Фотокаталитические свойства пленок оксида титана (IV) в средах различной кислотности
Синтезированы пленки оксида титана (IV) на пористом керамическом носителе. Исследована фотокаталитическая активность данных пленок в реакции окисления азокрасителя метилового оранжевого под действием ультрафиолетового излучения при разных величинах рН среды. Определены константы скорости в разных ср...
Gespeichert in:
| Datum: | 2013 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут газу НАН України
2013
|
| Schriftenreihe: | Энерготехнологии и ресурсосбережение |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/127252 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Фотокаталитические свойства пленок оксида титана (IV) в средах различной кислотности / Н.Д. Сахненко, М.В. Ведь, В.В. Быканова // Энерготехнологии и ресурсосбережение. — 2013. — № 6. — С. 50-54. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-127252 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1272522017-12-15T03:02:47Z Фотокаталитические свойства пленок оксида титана (IV) в средах различной кислотности Сахненко, Н.Д. Ведь, М.В. Быканова, В.В. Охрана окружающей среды Синтезированы пленки оксида титана (IV) на пористом керамическом носителе. Исследована фотокаталитическая активность данных пленок в реакции окисления азокрасителя метилового оранжевого под действием ультрафиолетового излучения при разных величинах рН среды. Определены константы скорости в разных средах и порядок реакции. Синтезовано плівки титан (IV) оксиду на поруватому керамічному носії. Досліджено фотокаталітичну активність даних плівок у реакції окиснення азобарвника метилового жовто-гарячого під дією ультрафіолетового випромінювання з різними величинами рН середовища. Визначено константи швидкості у різних середовищах та порядок реакції. The Titanium (IV) oxide films were synthesized on the porous ceramic carrier. Photocatalytic activity of these films was studied in the reaction of methyl orange azo dye oxidation under the effect of ultraviolet radiation with various ðÍ levels. Velocity constants were determined in different media as well as the sequence of the reaction. 2013 Article Фотокаталитические свойства пленок оксида титана (IV) в средах различной кислотности / Н.Д. Сахненко, М.В. Ведь, В.В. Быканова // Энерготехнологии и ресурсосбережение. — 2013. — № 6. — С. 50-54. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 0235-3482 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/127252 541.145:541.14 ru Энерготехнологии и ресурсосбережение Інститут газу НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Охрана окружающей среды Охрана окружающей среды |
| spellingShingle |
Охрана окружающей среды Охрана окружающей среды Сахненко, Н.Д. Ведь, М.В. Быканова, В.В. Фотокаталитические свойства пленок оксида титана (IV) в средах различной кислотности Энерготехнологии и ресурсосбережение |
| description |
Синтезированы пленки оксида титана (IV) на пористом керамическом носителе. Исследована фотокаталитическая активность данных пленок в реакции окисления азокрасителя метилового оранжевого под действием ультрафиолетового излучения при разных величинах рН среды. Определены константы скорости в разных средах и порядок реакции. |
