Vplyv teploty kalcinácie na vlastnosti oxidu titaničitého. Základný výskum Štúdium sorpcie farbív na oxid titaničitý

JOURNAL OF FYSICAL CHEMISTRY, 2015, ročník 89, č. 1, s. 133-136

FOTOCHÉMIA A MAGNETOCHÉMIA

MDT 544.526.5+549.514.6.352.26

FOTOKATALYTICKÁ AKTIVITA A SORPČNÉ VLASTNOSTI OXIDU TITANIČNÉHO MODIFIKOVANÉHO Vápnom © 2015 T.A. Khalyavka, N.N. Tsyba, S.V. Kamyshan, E.I. Kapinus

Národná akadémia vied Ukrajiny, Inštitút sorpčných a endoekologických problémov, Kyjev

Email: [e-mail chránený] Prijaté redaktorom 02.05.2014

Boli syntetizované mezoporézne vzorky oxidu titaničitého modifikovaného vápnikom. Študovali sa ich štruktúrne, fotokatalytické a sorpčné vlastnosti. Zistilo sa, že modifikované vzorky sa líšia od oxidu titaničitého svojimi charakteristikami a vlastnosťami: špecifická plocha povrchu a priemerný objem pórov sa zväčšujú a priemerný polomer pórov sa zmenšuje; zvyšuje sa fotokatalytická a sorpčná aktivita voči farbivám a dvojchrómanovým aniónom.

Kľúčové slová: oxid titaničitý, vápnik, fotokatalýza, sorpcia, farbivá, dichrómanový anión. DOI: 10.7868/S0044453715010124

Pri fotokatalytickom spôsobe čistenia vodných roztokov od toxických látok sa vo väčšine prípadov používa oxid titaničitý, ktorý je lacným a netoxickým katalyzátorom. Okrem toho sa po ukončení reakcie môže ľahko oddeliť od roztoku filtráciou alebo odstredením. V súčasnosti nadobúdajú čoraz väčší význam fotokatalytické metódy na odstraňovanie škodlivých látok z vodných roztokov pomocou oxidu titaničitého.

Hlavnou nevýhodou tohto fotokatalyzátora je jeho nedostatočná aktivita. Sú známe rôzne metódy na zvýšenie jeho fotoaktivity, napríklad zvýšením adsorpcie substrátu alebo zvýšením kinetickej rýchlostnej konštanty. Adsorpciu možno zvýšiť zvýšením špecifickej plochy povrchu, kapacity monovrstvy a objemu pórov a konštanty kinetickej rýchlosti separáciou nábojov a znížením rýchlosti rekombinácie páru elektrón-diera.

Cieľom práce je získať a študovať vzorky oxidu titaničitého modifikovaného metódou citrátu vápenatého, ktoré sa vyznačujú vysokým špecifickým povrchom, mezoporéznou štruktúrou a zvýšenou fotokatalytickou aktivitou pri reakciách deštrukcie farbív a fotoredukcie bichromátového aniónu.

EXPERIMENTÁLNA ČASŤ

Získať vzorky oxidu titaničitého modifikované vápnikom pomocou citrátovej metódy

boli pripravené počiatočné zmesi: polymér tetrabutoxy titánu (IV) (Aldrich) (3 g), kyselina citrónová (0,06 g), glycerín (2 ml), ako aj prísady chloridu vápenatého - 0,05 g, 0,1, 0,2, 0,5 a 1 g získané vzorky sú označené ako 1Ca/102, 2Ca/102, 3Ca/102, 4Ca/102, 5Ca/102. Na získanie čistého oxidu titaničitého sme vzali rovnakú zmes, ale bez pridania soli chloridu vápenatého. Tento spôsob syntézy umožňuje jednoducho meniť pomery zložiek vo vzorkách.

Zmesi sa kalcinovali pri 500 °C počas 2 hodín v prítomnosti atmosférického kyslíka v muflovej peci pri rýchlosti ohrevu 2 K/min. Po ochladení boli výsledné prášky dôkladne rozomleté, kým sa nezískala homogénna hmota.

Röntgenová fázová analýza sa uskutočnila na difraktometri DR0N-4-07 (Rusko) so žiarením Cu^ (s medenou anódou a niklovým filtrom) v odrazenom lúči a registračnou geometriou podľa Bregueta-Brentana (2© = 10- 70°). Priemerná veľkosť kryštálov bola určená rozšírením najintenzívnejšieho pásu pomocou Debye-Scherrerovej rovnice: D = 0,9X/(B x cos©), kde 0,9 je konštanta, X je vlnová dĺžka, nm. Veľkosti kryštálov sa určili z najintenzívnejších píkov charakteristických pre anatas.

Špecifická plocha povrchu vzoriek 05ud), ako aj distribúcia pórov, boli stanovené pomocou zariadenia Quantachrom NovaWin2. Špecifický povrch vzoriek (Ssp) bol stanovený metódou Brunauer-Emmett-Teller (BET) s použitím izoterm sorpcie-desorpcie dusíka. Polomer pórov (R), ako aj objem pórov (V) boli vypočítané z desorpčných vetiev izoterm s použitím Barret-Joyner-Halenda metódy.

HALYAVKA atď.

Ryža. 1. Difrakčné obrazce získaných vzoriek: 1 - TiO2, 2 - 3Ca/TiO2, 3 - 5Ca/TiO2. Ďalšie označenia nájdete v texte.

Ryža. Obr. 2. Sorpčne-desorpčné izotermy dusíka získané pri 20 °C pre vzorky: 1 - 5Ca/TiO2, 2 - 4Ca/TiO2, 3 - 3Ca/TiO2, 4 - TiO2.

Fotokatalytická aktivita bola študovaná na príklade modelových reakcií deštrukcie farbív safranínu T a rodamínu, ako aj fotoredukcie dichrómanového aniónu vo vodných roztokoch s obsahom fotokatalyzátora 2 g/l roztoku. Ožarovanie sa uskutočnilo ortuťovou výbojkou BUV-30 s maximom žiarenia pri 254 nm pri teplote miestnosti vo valcovom kremennom reaktore vybavenom elektricky poháňaným mechanickým miešadlom. Zmena koncentrácie farbiva sa monitorovala spektrofotometricky (Lambda 35, PerkinElmer Instruments).

DISKUSIA O VÝSLEDKOCH

Kryštalická štruktúra vzoriek bola študovaná pomocou rôntgenovej fázovej analýzy (obr. 1). Difrakčné obrazce všetkých vzoriek obsahujú intenzívne, jasne definované odrazy charakteristické pre kryštálovú mriežku anatasu (A). Teda v difrakčnom obrazci vzorky oxidu

Tabuľka 1. Charakteristiky vzorky

Vzorka Bud, m2/g Ksr, cm3/g Gsr, nm

Ti02 43,4 0,13 5,89

1Ca/Ti02 46,7 0,13 5,4

2Ca/Ti02 71,2 0,14 4,8

3Ca/Ti02 75,3 0,15 4,1

4Ca/Ti02 83,9 0,18 4,25

5Ca/Ti02 76,2 0,19 5

Označenia: Bud - špecifický povrch, Usr - priemerný objem pórov, gsr - priemerný polomer.

