizátorként. Az egyik vagy másik kapacitásban való felhasználásának hatékonyságát a diszpergáló közeg összetétele, a prekurzor adagolásának sebessége, a szintézis pH-ja, a metatitánsav kalcinálásának hőmérséklete és időtartama határozza meg.

Munkánk célja a kalcinációs hőmérséklet hatásának vizsgálata volt a titán-dioxid részecskék adszorpciós és fotokatalitikus tulajdonságaira.

Rizs. 1. A titán-dioxid részecskék adszorpciós és fotokatalitikus jellemzői a halványuló festékek reakciójában: a) Kongó-vörös,

b) szafranin-T.

Megjegyzendő, hogy a kongóvörös anionos festék fotokatalitikus bomlásának és adszorpciójának reakciójában a legjobb teljesítményt az R-600 minta (1a. ábra) jellemzi, amelyet 3,2-es pH-n és 600 °C-os kalcinációs hőmérsékleten szintetizáltak. A pH és a kalcinációs hőmérséklet emelkedése a vizsgált jellemzők értékének csökkenéséhez vezet. Az R-900 és R-1100 minták esetében ezek az értékek 3,5-szeresére, illetve 20-szorosára csökkennek.

A kationos szafranin-T festék adszorpciója némileg eltérően megy végbe (1b. ábra). A szorpciós kapacitás legmagasabb értékét az R-900 minta mutatja. A minták kalcinálása 1100°C-on a szorpciós kapacitás 2-szeres csökkenéséhez vezet. A kalcinálási hőmérséklet csökkenése a titán-dioxid részecskék szorpciós képességének szinte teljes eltűnéséhez vezet.

Így az alacsony pH-értéken és 600-900°C közötti kalcinációs hőmérsékleten szintetizált titán-dioxid minták rendelkeznek a legjobb fotokatalitikus és adszorpciós tulajdonságokkal. A hőkezelés és a szintézis pH-jának a titán-dioxid adszorpciós képességére gyakorolt ​​hatása összefüggésbe hozható az ioncserére és a festékmolekulák visszatartására képes oxohidroxid csoportok képződésével a TiO2 részecskék felületén.

Témavezető – a kémiai tudományok doktora, professzor, "Kemerovói Állami Egyetem"

A TiCl4 só (S0 minta) hidrolízisével nyert titán-dioxid szorpciós aktivitását a vas, nikkel és mangán kétszeres töltésű kationjaira vonatkozóan vizsgáltuk, miután a TiO2 szuszpenziót állandó elektromos térrel kezeltük olyan környezetben, amely nem mozdítja ki az ionegyensúlyt. H+–OH–: desztillált víz (S1, S2, S3 minták) és 0,2 N nátrium-klorid oldat (S4, S5, S6 minták). Lapos titán elektródákat titán-dioxid szuszpenzióba (l = 120 mm) és 200 V feszültséget kapcsolva állandó elektromos mezőt hoztak létre. Elektromos térrel történő kezelés után a titán-dioxid mintákat három részre osztottuk, és mintát vettünk a elektródák közötti térben (S1, S4), valamint pozitívan (S2, S5) és negatívan (S3, S6) töltött elektródákon. Kimutatták, hogy a TiO2 szuszpenzió különböző részein vett titán-dioxid minták eltérő tulajdonságokat mutatnak a vas, a mangán és a nikkel kétszeresen töltött kationjainak szorpciója tekintetében. Megállapították, hogy a szennyező ionok koncentrációjának csökkenése átlagosan: a kezeletlen TiO2 (S0) esetében 2,4-szeres; desztillált vízzel kezeltek esetében: S1 a 4.1-ben; S2 – 3,5; S3 – 3,4-szer; nátrium-klorid oldattal kezelt titán-dioxid esetében: S4 4,7-nél; S5 – 3,5 S6 – 3,4-szer. A titán-dioxid szorpciós aktivitásának növekedése állandó elektromos tér hatására a TiO2 felületén a funkciós csoportok koncentrációjának újraeloszlásával magyarázható. A kétszeres töltésű fémkationok szennyezőanyag-tartalmának elemzését standard fotokolorimetriás technikákkal végeztük.

titán-dioxid

polarizáció

nehéz fémek

szorpciós képesség

IR spektrumok

abszorpciós sáv

állandó elektromos feszültség

elektróda

nyújtó és hajlító rezgések

1. GOST 4011-72. Vizet inni. Az összes vas tömegkoncentrációjának mérési módszerei.

2. GOST 4974-72. Vizet inni. A mangántartalom meghatározásának módszerei.

3. Kulsky L.A. A vízkondicionálás elméleti alapjai és technológiája. – Kijev: Naukova Dumka, 1983. – 560 p.

4. Mamchenko A.V. A titán alapú koagulánsok hatékonyságának vizsgálata a víztisztításban // Kémia és víztechnológia. – 2010. – T. 32., 3. sz. – P. 309–323.