| format |
Article |
| author |
Сахненко, Н.Д. Ведь, М.В. Быканова, В.В. |
| author_facet |
Сахненко, Н.Д. Ведь, М.В. Быканова, В.В. |
| author_sort |
Сахненко, Н.Д. |
| title |
Фотокаталитические свойства пленок оксида титана (IV) в средах различной кислотности |
| title_short |
Фотокаталитические свойства пленок оксида титана (IV) в средах различной кислотности |
| title_full |
Фотокаталитические свойства пленок оксида титана (IV) в средах различной кислотности |
| title_fullStr |
Фотокаталитические свойства пленок оксида титана (IV) в средах различной кислотности |
| title_full_unstemmed |
Фотокаталитические свойства пленок оксида титана (IV) в средах различной кислотности |
| title_sort |
фотокаталитические свойства пленок оксида титана (iv) в средах различной кислотности |
| publisher |
Інститут газу НАН України |
| publishDate |
2013 |
| topic_facet |
Охрана окружающей среды |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/127252 |
| citation_txt |
Фотокаталитические свойства пленок оксида титана (IV) в средах различной кислотности / Н.Д. Сахненко, М.В. Ведь, В.В. Быканова // Энерготехнологии и ресурсосбережение. — 2013. — № 6. — С. 50-54. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
| series |
Энерготехнологии и ресурсосбережение |
| work_keys_str_mv |
AT sahnenkond fotokatalitičeskiesvojstvaplenokoksidatitanaivvsredahrazličnojkislotnosti AT vedʹmv fotokatalitičeskiesvojstvaplenokoksidatitanaivvsredahrazličnojkislotnosti AT bykanovavv fotokatalitičeskiesvojstvaplenokoksidatitanaivvsredahrazličnojkislotnosti |
| first_indexed |
2025-07-09T06:36:29Z |
| last_indexed |
2025-07-09T06:36:29Z |
| _version_ |
1837150232430772224 |
| fulltext |
Îêñèä òèòàíà (IV) ÿâëÿåòñÿ óíèêàëüíûì
ìàòåðèàëîì, ñî÷åòàþùèì ñâîéñòâà øèðîêîçîí-
íîãî ïîëóïðîâîäíèêà ñ âûñîêîé õèìè÷åñêîé
èíåðòíîñòüþ, íåòîêñè÷íîñòüþ, íåâûñîêîé ñòîè-
ìîñòüþ, ÷òî ïîçâîëÿåò èñïîëüçîâàòü åãî â ðàç-
ëè÷íûõ îáëàñòÿõ òåõíîñôåðû. Áîëüøîé ïîòåí-
öèàë èìååò TiO2 êàê ôîòîêàòàëèçàòîð äëÿ îáåç-
âðåæèâàíèÿ òîêñè÷íûõ îðãàíè÷åñêèõ ñîåäèíå-
íèé, ñîäåðæàùèõñÿ â ñòî÷íûõ è ïîòðåáèòåëü-
ñêèõ âîäàõ, ãàçîâûõ âûáðîñàõ. Îäíàêî â íà-
ñòîÿùåå âðåìÿ øèðîêîãî ïðîìûøëåííîãî ïðè-
ìåíåíèÿ òàêèå òåõíîëîãèè íå ïîëó÷èëè, ïî-
ñêîëüêó ðàçðàáîòêè íàõîäÿòñÿ íà ñòàäèè ëàáî-
ðàòîðíûõ èññëåäîâàíèé [1].
Îñîáîå âíèìàíèå ïðè ðàçðàáîòêå òåõíîëî-
ãèé ôîòîêàòàëèòè÷åñêîé äåñòðóêöèè ñëåäóåò
óäåëèòü ñïîñîáó ïîëó÷åíèÿ îêñèäà òèòàíà (IV).
Ñóëüôàòíûé è õëîðèäíûé ìåòîäû ïðîèçâîäñòâà
TiO2 èç êîíöåíòðàòîâ (èëüìåíèò, ñôåí, òèòàí-
ñîäåðæàùàÿ ðóäà) ïîçâîëÿþò ñèíòåçèðîâàòü ïî-
ðîøêîâûé ïðîäóêò, âûäåëåíèå êîòîðîãî èç ñóñ-
ïåíçèé â æèäêîôàçíûõ ôîòîêàòàëèòè÷åñêèõ
ïðîöåññàõ çàòðóäíåíî. Â ãàçîôàçíûõ ïðîöåññàõ
ïðèìåíåíèå ïîðîøêà TiO2 ïðèâîäèò ê òàêèì
ïðîáëåìàì, êàê óíîñ ÷àñòèö â ðåàêòîðå, íå-
äîñòàòî÷íàÿ îñâåùåííîñòü êàòàëèçàòîðà è ò.ä.,
÷òî òàêæå íåãàòèâíî ñêàçûâàåòñÿ íà ïðîâåäåíèè
ïðîöåññà. Íàèáîëåå öåëåñîîáðàçíûì ÿâëÿåòñÿ
ñèíòåç ïëåíîê TiO2 íà ðàçëè÷íûõ íåìåòàëëè÷å-
ñêèõ íîñèòåëÿõ ëèáî îêñèäíûõ ïîêðûòèé íà
ñïëàâàõ òèòàíà.