Titán vykazuje prítomnosť intenzívnych píkov 20 = 25,5, 37,8, 54,0, 55,0, ktoré sa pripisujú anatasovej fáze (obr. 1).

V práci sa uvádza, že v práškoch oxidu titaničitého modifikovaných rôznymi iónmi kovov alkalických zemín je prítomná len anatasová fáza, čo autori vysvetľujú nízkym obsahom modifikátorov vo svojich vzorkách. Na rozdiel od tejto práce boli v našom prípade (obr. 1) detegované aj píky 20 = 27,4, 41,2, ktoré patria do rutilovej (P) fázy.

Pri modifikovaných vzorkách sú píky pozorované pri 20 = 31, ktoré sú charakteristické pre brookit (B). Ich intenzita sa zvyšuje so zvyšujúcim sa obsahom vápnika v práškoch. Rovnaké vrcholy našli autori pre filmy TiO2 modifikované iónmi vápnika.

Veľkosti kryštalitov v aglomerátoch oxidu titaničitého, vypočítané pomocou Debye-Scherrerovej rovnice, sú v prípade modifikovaných vzoriek 9 nm, ich hodnota sa zvyšuje na 12,4 nm, čo je v súlade s údajmi z literatúry, pretože prítomnosť modifikátorov urýchľuje kryštalizáciu; oxidu titaničitého a vedie k zväčšeniu veľkosti kryštálov.

Štúdium izoterm sorpcie-desorpcie dusíka získaných pri 20 °C pre syntetizované vzorky preukázalo prítomnosť hysteréznej slučky (obr. 2), ktorá indikuje mezoporéznu štruktúru práškov.

Špecifická plocha povrchu modifikovaných vzoriek sa zdvojnásobí v porovnaní s čistým oxidom titaničitým (tabuľka 1). V sérii vzoriek od TiO2 po 5Ca/TiO2 (tabuľka 1) sa hodnota priemerného objemu pórov zvyšuje z 0,13

FOTOKATALYTICKÁ ČINNOSŤ

na 0,19 cm3/g a priemerný polomer pórov naopak klesá z 5,89 na 5 nm. Oblasť distribúcie veľkosti pórov je znázornená na obr. 3. Ako je možné vidieť, pre vzorky 4Ca/TiO2 a 3Ca/TiO2 je pozorovaná užšia distribúcia pórov ako pre čistý oxid titaničitý a vzorku s najväčším množstvom vápnika - 5Ca/TiO2.

Pre stanovenie optimálnych podmienok pre deštrukciu toxických látok vo vodných roztokoch je dôležité študovať kinetiku ich sorpcie na fotokatalyzátoroch. Zistilo sa, že sorpčná rovnováha v systéme fotokatalyzátor - safranín T sa ustálila približne za 1 hodinu a v systéme fotokatalyzátor - rodamín a fotokatalyzátor - dvojchróman draselný za 2 hodiny.

Vykonané štúdie ukázali, že pre všetky študované adsorpčné činidlá a adsorbenty majú krivky kinetickej adsorpcie obvyklý hladký charakter: hladký priebeh a malé hodnoty adsorpcie (tabuľka 2).

Vo všetkých študovaných prípadoch je fotokatalytická reakcia uspokojivo opísaná kinetickou rovnicou prvého poriadku.

Na stanovenie optimálneho množstva fotokatalyzátora v študovaných reakciách sa ich koncentrácia zvýšila, pričom koncentrácia substrátu zostala nezmenená. Zistilo sa, že pri nízkej koncentrácii fotokatalyzátora (<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.

V sérii od 1Ca/TiO2 do 4Ca/TiO2 sa pozoruje zvýšenie fotokatalytickej aktivity v reakciách deštrukcie farbiva (tabuľka 2). Rýchlostná konštanta fotokatalytickej deštrukcie safranínu T sa teda zvyšuje z 3,5 na 5,7 x 10-4 s-1, rodamínu - z 1,7 na 2,5 x 10-4 s-1. Podobné údaje získali autori aj pre vzorky

Ryža. Obr. 3. Distribúcia veľkosti pórov pre syntetizované vzorky: 1 - 4Ca/TiO2, 2 - 3Ca/Ti02, 3 - 5Ca/Ti02, 4 - Ti02; r - polomer pórov, Ktot. - celkový objem pórov.

oxid titaničitý dopovaný iónmi vápnika metódou sol-gel a titaničitan vápenatý v práci.

Navyše v sérii vzoriek od 1Ca/TiO2 do 4Ca/TiO2 sa zvyšuje ich sorpčná kapacita voči farbivám (tabuľka 2), čo súvisí s ich štruktúrnymi charakteristikami (tabuľka 1). Vzorka 5Ca/TiO2 má v porovnaní s práškami 3Ca/TiO2 a 4Ca/TiO2 výrazne nižšiu sorpčnú a fotokatalytickú aktivitu voči farbivám.

V prípade fotoredukcie dichrómanového aniónu sa ako fotokatalyticky najaktívnejšia ukázala vzorka 5Ca/TiO2 (kA = 3,9 x 104, s-1), čo je v súlade s prácou, v ktorej sa zistilo, že prídavok titaničitan vápenatý na oxid titaničitý

Tabuľka 2. Fotokatalytická k x 104, s 1) a sorpčná (hodnota adsorpcie A, mg/g) aktivita vzoriek oxidu titaničitého modifikovaných vápnikom smerom k farbivám a dichrómanovému aniónu

Vzorka safranín T rodamín bichromátový anión

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

Sorbent na báze oxidu titaničitého bol získaný ultrazvukovým spracovaním činidla TiO2 v rôznych elektrolytoch: destilovaná voda, roztoky NaCl, NaOH, HCl. Študovala sa mikroštruktúra výsledných sorbentov, elementárne zloženie povrchu, tepelná stabilita, prítomnosť funkčných skupín na povrchu a sorpčná aktivita oxidu titaničitého po úprave ultrazvukom. Zistilo sa, že použitie úpravy Ti02 ultrazvukom niekoľkonásobne zvyšuje jeho sorpčnú aktivitu v porovnaní s neupraveným Ti02. Okrem toho prostredie elektrolytu, v ktorom dochádza k pôsobeniu ultrazvuku, mení tepelnú stabilitu sorbentu a ovplyvňuje jeho správanie v procesoch sorpcie-desorpcie nečistôt z povrchu. Sorbent ošetrený ultrazvukom v alkalickom prostredí mal maximálnu sorpčnú aktivitu, zatiaľ čo činidlo oxid titaničitý mal minimálnu. Oxid titaničitý podrobený úprave ultrazvukom v neutrálnom prostredí (H2O, NaCl) sa vyznačuje najstabilnejšími charakteristikami v procese sorpcie-desorpcie.