5. Nakamoto K. Szervetlen és koordinációs vegyületek IR- és Raman-spektrumai: transz. angolról – M.: Mir, 1991. – 536 p.

6. RD 52.24.494-95. Módszertani utasítások. Nikkel fotometriás meghatározása dimetil-glioximmal a felszíni vizekben.

7. Smirnova V.V. A szerkezet, a tulajdonságok és a felületkezelés hatása a titán-dioxid szorpciós aktivitására // A tudomány és az oktatás modern problémái. – 2012. – 5. sz. – P. 1–7. – URL: www.science-education.ru/105-6958 (hozzáférés dátuma: 2013.05.13.).

8. Szmirnova V.V., Iljin A.P., Nazarenko O.B. Titán-dioxid felületi vegyületeinek hőstabilitása különböző elektrolitokban végzett kezelés után // Tűzálló anyagok és műszaki kerámiák. – 2013. – 1–2. – 33–38.

9. Stremilova N.N., Viktorovsky I.V., Zigel V.V. Szennyeződések koncentrációja a természetes víztestek tanulmányozásában // Az Orosz Tudományos Akadémia Általános Kémiai Lapja. – 2001. – T. 71 (133), szám. 1. – 21–24.

Az utóbbi időben egyre inkább tanulmányozzák a titán-dioxid reagensként való alkalmazásának lehetőségét a szennyeződések koncentrálására és vízből való kivonására. A titán-dioxid kémiailag inert anyag szorpciós képességének megvalósításához, a felület előzetes aktiválása szükséges, aktív funkciós csoportok létrehozásával. Ismeretes módszerek a TiO2 aktiválására savakkal és lúgokkal való kezeléssel, vagy komplexképző csoportokkal a felületére. A TiO2 felület aktiválásának másik iránya annak elektrofizikai módszerekkel történő kezelése: elektronárammal történő besugárzás, ultrahangos és/vagy elektromos szikrakezelés és egyéb hatások. A titán-dioxid felületének aktiválásának ígéretes iránya, hogy állandó elektromos térnek tesszük ki, de ezt a folyamatot nem vizsgálták kellő részletességgel.

A munka célja, hogy a titán-dioxid felületén olyan funkciós csoportokat alakítsunk ki, amelyek az oldható fémionok szorpciójával kapcsolatban aktívak, desztillált vízben és nátrium-klorid oldatban állandó elektromos térrel kezelve.

Kísérleti módszerek és a kutatási objektum jellemzői

A munka során a TiCl4 reagens hidrolízisével, majd 600 °C-on végzett kalcinációval nyert titán-dioxid port használtam.

Az állandó elektromos térrel végzett kezeléshez a kiválasztott közeg desztillált víz (referenciaközeg) és 0,2 N NaCl oldat volt, amelyek nem okoznak pH változást.

A munka elvégzése során infravörös spektroszkópiás (IR) átvitelt alkalmaztunk a titán-dioxid felületén lévő funkciós csoportok típusának meghatározására (FTIR spektrofotométer Nicolet 5700). Az IR spektrumban az abszorpcióhoz kapcsolódó funkciós csoportok azonosítását irodalmi adatok alapján végeztük. A vízben található Fe(II), Mn(II) és Ni(II) ionok oldható szennyezőanyag-tartalmának kvantitatív meghatározását standard fotokolorimetriás technikával (KFK-3-01 fotométer) végeztem. A VT-1.0 márkájú lapos titán elektródák (elektródák közötti távolság l = 12 cm, U = 200 V) az Instek Laboratóriumi DC tápegység feszültségforrásához állandó elektromos mezőt hoztak létre. A titán-dioxid szuszpenziók vizes és nátrium-klorid oldatos kezelését ultrahangos fürdőben (22 kHz, 0,15 W/cm2) végeztük.