Ñóùåñòâóåò ìíîæåñòâî ìåòîäîâ, ïîçâîëÿþ-
ùèõ ïîëó÷àòü ìåòàëëîêñèäíûå ïëåíêè ðàçëè÷-
íîé ìîðôîëîãèè, òîëùèíû è ñâîéñòâ: çîëü-ãåëü
òåõíîëîãèÿ [2]; ýëåêòðîôîðåòè÷åñêîå îñàæäåíèå
[3]; ðåàêòèâíîå èñïàðåíèå [4]; õèìè÷åñêîå îñà-
æäåíèå èç ãàçîâîé ôàçû [5] è äð. Óñòàíîâëåíî,
÷òî ìåòîä ñèíòåçà, òèï è ñîñòàâ ïðåêóðñîðîâ,
íàëè÷èå ïðèìåñåé âëèÿþò íå òîëüêî íà ôèçè-
êî-õèìè÷åñêèå ñâîéñòâà ñàìèõ ïëåíîê, íî è íà
ñåëåêòèâíîñòü ôîòîêàòàëèçàòîðà [6].
Âàæíóþ ðîëü äëÿ ïðîìûøëåííîé ýêñïëóà-
òàöèè ôîòîêàòàëèçàòîðîâ èìååò ñîñòàâ âîäíûõ
ñòîêîâ ïðåäïðèÿòèé, êîòîðûå ìîãóò áûòü êèñ-
50 Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2013. ¹ 6
� Ñàõíåíêî Í.Ä., Âåäü Ì.Â., Áûêàíîâà Â.Â., 2013
Îõðàíà îêðóæàþùåé ñðåäû
ÓÄÊ 541.145:541.14
Ñàõíåíêî Í.Ä., äîêò. òåõí. íàóê, ïðîô.,
Âåäü Ì.Â., äîêò. òåõí. íàóê, ïðîô., Áûêàíîâà Â.Â., àñïèðàíò
Íàöèîíàëüíûé òåõíè÷åñêèé óíèâåðñèòåò «Õàðüêîâñêèé ïîëèòåõíè÷åñêèé
èíñòèòóò», Õàðüêîâ
óë. Ôðóíçå, 21, 61002 Õàðüêîâ, Óêðàèíà, e-mail: foggymorning1@rambler.ru
Ôîòîêàòàëèòè÷åñêèå ñâîéñòâà ïëåíîê
îêñèäà òèòàíà (IV) â ñðåäàõ ðàçëè÷íîé êèñëîòíîñòè
Ñèíòåçèðîâàíû ïëåíêè îêñèäà òèòàíà (IV) íà ïîðèñòîì êåðàìè÷åñêîì íîñèòåëå. Èñ-
ñëåäîâàíà ôîòîêàòàëèòè÷åñêàÿ àêòèâíîñòü äàííûõ ïëåíîê â ðåàêöèè îêèñëåíèÿ àçî-
êðàñèòåëÿ ìåòèëîâîãî îðàíæåâîãî ïîä äåéñòâèåì óëüòðàôèîëåòîâîãî èçëó÷åíèÿ ïðè
ðàçíûõ âåëè÷èíàõ ðÍ ñðåäû. Îïðåäåëåíû êîíñòàíòû ñêîðîñòè â ðàçíûõ ñðåäàõ è ïî-
ðÿäîê ðåàêöèè. Áèáë. 9, ðèñ. 6.
Êëþ÷åâûå ñëîâà: ïëåíêè îêñèäà òèòàíà (IV), ïîðèñòàÿ êåðàìèêà, ôîòîêàòàëèçàòîð,
àçîêðàñèòåëü.
ëîòíûìè ëèáî ùåëî÷íûìè. Ïîýòîìó óñòàíîâëå-
íèå îïòèìàëüíûõ ïàðàìåòðîâ ôóíêöèîíèðîâà-
íèÿ ïëåíî÷íûõ ôîòîêàòàëèçàòîðîâ â ñðåäàõ ñ
ðàçëè÷íîé êèñëîòíîñòüþ ÿâëÿåòñÿ àêòóàëüíîé
çàäà÷åé è ïðåäñòàâëÿåò ïðàêòè÷åñêèé èíòåðåñ.