čistenie vody

oxid titaničitý

ultrazvukové ošetrenie

nečistoty ťažkých kovov

1. Smirnova V.V., Nazarenko O.B Aplikácia oxidov a hydroxidov titánu na čistenie pitnej vody // Perspektívy rozvoja základných vied: zborník z medzinárodnej konferencie študentov a mladých vedcov VIII (Tomsk, 26. – 29. apríla 2011). - Tomsk, 2011. - S.383-385.

2. Smirnova V.V., Nazarenko O.B Vývoj technológie výroby nano-porézneho sorbentu na báze oxidu titaničitého na čistenie pitnej vody // Moderné zariadenia a technológie: zborník príspevkov z XVII. medzinárodnej vedeckej a praktickej konferencie študentov a mladých vedcov (Tomsk, 9. – 13. apríla 2012). - Tomsk, 2012. - S.393-394.

3. GOST 4011 - 72. Pitná voda. Metódy merania hmotnostnej koncentrácie celkového železa.

4. GOST 4974 - 72. Pitná voda. Metódy stanovenia obsahu mangánu.

5. Smirnova V.V., Nazarenko O.B Vplyv podmienok prípravy a ultrazvukového spracovania oxidu titaničitého na jeho sorpčnú aktivitu // Perspektívy rozvoja základných vied: zborník z medzinárodnej konferencie študentov a mladých vedcov IX (Tomsk, 24. apríla. -27, 2012). - Tomsk, 2012. - S. 484-486.

Na dosiahnutie európskych noriem kvality pitnej vody v Rusku je potrebné vyvinúť technológie na jej čistenie od rôznych nečistôt. Najťažšou úlohou je extrahovať z vody rozpustné nečistoty ťažkých kovov a solí tvrdosti. Na vyriešenie tohto problému je potrebné zlepšiť kvalitu existujúcich sorbentov (aktívne uhlie, zeolity, kremenný piesok atď.) alebo vyvinúť nové.

Z anorganických sorbentov je perspektívny oxid titaničitý, ktorý má množstvo pozitívnych vlastností: je biologicky zdravotne nezávadný, je ťažko rozpustnou zlúčeninou, má multifunkčné vlastnosti pri čistení vody od nečistôt rôzneho charakteru a pod vplyvom žiarenia; poskytuje baktericídne vlastnosti.

Účelom tejto práce bolo zvýšiť sorpčnú aktivitu oxidu titaničitého úpravou jeho povrchu ultrazvukom.

Materiál a metódy výskumu

Na dosiahnutie tohto cieľa bola vykonaná štúdia povrchovej štruktúry a tepelnej stability činidla oxidu titaničitého (špeciálna čistota) a jeho zmien pri úprave ultrazvukom v rôznych elektrolytoch (destilovaná voda, 0,2 N roztoky chloridu sodného, ​​kyseliny chlorovodíkovej a sodíka hydroxid).

Pri realizácii práce boli použité štandardné metódy fyzikálno-chemickej analýzy: elektrónová mikroskopia (EM), diferenciálna termická analýza (DTA), RTG fázová analýza (XRD), infračervená spektroskopia (ICS) a iné. Fyzikálno-chemická analýza sa uskutočnila pomocou prístrojov Vedeckého analytického centra Tomskej polytechnickej univerzity (tepelný analyzátor Q 600 STD, IR-Fourier spektrofotometer Nicolet 5700, chromatografia-hmotnostný spektrometer). Pôvodnou metódou bola predúprava sorbentov a sorpcia pod vplyvom ultrazvuku (22 kHz, 0,15 W/cm2).

Ako predmet štúdie boli vybrané rozpustné nečistoty Fe +2 a Mn +2, skutočne prítomné v pitnej vode mesta Tomsk. Obsah železných nečistôt bol stanovený fotometricky štandardnými metódami. Metóda je založená na interakcii iónov železa v alkalickom prostredí s kyselinou sulfosalicylovou a vytvorením žlto sfarbenej komplexnej zlúčeniny. Intenzita farby, úmerná hmotnostnej koncentrácii železa, sa merala pri vlnovej dĺžke 400-430 nm. Obsah mangánových nečistôt bol tiež analyzovaný fotometricky. Metóda je založená na oxidácii zlúčenín mangánu na MnO 4 -. Oxidácia prebieha v kyslom prostredí s persíranom amónnym alebo draselným v prítomnosti strieborných iónov ako katalyzátora. V tomto prípade sa objaví ružová farba roztoku, intenzita absorpcie bola nameraná v rozsahu vlnových dĺžok 530 - 525 nm. Na prípravu modelových roztokov sa použili chemické činidlá analytickej kvality. Roztoky pre štúdiu boli pripravené rozpustením heptahydrátu síranu železnatého a pentahydrátu síranu manganatého. Presnosť experimentu bola zvýšená zostrojením kalibračného grafu a štatistickým spracovaním získaných výsledkov s pravdepodobnosťou P = 0,95: pre železo - v koncentračnom rozmedzí od 0,01 do 2,00 mg/l, pre mangán od 0,005 do 0,3 mg/ l, s MPC 0,3 a 0,1 mg/l.

Výsledky výskumu a diskusia

Činidlo TiO 2 upravené ultrazvukom v rôznych prostrediach (H 2 O, NaCl, NaOH, HCl) podľa výsledkov elektrónovej mikroskopie predstavuje porézne sféroidy s charakteristickou veľkosťou 5 - 30 μm a aglomeráty menších častíc: 2 - 4 μm s frakciou mikrón a submikrón (vzorka S7). Pri väčšom zväčšení (> 3000-krát) sú v štruktúre aglomerátov viditeľné štrukturálne fragmenty, ktorých veľkosti nepresahujú 1 μm. Mikrofotografie získaných vzoriek sú uvedené na obrázku 1.

Ryža. 1. Mikrofotografie oxidu titaničitého upraveného ultrazvukom v alkalickom prostredí: a - 100-násobné zväčšenie, b - 3000-násobné zväčšenie

Povrch ultrazvukom upraveného TiO 2 bol analyzovaný na obsah nečistôt pomocou röntgenovej fotoelektrónovej spektroskopie, výsledky sú uvedené v tabuľke 1. Sorpčná aktivita oxidu titaničitého je taká vysoká, že v niektorých prípadoch, pravdepodobne z nedostatočne vyčistenej destilovanej vody, kremíková nečistota je detegovaná na povrchu (0,95 hmotn. %) a meď (0,68 hmotn. %).