Kutatási eredmények és megbeszélés

Miután a szuszpenziót ultrahanggal (10 perc) összekevertük desztillált vízben és állandó elektromos térnek tesszük ki (30 perc), az elektródák közötti tér közepéből titán-dioxid-mintát vettünk (S1 minta, 1. táblázat), szárítjuk és a Az infravörös transzmissziós spektrumot a 400-4000 cm -1 tartományban vettük fel (a ábra) a minta kálium-bromidba préselésével.

Ennek a mintának az infravörös abszorpciós spektrumát széles ν sáv (Ti = O) jellemzi, amelynek maximuma 697 cm-1 és abszorpciós éle 719 cm-1. Ez a sáv átfedi a ν (Ti-O) = 1024-1030 cm-1 abszorpciós sávot. A spektrum egy abszorpciós sávot tartalmaz 8 (H-O-H) = 1628, 1696 cm-1. Az 1700-2500 cm-1 spektrumtartományban más sáv nem figyelhető meg. A spektrum egy széles ν (O-H) abszorpciós sávot tartalmaz, amelynek maximuma 3383 cm-1, amely ν (O-H) = 3700 cm-1-nél végződik. A ν (Ti = O) abszorpciós sáv intenzitása 88%, a ν (O-H) 43%.

Ugyanakkor a titán-dioxid pozitív töltésű elektródáról vett infravörös transzmissziós spektruma (S2 minta, 1. táblázat) jelentősen eltér az előző spektrumoktól (b ábra). Az abszorpciós sáv maximuma ν (Ti = O) = 532 cm-1, ennek a sávnak a széle 710 cm-1-nél figyelhető meg és gyakorlatilag egybeesik az előző spektrumokkal. A ν (Ti-O) régióban maximum 1011 cm-1-nél intenzívebb abszorpciós sáv, a δ (H-O-H) régióban pedig kettős sáv figyelhető meg 1627, 1680 cm-1-nél. Az 1800-2500 cm-1 hullámhossz-tartományban nem észleltünk észrevehető abszorpciót. Ugyanakkor a ν (O-H) 3382 cm-1-nél a maximummal észrevehetően intenzívebb az előző spektrumokhoz képest: az abszorpció ebben a sávban csökken ν (O-H) = 3700 cm-1-nél. Ha a ν (Ti = O) sáv intenzitása 89,5%, akkor ν (O-H) 49,0%.

Egy negatív töltésű elektród közelében vett, desztillált vízzel kezelt titán-dioxid-minta (S3 minta, 1. táblázat) szárítás után az S1 mintához hasonló infravörös transzmissziós spektrummal rendelkezik. A ν abszorpciós sáv intenzitása (Ti = O) szintén 88%, a ν (O-H) intenzitása pedig csak 26%.

A desztillált vízben állandó elektromos térrel kezelt titán-dioxid felületi szerkezetének összehasonlítására egy TiO2 mintát állandó elektromos térrel kezeltünk 0,2 N NaCl oldatban. A mintából hasonló módon vettünk mintát: az elektródák közötti tér közepéről, a pozitív és negatív töltésű elektródák közeléből (S4, S5 és S6 minták, 1. táblázat).

Az S4 minta ν (Ti = O) abszorpciós sávjának maximuma 700 cm-1, abszorpciós sávjának széle 710 cm-1-nek felel meg. Inflexiós pontként egy széles, 950-1200 cm-1 közötti feloldatlan sáv jelenik meg. A spektrum egy δ (H-O-H) abszorpciós sávot tartalmaz két maximummal: 1620 (intenzívebb) és 1680 cm-1. Az 1680-2600 cm-1 tartományban gyenge abszorpciós sávok vannak. Széles ν (O-H) sáv figyelhető meg a 2600-3700 cm-1 tartományban, a maximum pedig 3454 cm-1. A ν (Ti = O) sávok intenzitásának abszolút értéke 77%, a ν (O-H) - 35%.

A pozitív töltésű elektród közelében kiválasztott titán-dioxid (S5 minta, 1. táblázat) abszorpciós sávja ν (Ti = O) = 656 cm-1 (maximum), ennek a sávnak a széle 704 cm-1. A feloldatlan ν (Ti-O) sáv szélessége 970-1170 cm-1. A δ (H-O-H) abszorpciós sávot három maximum jellemzi: 1627 (maximum), 1644 és 1660 cm-1. Vannak gyenge abszorpciós sávok is az 1880-2580 cm-1 tartományban. Széles ν (O-H) sáv figyelhető meg a 2600-3700 cm-1 tartományban, a maximum pedig 3340 cm-1. A ν (Ti = O) abszorpciós sáv intenzitása 88%, a ν (O-H) sáv 37%.