Ýêñïåðèìåíòàëüíàÿ ÷àñòü
Äëÿ ïðîâåäåíèÿ ýêñïåðèìåíòîâ èñïîëüçîâà-
ëè ïîðîøîê îêñèäà òèòàíà (IV) (Aldrich) êâà-
ëèôèêàöèè ×ÄÀ ñ ðàçìåðîì ÷àñòèö 25 íì. Ïî-
êðûòèÿ îêñèäîì òèòàíà (IV) ïîëó÷àëè ìåòîäîì
îäíîêðàòíîé ïðîïèòêè êåðàìè÷åñêîãî ïîðèñòîãî
íîñèòåëÿ — ïëàñòèí øàìîòà (50 � 50 � 5 ìì)
çàäàííîãî ñîñòàâà, % (ìàñ.): SiO2 — 55,29;
Al2O3 — 42,00; Fe2O3 —1,40; K2O — 0,85;
CaO — 0,27; Na2O — 0,19.
Ïðåäâàðèòåëüíàÿ ïîäãîòîâêà è àêòèâàöèÿ
ïîâåðõíîñòè íîñèòåëÿ âêëþ÷àëà â ñåáÿ ïðîïèò-
êó äèñòèëëèðîâàííîé âîäîé è îáåçæèðèâàíèå â
âîäíîì ðàñòâîðå ãèäðîêñèäà íàòðèÿ êîíöåíòðà-
öèåé 0,40 ã/äì3 ïðè òåìïåðàòóðå 50 �Ñ. Ïîñëå
òùàòåëüíîé ïðîìûâêè âîäîé ïëàñòèíû â òå÷å-
íèå 10 ìèí îáðàáàòûâàëè â ðàñòâîðå õëîðèäà
îëîâà êîíöåíòðàöèåé 2.10–3 ã/äì3 ïðè òåìïåðà-
òóðå 25 �Ñ. Ïîñëå ïðîìûâêè âîäîé øàìîò ïî-
ãðóæàëè íà 3 ìèí â ïîäêèñëåííûé ðàñòâîð õëî-
ðèäà æåëåçà (III) ïðè òåìïåðàòóðå 25 �Ñ ñëå-
äóþùåãî ñîñòàâà, ã/äì3: FeCl3 — 0,36; HCl
— 0,60. Çàòåì ïîñëå ïðîìûâêè òåïëîé âîäîé
(50 �Ñ) äî ðÍ ïðîìûâíîé âîäû 7, ïðîâîäèëè
íåïðåðûâíóþ ïðîïèòêó àêòèâèðîâàííîãî íîñè-
òåëÿ ñóñïåíçèåé TiO2 ñ ñîäåðæàíèåì òâåðäîé
ôàçû àíàòàçà 0,30 ã/äì3. Çàêëþ÷èòåëüíàÿ îïå-
ðàöèÿ âêëþ÷àëà â ñåáÿ âûñóøèâàíèå îáðàçöà
ïðè òåìïåðàòóðå 100 �Ñ â òå÷åíèå 100 ìèí.
Ñîñòàâ ïëåíîê èññëåäîâàëè ìåòîäîì ðåíòãåíî-
ôàçîâîãî àíàëèçà íà äèôðàêòîìåòðå ÄÐÎÍ- 2,0 â
îáëàñòè óãëîâ 2� îò 8 äî 70� â Cu-K�-èçëó÷åíèè.
Ôîòîêàòàëèòè÷åñêèå ñâîéñòâà ïîëó÷åííûõ
ïîêðûòèé òåñòèðîâàëè â ìîäåëüíîé ðåàêöèè
îêèñëåíèÿ âîäíîãî ðàñòâîðà êðàñèòåëÿ ìåòè-
ëîâîãî îðàíæåâîãî (ÌÎ) êîíöåíòðàöèåé
2.10–2 ã/äì3 (Ñ0) ïîä äåéñòâèåì óëüòðàôèîëå-
òîâîãî îáëó÷åíèÿ. Ïðåäâàðèòåëüíî äàííûé ðàñ-
òâîð ñ ôîòîêàòàëèçàòîðîì âûäåðæèâàëñÿ â òåì-
íîòå â òå÷åíèå 24 ÷ äëÿ óñòàíîâëåíèÿ àäñîðáöè-
îííîãî ðàâíîâåñèÿ.