Tabuľka 1. Elementárne zloženie vzoriek oxidu titaničitého ošetrených ultrazvukom v rôznych elektrolytoch

Podľa DTA sa pri všetkých vzorkách oxidu titaničitého ošetrených ultrazvukom pozoruje desorpcia vody pri zahriatí na 500 ˚C. Typický termogram (vzorka S1) je znázornený na obrázku 2.

Ryža. 2. Typický termogram vzoriek oxidu titaničitého ošetrených ultrazvukom v H 2 O, NaOH a HCl - a, c NaCl - b

Ako je možné vidieť z obrázku, termogram vzorky TiO 2 ošetrenej ultrazvukom v roztoku chloridu sodného (vzorka S4) sa výrazne líši (obr. 2.b) od údajov DTA zostávajúcich vzoriek (obr. 2.a). ). Pri zahriatí na 200 ˚C sa zo vzorky S4 odstráni slabo viazaná voda, jej množstvo je však niekoľkonásobne menšie ako u iných vzoriek. Zároveň pri ďalšom zahrievaní v rozmedzí 650 - 900 ˚C dochádza k výraznejšiemu poklesu hmotnosti vzorky (6,0 hm. %), čo súvisí s tepelným rozkladom TiOCl 2 oxochloridu a jeho prechodom. na oxid Ti02.

Infračervené transmisné spektrá vzoriek oxidu titaničitého ošetrených ultrazvukom sú charakterizované dvoma intenzívnymi absorpčnými pásmi υ (Ti - O) = 650 cm-1 a υ (O - H) = 3000 - 3700 cm-1.

Ryža. 3. Infračervené transmisné spektrum vzorky oxidu titaničitého ošetrenej ultrazvukom

Okrem toho, ako je možné vidieť na obrázku 3, IR obsahuje slabo intenzívne absorpčné pásy, charakteristické pre zlúčeniny prítomné na povrchu sorbentu po jeho spracovaní a vysušení. Absorpčné pásy υ (Ti - Cl) v IR sú prítomné pri nižších vlnových číslach (< 400 см -1), для записи которых требуется иной спектрофотометр.

Na štúdium procesov čistenia vody boli pripravené modelové roztoky železa a mangánu rozpustením presne naváženého podielu zodpovedajúcich solí: 3,0 a 1,0 mg/l. Pred sorpciou nečistôt sa prášok oxidu titaničitého podrobil ultrazvuku v rôznych médiách: destilovaná voda, 0,2 N. roztoky NaOH, NaCl a HCl. Ošetrenie trvalo 10 minút pri výkone ultrazvuku 0,15 W/cm2. Do východiskového roztoku s objemom 100 ml a obsahujúceho 3,0 mg/l iónov Fe +2 sa pridalo 0,2 g sorbentu, premiešalo sa a vzorka sa analyzovala na zvyškový obsah železných nečistôt (tabuľka 2). Podobne sa 0,2 g tej istej vzorky sorbentu pridalo do 100 ml roztoku obsahujúceho 1,0 mg/l iónov Mn +2, premiešalo sa a po určitom čase sa stanovila zvyšková koncentrácia mangánových iónov (tabuľka 2). Výsledky sú uvedené v tabuľke 2.

Tabuľka 2. Zvyškový obsah nečistôt Fe +2 a Mn +2 po ich sorpcii vzorkami TiO2

Podľa získaných výsledkov k sorpcii nečistôt oxidom titaničitým došlo v relatívne krátkom čase: koncentrácia iónov železa z 3,0 mg/l klesá minimálne na 1,42 mg/l (reagent) a maximálne na 0,53 mg/l (vzorka S7 ), zároveň bol pozorovaný pokles koncentrácie iónov mangánu z 1,0 mg/l pre rovnakú vzorku sorbentu ako pre prímes železa - minimálne na 0,56 mg/l, maximálne na 0,24 mg/l. Najlepšie výsledky boli dosiahnuté pre vzorku oxidu titaničitého S7 upravenú ultrazvukom v roztoku NaOH, zatiaľ čo počiatočný Ti02, neošetrený ultrazvukom a neaktivovaný chemickými činidlami, mal minimálne sorpčné charakteristiky. Pokles koncentrácie železných nečistôt bol teda 5,7-krát, mangánu - 4,2-krát.

So zvyšujúcou sa dobou kontaktu sorbentu s modelovými roztokmi sa obsah nečistôt u vzorky neošetrenej TiO 2 u vzoriek získaných vo vode (S1) a roztoku chloridu sodného (S4) prakticky nezmenil; zmeniť do 48 hodín. Vzorka sorbentu pripravená v hydroxide sodnom (S7) sa zároveň vyznačovala zvýšením koncentrácie železa na 0,90 - 1,06 mg/l a zvýšením koncentrácie iónov mangánu na 0,47 - 0,74 mg/l. Na rozdiel od vzoriek TiO 2 diskutovaných vyššie, upravené v kyseline chlorovodíkovej (S10) sa vyznačovali postupným poklesom koncentrácie iónov železa v roztoku z 1,12 na 0,53 mg/l a poklesom koncentrácie iónov mangánu z 0,31 na 0,25 mg/l l.

závery

1. Ultrazvuková úprava TiO 2 dáva pozitívny výsledok: v porovnaní s neupraveným sorbentom sa niekoľkonásobne znížila zvyšková koncentrácia nečistôt železa a mangánu. Úprava sorbentu, vykonávaná v rôznych médiách, časom mení jeho správanie v procesoch sorpcie - desorpcie.
2. Sorbent ošetrený ultrazvukom v alkálii mal maximálnu sorpčnú aktivitu, ale pri dlhšom kontakte sa vyplavili nečistoty ako železo, tak aj mangán. Vzorka sorbentu získaná v kyslom prostredí sa zároveň vyznačovala postupným znižovaním koncentrácie železných a mangánových nečistôt v roztoku.
3. Vzorky oxidu titaničitého pripravené v destilovanej vode a roztoku chloridu sodného mali stabilné charakteristiky z hľadiska sorpčno-desorpčného procesu: po sorpcii sa koncentrácia nečistôt pri kontakte sorbentu s modelovými roztokmi počas 48 hodín nezmenila. Vplyv úpravy TiO 2 a pH prostredia na jeho sorpčnú aktivitu je pravdepodobne spojený s tvorbou oxohydroxidových štruktúr v alkalickom a kyslom prostredí, schopných výmeny katiónov a zadržiavania nečistôt ťažkých kovov.

Recenzenti:

• Korobochkin Valery Vasilievich, doktor technických vied, profesor, vedúci katedry všeobecnej chemickej technológie, Národná výskumná Tomská polytechnická univerzita, Tomsk.
• Ilyin Alexander Petrovič, doktor fyzikálnych a matematických vied, profesor, herectvo Vedúci Katedry všeobecnej a anorganickej chémie, Národný výskum Tomskej polytechnickej univerzity, Tomsk.