A negatív töltésű elektródán található titán-dioxid (S6 minta, 1. táblázat) a spektrum jellemzőit tekintve szignifikáns eltéréseket mutat az összes korábban vizsgált mintától. A ν abszorpciós sáv (Ti = O) maximuma 560 cm-1, éle pedig 732 cm-1. A feloldatlan ν (Ti-O) sávot nagyobb, 940-1160 cm-1 szélesség jellemzi. A δ (H-O-H) abszorpciós sávnak két maximuma van: 1635 (nagyobb) és 1650 cm-1. Gyenge abszorpciós sávok vannak az 1870-2250 cm-1 tartományban. Széles δ (H-O-H) sáv figyelhető meg a 2600-3700 cm-1 tartományban, a maximum pedig 3450 cm-1. A ν (Ti = O) abszorpciós sáv intenzitása 82%, a - ν (O-H) 37%.

a b

Az elektródák közötti tér közepéből állandó elektromos térrel kezelt TiO2 minta IR átviteli spektruma: a - desztillált vízben; b - nátrium-klorid oldatban

Asztal 1

Titán-dioxid minták ultrahanggal és állandó elektromos mező kezeléssel különböző elektrolitokban

Az állandó elektromos térrel kezelt titán-dioxid szorpciós tulajdonságait desztillált vízben és nátrium-klorid oldatban kétértékű fémionok modelloldataival vizsgáltuk: Fe - 3,00 mg/l, Ni és Mn - 1,00 mg/l. Referenciamintaként a további kezelésnek nem alávetett titán-dioxidot használtam (S0 minta, 1. táblázat).

A szorpciót statikus körülmények között végeztük úgy, hogy 0,2 g titán-dioxid-mintát (1. táblázat) helyeztünk 100 ml modelloldatba, amelyet nikkel-, vas- és mangán-szulfátok pontosan kimért mennyiségeinek feloldásával készítettek. Az oldható vas(II), mangán(II) és nikkel(II) ionok szorpció utáni koncentrációját standard fotokolorimetriás technikákkal követtük. A kísérletek pontosságát kalibrációs grafikonok készítésével és a kapott adatok statisztikai feldolgozásával biztosítottuk P = 0,95 valószínűséggel: vasnál - 0,01-3,00 mg/l koncentrációtartományban, mangánnál és nikkelnél - 0,005-1,000 mg/l.

Az oldható fémionok koncentrációjának meghatározásának eredményei modelloldatokban titán-dioxiddal történő szorpció után (S0 minta), valamint a TiO2 állandó elektromos térrel történő kezelésével kapott minták desztillált vízben (S1, S2, S3 minták) és nátrium-klorid oldatban (S4 minták) , S5, S6), a táblázatokban adjuk meg: 2 - vasionok, 3 - mangán, 4 - nikkel.

A 2-4. táblázat adatai alapján megállapították, hogy az állandó elektromos tér hatása a titán-dioxid reagensre jelentősen befolyásolja annak szorpciós tulajdonságait. A pozitív töltésű elektród közelében elhelyezett titán-dioxid minták nagyobb mértékben csökkentik a vas-, mangán- és nikkelionok koncentrációját, mint a negatív töltésű elektród közelében elhelyezett minták.

A vasszennyeződések koncentrációjának maximális csökkenése az S4 mintánál volt megfigyelhető: 3,00-ról 0,54 mg/l-re, az S3 mintánál a minimum 1,73 mg/l-re (2. táblázat).

A mangán- és nikkelionok szennyeződését az S1 minta 1,00-ról 0,19-re, illetve 0,20 mg/l-re, az S0-mintával pedig minimálisan csökkentette: a mangánionok esetében 0,53-ra, a nikkelionok esetében pedig 0,50 mg/l-re (3-4. táblázat). ).

2. táblázat

3. táblázat

Így a vas-, mangán- és nikkelionok oldható szennyeződéseinek koncentrációjának csökkenése azok szorpcióját követően az eredeti titán-dioxiddal, valamint állandó elektromos térrel kezelt minták desztillált vízben és nátrium-klorid oldatban átlagosan: kezeletlen TiO2 (S0) esetén - 2 4 alkalommal; desztillált vízzel kezeltek esetében: S1 - 4,1; S2 - 3,5; S3 - 3,4-szer; nátrium-klorid oldatban kezelt titán-dioxid esetében: S4 - 4,7; S5 - 3,5 S6 - 3,4-szer.