 êà÷åñòâå èñòî÷íèêà óëüòðàôèîëåòîâîãî
èçëó÷åíèÿ èñïîëüçîâàëè ëþìèíåñöåíòíóþ ëàì-
ïó DeLux EBT-01 îáùåé ìîùíîñòüþ 26 Âò ñ
äèàïàçîíîì âîëí 315–400 íì.  êà÷åñòâå îêèñ-
ëèòåëÿ ïðèìåíÿëñÿ ðàñòâîð ïåðîêñèäà âîäîðîäà
êîíöåíòðàöèåé 3.10–4 ìîëü/äì3.
Ôîòîêàòàëèòè÷åñêèé ðåàêòîð (ðèñ.1) ïðåä-
ñòàâëÿë ñîáîé òåðìîñòàòèðóåìóþ âåðòèêàëüíóþ
öèëèíäðè÷åñêóþ ÿ÷åéêó ñ çàêðåïëåííûì èñòî÷-
íèêîì èçëó÷åíèÿ è ïëàñòèíàìè ôîòîêàòàëèçàòî-
ðà âíóòðè ÿ÷åéêè.
Âåëè÷èíó pH ìîäåëüíîé ñðåäû âàðüèðîâàëè
îò 2 äî 11 äîáàâëåíèåì ñîëÿíîé êèñëîòû ëèáî
ãèäðîêñèäà íàòðèÿ. Ñòåïåíü ðàçëîæåíèÿ êðàñè-
òåëÿ êîíòðîëèðîâàëè ôîòîêàëîðèìåòðè÷åñêè ïðè
îòáîðå ïðîá ÷åðåç ðàâíûå ïðîìåæóòêè âðåìåíè
äëÿ èçìåðåíèÿ îïòè÷åñêîé ïëîòíîñòè ðàñòâîðîâ
íà ôîòîýëåêòðîêàëîðèìåòðå ÊÔÊ-2. Èçìåðåíèÿ
îïòè÷åñêîé ïëîòíîñòè ïðîâîäèëè ñ ñèíèì ñâåòî-
ôèëüòðîì â êþâåòå òîëùèíîé 5,06 ìì.
Ðåçóëüòàòû è èõ îáñóæäåíèå
Íà äèôðàêòîãðàììå ñèñòåìû TiO2/øàìîò
(ðèñ.2) îòìå÷åíû ôîíîâûå ïèêè, õàðàêòåðèçóþ-
ùèå ñîñòàâ ïîðèñòîãî íîñèòåëÿ è äèôðàêöèîí-
íûå ïèêè, îòíîñÿùèåñÿ ê îêñèäó òèòàíà (IV).
Òàê, ïèêè ïðè 2� = 31,1 è 40� ñîîòâåòñòâóþò
îêñèäàì àëþìèíèÿ è êðåìíèÿ, à ïèê ïðè 2� =
= 38,95� ìîæåò áûòü îòíåñåí ê ïëîñêîñòè ðå-
øåòêè àíàòàçà. Øèðèíà óêàçàííîãî ïèêà äàåò
îñíîâàíèÿ ïðåäïîëàãàòü íàëè÷èå íàíî÷àñòèö
TiO2. Ïèêè, êîòîðûå ìîæíî áûëî áû îòíåñòè ê
TiO2 â ôàçå áðóêèòà èëè ê òàêèì îêñèäíûì
ôîðìàì òèòàíà, êàê TiO, Ti2O, Ti3O5, íà äè-
ôðàêòîãðàììå îòñóòñòâóþò.
Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2013. ¹ 6 51
Ðèñ.1. Ôîòîêàòàëèòè÷åñêàÿ ÿ÷åéêà: 1 — òåðìîñòàò; 2 — ðà-
áî÷èé ðàñòâîð; 3 — ïëàñòèíû ôîòîêàòàëèçàòîðà; 4 — èñòî÷-
íèê óëüòðàôèîëåòîâîãî èçëó÷åíèÿ.