Bibliografický odkaz

V modernom svete sa titánový priemysel rýchlo rozvíja. Je zdrojom veľkého množstva látok, ktoré sa používajú v rôznych priemyselných odvetviach.

Charakteristika oxidu titaničitého

Oxid titaničitý má mnoho mien. Je to amfotérny oxid štvormocného titánu. Hrá dôležitú úlohu vo vývoji titánového priemyslu. Len päť percent titánovej rudy ide na výrobu oxidu titánu.

Existuje veľké množstvo modifikácií oxidu titaničitého. V prírode existujú titánové kryštály, ktoré majú tvar kosoštvorca alebo štvoruholníka.

Vzorec oxidu titaničitého je uvedený nasledovne: TiO2.

Oxid titaničitý je široko používaný v rôznych priemyselných odvetviach. Je známy po celom svete ako potravinárska prídavná látka, ako napríklad E-171. Táto zložka má však množstvo negatívnych účinkov, ktoré môžu naznačovať, že oxid titaničitý je pre ľudský organizmus škodlivý. Je známe, že táto zložka má bieliace vlastnosti. To môže byť dobré pri výrobe syntetických detergentov. Poškodenie ľudského tela týmto doplnkom stravy predstavuje hrozbu pre pečeň a obličky.

V potravinárskom priemysle existuje možnosť poškodenia oxidom titaničitým. Pri nadmernom použití môže výrobok získať nežiaduci odtieň, ktorý spotrebiteľov len odpudí.

Oxid titaničitý má pomerne nízku úroveň toxicity.

Pri interakcii s inými zložkami akéhokoľvek produktu sa môže stať toxickým. Používanie produktov s vysokým obsahom toxínov môže viesť k otrave alebo dokonca k smrti. Preto je veľmi dôležité vedieť, s ktorými prvkami by ste nemali používať oxid titánu.

Vlastnosti oxidu titaničitého

Oxid titaničitý má veľké množstvo charakteristických vlastností. Určujú možnosť jeho využitia v rôznych priemyselných odvetviach. Oxid titaničitý má nasledujúce vlastnosti:

• vynikajúci stupeň bielenia rôznych druhov materiálov,
• dobre interaguje s látkami, ktoré sú určené na vytvorenie filmu,
• odolnosť voči vysokej vlhkosti a podmienkam prostredia,
• nízka úroveň toxicity,
• vysoká úroveň odolnosti z chemického hľadiska.

Príprava oxidu titaničitého

Ročne sa na svete vyrobí viac ako päť miliónov ton oxidu titaničitého. V poslednej dobe Čína výrazne zvýšila svoju produkciu. Svetovými lídrami vo výrobe tejto látky sú USA, Fínsko a Nemecko. Práve tieto štáty majú veľké možnosti získať túto zložku. Vyvážajú ho do rôznych krajín sveta.

Oxid titaničitý možno získať dvoma hlavnými spôsobmi:

1. Výroba oxidu titaničitého z koncentrátu ilmenitu.

Vo výrobných závodoch je tak proces získavania oxidu titaničitého rozdelený do troch etáp. Na prvom z nich sa spracovávajú koncentráty ilmenitu pomocou kyseliny sírovej. V dôsledku toho sa vytvoria dve zložky: síran železnatý a síran titánu. Potom zvyšuje úroveň oxidácie železa. Špeciálne filtre oddeľujú sírany a kal. V druhom stupni sa hydrolyzujú soli síranu titaničitého. Hydrolýza sa uskutočňuje použitím semien zo síranových roztokov. V dôsledku toho sa tvoria hydráty oxidu titaničitého. V tretej fáze sa zahrejú na určitú teplotu.

2. Výroba oxidu titaničitého z chloridu titaničitého.

Pri tomto type získavania látky existujú tri metódy, ktoré sú prezentované:

• hydrolýza vodných roztokov chloridu titaničitého,
• hydrolýza chloridu titaničitého v plynnej fáze,
• tepelné spracovanie chloridu titaničitého.

Tabuľka. Výrobcovia oxidu titaničitého.

V modernom svete sa oxid titánu aktívne používa v rôznych priemyselných odvetviach.

Oxid titaničitý má nasledujúce využitie:

• Výroba farieb a lakov. Vo väčšine prípadov sa na základe tejto zložky vyrába titánová biela.
• použitie pri výrobe plastových materiálov.
• výroba laminovaného papiera,
• Výroba kozmetických dekoratívnych výrobkov.

Oxid titaničitý našiel široké uplatnenie aj v potravinárskom priemysle. Výrobcovia ho pridávajú do svojich produktov ako jednu zo zložiek potravinárskych farbív. V potravinárskych výrobkoch to prakticky nie je viditeľné. Výrobcovia ho pridávajú v minimálnych množstvách, aby zabezpečili, že ich výrobky sa lepšie skladujú a majú atraktívny vzhľad.

MDT 544.527.23

VPLYV KALCINÁČNEJ TEPLOTY NA VLASTNOSTI OXIDU TITANÉHO

Balabashchuk. ja V.,

Štátna univerzita v Kemerove

Oxid titaničitý je široko používaný ako sorbent a fotokatalyzátor. Účinnosť jeho použitia v tej či onej kapacite je určená zložením dispergačného média, rýchlosťou dodávania prekurzora, pH syntézy, teplotou a trvaním kalcinácie kyseliny metatitanovej.

Cieľom našej práce bolo študovať vplyv teploty kalcinácie na adsorpčné a fotokatalytické vlastnosti častíc oxidu titaničitého.

Ryža. 1. Adsorpčné a fotokatalytické vlastnosti častíc oxidu titaničitého pri reakcii blednúcich farbív: a) konžská červeň,

b) safranín-T.

Možno poznamenať, že najlepší výkon pri reakcii fotokatalytického rozkladu a adsorpcie aniónového farbiva Kongo červeň charakterizuje vzorka R-600 (obr. 1a), syntetizovaná pri pH 3,2 a teplote kalcinácie 600 °C. Zvýšenie pH a teploty kalcinácie vedie k zníženiu hodnôt študovaných charakteristík. Pre vzorky R-900 a R-1100 sa tieto hodnoty znížia 3,5-krát a 20-krát.

Adsorpcia katiónového farbiva safranínu-T prebieha trochu inak (obr. 1b). Najvyššiu hodnotu sorpčnej kapacity vykazuje vzorka R-900. Kalcinácia vzoriek pri teplote 1100 °C vedie k 2-násobnému poklesu sorpčnej kapacity. Zníženie teploty kalcinácie vedie k takmer úplnému vymiznutiu sorpčnej kapacity častíc oxidu titaničitého.