4. táblázat

A víz oldható vas(II) szennyeződésektől való tisztításában a legjobb eredményeket állandó elektromos térrel kezeletlen titán-dioxid és szorbensként elektrolitoldat alkalmazásával értük el (érintkezési idő - 20 perc). 60 perces szorpció után a vas(II)-ionok koncentrációja a lehető legnagyobb mértékben 3,00-ról 1,73 mg/l-re csökkent az S5 mintával (1. táblázat), de 24 óra elteltével a legjobb eredményeket az S4 mintával (1. táblázat) kaptuk. .

A mangán (II) ionok szorpciós folyamatának vizsgálata kimutatta, hogy 20 perces szorpció után a legjobb eredményeket az S1 és S4 minták esetében kaptuk: a szennyeződés koncentrációja 1,00-ról 0,31 mg/l-re csökkent. Egy órás szorpció után az S4 mintánál a szennyeződések koncentrációjának maximális csökkenését regisztráltuk: a koncentráció 0,21 mg/l-re csökkent. Az S1 mintán a szorpciós idő 24 órára történő növelésével a szennyező koncentráció maximálisan 0,19 mg/l-re csökkent.

A nikkel(II) ionok oldható szennyeződéseinek koncentrációja 20 perces szorpció után az S4 mintán a lehető legnagyobb mértékben 1,00-ról 0,39 mg/l-re csökkent, és 60 perces szorpció után a szennyeződések maximális csökkenése volt megfigyelhető ugyanazon a mintán. A nátrium-klorid oldattal kezelt titán-dioxidon 0,37 mg/l, azaz maximális szorpció következett be. 24 órás szorpció után a szennyeződések koncentrációja a lehető legnagyobb mértékben csökkent az S1 minta jelenlétében (0,20 mg/l-re).

Az állandó elektromos térrel végzett kezelés a TiO2 részecskék és a felületükön lévő funkciós csoportok polarizációjához vezet. Az elektromos tér hatására a titán-dioxid részecskék olyan frakciókra válnak szét, amelyek eltérő szorpciós tulajdonságokat mutatnak a vas-, mangán- és nikkelkationok oldható szennyeződéseihez képest. Az állandó elektromos mező hatása a funkciós csoportok koncentrációjának újraeloszlásához vezet a titán-dioxid felületén.

1. A TiCl4 hidrolízisével nyert titán-dioxid állandó elektromos térrel történő kezelése olyan frakciókra való szétválásához vezet, amelyek szorpciós aktivitása különbözik a vas(II), mangán(II) és nikkel(II) ionok oldható szennyeződései felé, amihez kapcsolódnak. a titán-dioxid felületén bizonyos funkciós csoportok tartalmának változásával.

2. A H+-OH- ionegyensúlyt nem kiszorító környezetben a vas(II)-ionok szorpciójára a legjobb eredményeket nátrium-klorid-oldatban állandó elektromos térrel kezelt titán-dioxid mintán kaptuk. az elektródák közötti tér (S4): a koncentráció 3,00-ról 0,54 mg/l-re (5,6-szorosára) csökkent.

3. A mangán (II) ionokat jobban szorbeálta a desztillált vízben állandó elektromos térnek kitett titán-dioxid minta, amelyet az elektródák közötti térből is vettünk (S1): a koncentráció 1,00-ról 0,19 mg/l-re (5,3-szorosára) csökkent ).

4. A desztillált vízben állandó elektromos térrel kezelt titán-dioxid minta, amelyet az elektródák közötti tér (S1) közepén vettünk, a nikkel (II) ionok koncentrációjának maximális csökkenését eredményezte: 1,00-ról 0,20 mg-ra. /l (5 alkalommal) .

Ellenőrzők:

Kozik V.V., a műszaki tudományok doktora, professzor, a Szervetlen Kémiai Tanszék vezetője, Nemzeti Kutatási Tomszki Állami Egyetem, Tomszk;

Vereshchagin V.I., a műszaki tudományok doktora, a Szilikátok és Nanoanyagok Technológiai Tanszékének professzora, Szövetségi Állami Költségvetési Szakmai Felsőoktatási Intézet „Nemzeti Kutató Tomszki Politechnikai Egyetem”, Tomszk.

A mű 2013. május 27-én érkezett meg a szerkesztőhöz.

Bibliográfiai link