Ðèñ.2. Äèôðàêòîãðàììà ñèñòåìû TiO2/ïîðèñòûé íîñèòåëü.
Äëÿ îöåíêè ñòåïåíè ýôôåêòèâíîñòè ôîòî-
äåñòðóêöèè ìîäåëüíîãî ðàñòâîðà íà ñèñòåìå
TiO2/øàìîò ïðîâîäèëñÿ ýêñïåðèìåíò áåç ó÷à-
ñòèÿ ÓÔ/H2O2 â íåéòðàëüíîé ñðåäå. Óñòàíîâ-
ëåíî, ÷òî íàëè÷èå ñèñòåìû TiO2/øàìîò â ðàñ-
òâîðå ïîä äåéñòâèåì óëüòðàôèîëåòîâîãî îáëó÷å-
íèÿ ñóùåñòâåííî âëèÿåò íà ïðîöåññ äåñòðóêöèè
ìåòèëîðàíæà (ðèñ.3). Çàâèñèìîñòü îòíîøåíèÿ
êîíöåíòðàöèè ìåòèëîðàíæà Ñ ê åãî èñõîäíîé
êîíöåíòðàöèè Ñ0 îò âðåìåíè îáëó÷åíèÿ ïðè
ðàçíûõ çíâ÷åíèÿõ ðÍ ñâèäåòåëüñòâóþò î ñóùå-
ñòâåííîì âëèÿíèè êèñëîòíîñòè ñðåäû íà ýôôåê-
òèâíîñòü ïðîöåññà.
Ìàêñèìàëüíàÿ ñòåïåíü ðàçëîæåíèÿ êðàñèòå-
ëÿ äîñòèãàåòñÿ â íåéòðàëüíîé ñðåäå ïðè pH 7. Ñ
óâåëè÷åíèåì ðÍ îò 2 äî 7 ñòåïåíü ôîòîðàçëîæå-
íèÿ ìåòèëîðàíæà â òå÷åíèå ïåðâûõ äâàäöàòè ìè-
íóò èçìåíÿåòñÿ îò 23,3 äî 65,0 %. Òàêèì îáðà-
çîì, ñìåùåíèå ðàâíîâåñèÿ ñîïðÿæåííîé ïàðû
ïðîòîíèðîâàííàÿ — äåïðîòîíèðîâàííàÿ ôîðìà
ìåòèëîðàíæà â ðàñòâîðå ïðèâîäèò ê óìåíüøå-
íèþ ôîòîõèìè÷åñêîé ñòàáèëüíîñòè ñèñòåìû è,
êàê ñëåäñòâèå, ñòåïåíü ôîòîäåñòðóêöèè ïîâûøà-
åòñÿ. Ïðè ïîâûøåíèè ðÍ â èíòåðâàëå 7–12 ýô-
ôåêòèâíîñòü ôîòîêàòàëèçàòîðà âíîâü ïàäàåò îò
65,0 äî 19,2 %. Ïðè÷èíû òàêîãî õàðàêòåðà ïðî-
öåññà ôîòîêàòàëèòè÷åñêîé äåñòðóêöèè ìîæíî
îáúÿñíèòü, àíàëèçèðóÿ ìåõàíèçì ðåàêöèé, ïðî-
òåêàþùèõ â êèñëîé è ùåëî÷íîé ñðåäàõ.
Îñíîâîé äëÿ óñòàíîâëåíèÿ âëèÿíèÿ êèñëîò-
íîñòè ñðåäû íà ôîòîäåñòðóêöèþ ÿâëÿåòñÿ äèà-
ãðàììà ðàñïðåäåëåíèÿ ãèäðîêñîêîìëåêñîâ Ti
(IV) îò ðÍ ñðåäû (ðèñ.4) [7].