Vzorky oxidu titaničitého syntetizované pri nízkych hodnotách pH a kalcinačných teplotách 600-900 °C majú teda najlepšie fotokatalytické a adsorpčné vlastnosti. Vplyv tepelného spracovania a pH syntézy na adsorpčnú kapacitu oxidu titaničitého môže byť spojený s tvorbou oxohydroxidových skupín schopných iónovej výmeny a zadržiavania molekúl farbiva na povrchu častíc Ti02.

Vedecký školiteľ – doktor chemických vied, profesor, "Štátna univerzita Kemerovo"

Sorpčná aktivita oxidu titaničitého získaného hydrolýzou soli TiCl4 (vzorka S0) bola študovaná vo vzťahu k dvojnásobne nabitým katiónom železa, niklu a mangánu po ošetrení suspenzie TiO2 konštantným elektrickým poľom v prostredí, ktoré nenarušuje iónovú rovnováhu. H+–OH–: destilovaná voda (vzorky S1, S2, S3) a 0,2 N roztok chloridu sodného (vzorky S4, S5, S6). Konštantné elektrické pole vzniklo ponorením plochých titánových elektród do suspenzie oxidu titaničitého (l = 120 mm) a privedením napätia 200 V. Po ošetrení elektrickým poľom sa vzorky oxidu titaničitého rozdelili na tri časti, pričom sa odobrali vzorky z tzv. medzielektródovom priestore (S1, S4), ako aj na kladne (S2, S5) a záporne (S3, S6) nabitých elektródach. Ukázalo sa, že vzorky oxidu titaničitého odobraté v rôznych častiach suspenzie Ti02 vykazujú rôzne vlastnosti, pokiaľ ide o sorpciu dvojnásobne nabitých katiónov železa, mangánu a niklu. Zistilo sa, že pokles koncentrácie iónov nečistôt bol v priemere: pre neupravený Ti02 (S0) 2,4-násobok; pre tie, ktoré sú ošetrené v destilovanej vode: S1 v 4.1; S2 – 3,5; S3 – 3,4 krát; pre oxid titaničitý upravený v roztoku chloridu sodného: S4 pri 4,7; S5 – 3,5 S6 – 3,4 krát. Zvýšenie sorpčnej aktivity oxidu titaničitého po vystavení konštantnému elektrickému poľu sa vysvetľuje redistribúciou koncentrácie funkčných skupín na povrchu TiO2. Analýza obsahu nečistôt v katiónoch kovov s dvojitým nábojom sa uskutočnila pomocou štandardných fotokolorimetrických techník.

oxid titaničitý

polarizácia

ťažké kovy

sorpčná kapacita

IČ spektrá

absorpčný pás

konštantné elektrické napätie

elektróda

naťahovacie a ohybové vibrácie

1. GOST 4011-72. Pitná voda. Metódy merania hmotnostnej koncentrácie celkového železa.

2. GOST 4974-72. Pitná voda. Metódy stanovenia obsahu mangánu.

3. Kulsky L.A. Teoretické základy a technológia úpravy vody. – Kyjev: Naukova Dumka, 1983. – 560 s.

4. Mamchenko A.V. Štúdium účinnosti koagulantov na báze titánu pri čistení vody // Chémia a technológia vody. – 2010. – T. 32, č. 3. – S. 309–323.

5. Nakamoto K. IR spektrá a Ramanove spektrá anorganických a koordinačných zlúčenín: trans. z angličtiny – M.: Mir, 1991. – 536 s.

6. RD 52.24.494-95. Metodické pokyny. Fotometrické stanovenie niklu s dimetylglyoxímom v povrchových vodách krajiny.

7. Smirnová V.V. Vplyv štruktúry, vlastností a povrchovej úpravy na sorpčnú aktivitu oxidu titaničitého // Moderné problémy vedy a vzdelávania. – 2012. – č. 5. – S. 1–7. – URL: www.science-education.ru/105-6958 (dátum prístupu: 13.05.2013).

8. Smirnova V.V., Ilyin A.P., Nazarenko O.B. Tepelná stabilita povrchových zlúčenín oxidu titaničitého po úprave v rôznych elektrolytoch // Žiaruvzdorné materiály a technická keramika. – 2013. – č.1–2. – s. 33–38.

9. Stremilová N.N., Viktorovský I.V., Žigel V.V. Koncentrácia nečistôt pri štúdiu prírodných vodných útvarov // Journal of General Chemistry Ruskej akadémie vied. – 2001. – T. 71 (133), vydanie. 1. – S. 21–24.

Možnosť použitia oxidu titaničitého ako činidla na koncentrovanie a extrakciu nečistôt z vody sa v poslednej dobe stále viac skúma. Oxid titaničitý je chemicky inertná látka, aby sa realizovala jeho sorpčná schopnosť, je potrebná predbežná aktivácia povrchu vytvorením aktívnych funkčných skupín. Sú známe spôsoby aktivácie Ti02 jeho spracovaním s kyselinami a zásadami alebo aplikáciou komplexotvorných skupín na jeho povrch. Ďalším smerom aktivácie povrchu TiO2 je jeho úprava elektrofyzikálnymi metódami: ožarovanie prúdom elektrónov, úprava ultrazvukom a/alebo elektrickou iskrou a iné druhy vplyvu. Sľubným smerom aktivácie povrchu oxidu titaničitého je jeho vystavenie konštantnému elektrickému poľu, ale tento proces nebol dostatočne podrobne študovaný.

Účelom tejto práce je vytvorenie funkčných skupín na povrchu oxidu titaničitého, ktoré sú aktívne vo vzťahu k sorpcii rozpustných kovových iónov pôsobením konštantného elektrického poľa v destilovanej vode a v roztoku chloridu sodného.

Experimentálne metódy a charakteristiky skúmaného objektu

V práci sa použil prášok oxidu titaničitého získaný hydrolýzou činidla TiCl4 s následnou kalcináciou pri 600 °C.

Zvoleným médiom na ošetrenie konštantným elektrickým poľom bola destilovaná voda (referenčné médium) a 0,2 N roztok NaCl, ktoré nevedú k zmene pH.

Pri vykonávaní práce sa použil prenos infračervenej spektroskopie (IR) na určenie typu funkčných skupín na povrchu oxidu titaničitého (FTIR spektrofotometer Nicolet 5700). Identifikácia funkčných skupín spojených s absorpciou v IČ spektre sa uskutočnila s použitím údajov z literatúry. Kvantitatívne stanovenie obsahu rozpustných nečistôt Fe(II), Mn(II) a Ni(II) iónov vo vode sa uskutočnilo pomocou štandardných fotokolorimetrických techník (fotometer KFK-3-01). Konštantné elektrické pole vzniklo pripojením plochých titánových elektród značky VT-1.0 (vzdialenosť medzi elektródami l = 12 cm, U = 200 V) na laboratórny jednosmerný zdroj napätia „Instek“. Spracovanie suspenzií oxidu titaničitého vo vode a roztoku chloridu sodného sa uskutočnilo v ultrazvukovom kúpeli (22 kHz, 0,15 W/cm2).

Výsledky výskumu a diskusia

Po zmiešaní suspenzie ultrazvukom (10 min.) v destilovanej vode a vystavení konštantnému elektrickému poľu (30 min.) bola zo stredu medzielektródového priestoru (vzorka S1, tabuľka 1) odobratá vzorka oxidu titaničitého, vysušená a IR transmisné spektrum bolo zaznamenané v oblasti 400-4000 cm-1 (obrázok a) lisovaním vzorky do bromidu draselného.

IR absorpčné spektrum tejto vzorky je charakterizované širokým ν pásom (Ti = O) s maximom pri 697 cm-1 a absorpčnou hranou rovnajúcou sa 719 cm-1. Tento pás sa prekrýva s absorpčným pásom ν (Ti-O) = 1024-1030 cm-1. Spektrum obsahuje absorpčný pás 5 (H-O-H) = 1628, 1696 cm-1. V spektrálnej oblasti 1700-2500 cm-1 nie sú pozorované žiadne ďalšie pásy. Spektrum obsahuje široký absorpčný pás ν (O-H) s maximom pri 3383 cm-1, ktorý končí pri ν (O-H) = 3700 cm-1. Intenzita absorpčného pásma ν (Ti = O) je 88 % a ν (O-H) je 43 %.

Zároveň sa IR transmisné spektrum oxidu titaničitého odobraté z kladne nabitej elektródy (vzorka S2, tabuľka 1) výrazne líši od predchádzajúcich spektier (obrázok b). Maximum absorpčného pásma je ν (Ti = O) = 532 cm-1, okraj tohto pásu je pozorovaný pri 710 cm-1 a prakticky sa zhoduje s predchádzajúcimi spektrami. V oblasti ν (Ti-O) s maximom 1011 cm-1 je pás intenzívnejšej absorpcie a v oblasti δ (H-O-H) je pozorovaný dvojitý pás pri 1627, 1680 cm-1. V rozsahu vlnových dĺžok 1800-2500 cm-1 sa nezistila žiadna badateľná absorpcia. Zároveň je ν (O-H) s maximom pri 3382 cm-1 zreteľne intenzívnejšie v porovnaní s predchádzajúcimi spektrami: absorpcia v tomto pásme klesá pri ν (O-H) = 3700 cm-1. Ak je intenzita pásu ν (Ti = O) 89,5 %, potom ν (O-H) je 49,0 %.

Vzorka oxidu titaničitého spracovaná v destilovanej vode, odobratá v blízkosti záporne nabitej elektródy (vzorka S3, tabuľka 1), po vysušení má infračervené transmisné spektrum podobné vzorke S1. Intenzita absorpčného pásma ν (Ti = O) je tiež 88 % a intenzita ν (O-H) je len 26 %.

Na porovnanie povrchovej štruktúry oxidu titaničitého ošetreného konštantným elektrickým poľom v destilovanej vode bola vzorka Ti02 ošetrená konštantným elektrickým poľom v 0,2 N roztoku NaCl. Vzorky vzorky boli odobraté podobným spôsobom: zo stredu medzielektródového priestoru, v blízkosti kladne a záporne nabitých elektród (vzorky S4, S5 a S6, v uvedenom poradí, tabuľka 1).

Maximum absorpčného pásma ν (Ti = O) vzorky S4 je 700 cm-1, okraj jeho absorpčného pásma zodpovedá 710 cm-1. Ako inflexný bod sa javí široký nerozlíšený pás v oblasti 950-1200 cm-1. Spektrum obsahuje absorpčný pás δ (H-O-H) s dvoma maximami: 1620 (intenzívnejšie) a 1680 cm-1. V oblasti 1680-2600 cm-1 sú slabé absorpčné pásy. Široký ν (O-H) pás je pozorovaný v rozsahu 2600-3700 cm-1 s maximom pri 3454 cm-1. Absolútna hodnota intenzity pásov ν (Ti = O) je 77 % a ν (O-H) - 35 %.

Oxid titaničitý, vybraný v blízkosti kladne nabitej elektródy (vzorka S5, tabuľka 1), má absorpčný pás ν (Ti = O) = 656 cm-1 (maximum), okraj tohto pásma je 704 cm-1. Nerozlíšený pás ν (Ti-O) má šírku 970-1170 cm-1. Absorpčný pás 5 (H-O-H) je charakterizovaný tromi maximami: 1627 (maximum), 1644 a 1660 cm-1. Existujú tiež slabé absorpčné pásy v rozsahu od 1880 do 2580 cm-1. Široký ν (O-H) pás je pozorovaný v rozsahu 2600-3700 cm-1 s maximom pri 3340 cm-1. Intenzita absorpčného pásma ν (Ti = O) je 88 % a pásu ν (O-H) je 37 %.

Oxid titaničitý umiestnený na záporne nabitej elektróde (vzorka S6, tabuľka 1) má významné rozdiely od všetkých predtým uvažovaných vzoriek, pokiaľ ide o spektrálne charakteristiky. Absorpčný pás ν (Ti = O) má maximum rovné 560 cm-1, s okrajom v oblasti 732 cm-1. Nerozlíšený pás ν (Ti-O) sa vyznačuje väčšou šírkou 940-1160 cm-1. Absorpčný pás 5 (H-O-H) má dve maximá: 1635 (väčšie) a 1650 cm-1. Existujú slabé absorpčné pásy v rozsahu od 1870 do 2250 cm-1. Široký pás ô (H-O-H) je pozorovaný v rozsahu 2600-3700 cm-1 s maximom pri 3450 cm-1. Intenzita absorpčného pásma ν (Ti = O) je 82 % a - ν (O-H) je 37 %.

a b

IR transmisné spektrum vzorky TiO2 zo stredu medzielektródového priestoru ošetreného konštantným elektrickým poľom: a - v destilovanej vode; b - v roztoku chloridu sodného

stôl 1

Vzorky oxidu titaničitého podrobené pôsobeniu ultrazvuku a konštantného elektrického poľa v rôznych elektrolytoch

Sorpčné vlastnosti oxidu titaničitého upraveného konštantným elektrickým poľom v destilovanej vode a roztoku chloridu sodného boli študované pomocou modelových roztokov dvojmocných kovových iónov: Fe - 3,00 mg/l, Ni a Mn - 1,00 mg/l. Ako referenčná vzorka sa použil oxid titaničitý, ktorý nebol podrobený ďalšiemu spracovaniu (vzorka SO, tabuľka 1).

Sorpcia sa uskutočnila za statických podmienok umiestnením 0,2 g vzoriek oxidu titaničitého (tabuľka 1) do 100 ml modelových roztokov pripravených rozpustením presne navážených množstiev síranov niklu, železa a mangánu. Koncentrácia rozpustných iónov železa (II), mangánu (II) a niklu (II) po sorpcii bola monitorovaná pomocou štandardných fotokolorimetrických techník. Presnosť experimentov bola zabezpečená zostrojením kalibračných grafov a štatistickým spracovaním získaných údajov s pravdepodobnosťou P = 0,95: pre železo - v koncentračnom rozmedzí od 0,01 do 3,00 mg/l, pre mangán a nikel - od 0,005 do 1,000 mg/l.

Výsledky stanovenia koncentrácie rozpustných kovových iónov v modelových roztokoch po sorpcii oxidom titaničitým (vzorka S0) a vzorkách získaných úpravou TiO2 konštantným elektrickým poľom v destilovanej vode (vzorky S1, S2, S3) a roztoku chloridu sodného (vzorky S4 , S5, S6), sú uvedené v tabuľkách: 2 - ióny železa, 3 - mangán, 4 - nikel.

Podľa údajov v tabuľkách 2-4 sa zistilo, že vplyv konštantného elektrického poľa na činidlo oxidu titaničitého významne ovplyvňuje jeho sorpčné vlastnosti. Vzorky oxidu titaničitého umiestnené v blízkosti kladne nabitej elektródy znižujú koncentráciu iónov železa, mangánu a niklu vo väčšej miere v porovnaní so vzorkami umiestnenými v blízkosti záporne nabitej elektródy.

Maximálny pokles koncentrácie železných nečistôt bol pozorovaný pre vzorku S4: z 3,00 na 0,54 mg/l, minimálny pre vzorku S3 - na 1,73 mg/l (tab. 2).

Nečistoty mangánu a niklových iónov účinnejšie znížila vzorka S1 z 1,00 na 0,19 a 0,20 mg/l, v uvedenom poradí, a minimálne vzorka S0: na 0,53 pre mangánové ióny a na 0,50 mg/l pre ióny niklu (tabuľka 3-4 ).

tabuľka 2

Tabuľka 3

Pokles koncentrácie rozpustných nečistôt iónov železa, mangánu a niklu po ich sorpcii s použitím pôvodného oxidu titaničitého a vzoriek upravených konštantným elektrickým poľom v destilovanej vode a roztoku chloridu sodného teda spriemeroval: pre neupravený TiO2 (S0) - 2 4 krát; pre ošetrené v destilovanej vode: S1 – 4,1; S2 - 3,5; S3 - 3,4 krát; pre oxid titaničitý upravený v roztoku chloridu sodného: S4 - 4,7; S5 - 3,5 S6 - 3,4 krát.

Tabuľka 4

Najlepšie výsledky pri čistení vody od rozpustných nečistôt železa (II) boli dosiahnuté použitím oxidu titaničitého bez pôsobenia konštantného elektrického poľa a roztoku elektrolytu ako sorbentu (doba kontaktu - 20 min). Po 60 minútach sorpcie sa koncentrácia iónov železa (II) čo najviac znížila z 3,00 na 1,73 mg/l pri použití vzorky S5 (tabuľka 1), ale po 24 hodinách boli najlepšie výsledky dosiahnuté so vzorkou S4 (tabuľka 1) .

Štúdia sorpčného procesu mangánových (II) iónov ukázala, že po 20 minútach sorpcie boli dosiahnuté najlepšie výsledky pre vzorky S1 a S4: koncentrácia nečistôt klesla z 1,00 na 0,31 mg/l. Po hodine sorpcie bol zaznamenaný maximálny pokles koncentrácie nečistôt pri vzorke S4: koncentrácia klesla na 0,21 mg/l. S predĺžením doby sorpcie na 24 hodín na vzorke S1 bol zistený maximálny pokles koncentrácie nečistôt na 0,19 mg/l.

Koncentrácia rozpustných nečistôt iónov niklu (II) po 20 minútach sorpcie na vzorke S4 klesla maximálne z 1,00 na 0,39 mg/l a po 60 minútach sorpcie bol na tej istej vzorke pozorovaný maximálny pokles nečistôt - 0,37 mg/l, čo znamená, že maximálna sorpcia nastala na oxide titaničitom spracovanom v roztoku chloridu sodného. Po 24 hodinách sorpcie sa koncentrácia nečistôt v prítomnosti vzorky S1 čo najviac znížila (na 0,20 mg/l).

Ošetrenie konštantným elektrickým poľom vedie k polarizácii častíc TiO2 a funkčných skupín na ich povrchu. V dôsledku pôsobenia elektrického poľa sa častice oxidu titaničitého rozdeľujú na frakcie, ktoré vykazujú odlišné sorpčné vlastnosti vo vzťahu k rozpustným nečistotám katiónov železa, mangánu a niklu. Pôsobením konštantného elektrického poľa dochádza k redistribúcii koncentrácie funkčných skupín na povrchu oxidu titaničitého.

1. Úprava oxidu titaničitého získaného hydrolýzou TiCl4 konštantným elektrickým poľom vedie k jeho separácii na frakcie, ktoré sa líšia sorpčnou aktivitou voči rozpustným nečistotám iónov železa (II), mangánu (II) a niklu (II), čo je spojené so zmenou obsahu určitých funkčných skupín na povrchu oxidu titaničitého.

2. V prostrediach, ktoré nevytláčajú iónovú rovnováhu H+-OH-, boli najlepšie výsledky o sorpcii iónov železa (II) dosiahnuté na vzorke oxidu titaničitého spracovanej konštantným elektrickým poľom v roztoku chloridu sodného a odobratej z medzielektródový priestor (S4): koncentrácia klesla z 3,00 na 0,54 mg/l (5,6-krát).

3. Ióny mangánu (II) boli lepšie sorbované vzorkou oxidu titaničitého vystavenou konštantnému elektrickému poľu v destilovanej vode a tiež odobraté z medzielektródového priestoru (S1): koncentrácia sa znížila z 1,00 na 0,19 mg/l (5,3-krát ).

4. Vzorka oxidu titaničitého, upravená konštantným elektrickým poľom v destilovanej vode a odobratá v strede medzielektródového priestoru (S1), viedla k maximálnemu poklesu koncentrácie iónov niklu (II): z 1,00 na 0,20 mg. /l (5 krát) .

Recenzenti:

Kozik V.V., doktor technických vied, profesor, vedúci Katedry anorganickej chémie, Štátna univerzita v Tomsku, Tomsk;

Vereshchagin V.I., doktor technických vied, profesor Katedry technológie silikátov a nanomateriálov, Federálna štátna rozpočtová vzdelávacia inštitúcia vyššieho odborného vzdelávania „Národná výskumná Tomská polytechnická univerzita“, Tomsk.

Dielo obdržala redaktorka 27.5.2013.

Bibliografický odkaz