Èç ïðèâåäåííîé äèàãðàììû ñëåäóåò, ÷òî îê-
ñèä òèòàíà (IV) íàèáîëåå óñòîé÷èâ ïðè ðÍ 2, à
ñ ïîâûøåíèåì ðÍ ïðîèñõîäèò ïàðàëëåëüíîå îá-
ðàçîâàíèå èîíîâ TiOH3
+, Ti(OH)2
2+, Ti(OH)3
+,
Ti(OH)4. Íà ýòîì îñíîâàíèè ìîæíî ïðåäïîëî-
æèòü, ÷òî â ùåëî÷íîé ñðåäå TiO2 íåñòàáèëåí è
ïîäâåðãàåòñÿ ÷àñòè÷íîìó ðàñòâîðåíèþ, â ÷àñò-
íîñòè, âîçìîæíû ÷àñòè÷íîå õèìè÷åñêîå ðàñòâî-
ðåíèå êèñëîòíîãî îêñèäà TiO2 è íåêîòîðàÿ äå-
ñòðóêöèÿ íîñèòåëÿ, ñîñòîÿùåãî èç êèñëîòíîãî
îêñèäà SiO2 è àìôîòåðíîãî Al2O3. Â êèñëîé
ñðåäå ðàñòâîðåíèþ ïîäâåðãàåòñÿ òîëüêî îêñèä
Al2O3. Ýòî îáóñëîâëèâàåò áîëüøóþ ñòåïåíü ôî-
òîäåñòðóêöèè â êèñëîé ñðåäå ïî ñðàâíåíèþ ñ
ùåëî÷íîé.
 ùåëî÷íîé ñðåäå ïðîöåññ ôîòîîêèñëåíèÿ
ëèìèòèðóåòñÿ îáðàçîâàíèåì ãèäðîêñîïåðîêñèä-
íîãî àíèîíà ÍÎ2
–:
Í2Î2 + ÎÍ– � ÍÎ2
– + Í2Î, (1)
êîòîðûé íà ñëåäóþùåé ñòàäèè âçàèìîäåéñòâóåò
ñ ïåðîêñèäîì âîäîðîäà:
ÍÎ2
– + Í2Î2 � ÎÍ– + Î2 + Í2Î, (2)
÷òî ïðèâîäèò ê ñíèæåíèþ êîíöåíòðàöèè ðàäè-
êàëüíûõ ãðóïï ÎÍ�, îáåñïå÷èâàþùèõ ýôôåê-
òèâíûé ôîòîêàòàëèç.
Èçâåñòíî [8], ÷òî ïåðîêñèä âîäîðîäà â ùå-
ëî÷íîé ñðåäå ÿâëÿåòñÿ íåñòàáèëüíûì è ðàçëàãà-
åòñÿ ñ îáðàçîâàíèåì êèñëîðîäà è âîäû, òàêæå
ëèìèòèðóÿ ïðîöåññ ôîòîîêèñëåíèÿ:
2 Í2Î2 � Î2 + 2 Í2Î. (3)
Êðîìå òîãî, ñîäåðæàíèå íåîáõîäèìûõ ÎÍ–-
ãðóïï ìîæåò çíà÷èòåëüíî ñíèæàòüñÿ çà ñ÷åò ðå-
àêöèè âçàèìîäåéñòâèÿ ïåðîêñèäà âîäîðîäà ñ
ãèäðîêñèäîì íàòðèÿ [9]:
2 NaOH + H2O2 � Na2O2 + 8 H2O. (4)
Ïîëó÷åííûå çàâèñèìîñòè dC/d äàþò âîç-
ìîæíîñòü ðàññ÷èòàòü êîíñòàíòû ñêîðîñòè ðåàê-
öèè ôîòîîêèñëåíèÿ ìåòèëîâîãî îðàíæåâîãî ïðè
ðàçíûõ çíà÷åíèÿõ ðÍ ñðåäû. Äëÿ ðåàëèçàöèè
52 Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2013. ¹ 6
Ðèñ.3. Çàâèñèìîñòü ñòåïåíè äåñòðóêöèè ìåòèëîðàíæà îò
âðåìåíè ÓÔ îáëó÷åíèÿ ïðè ðàçíûõ ðÍ: 1 —7; 2 — 2; 3 —
11, à òàêæå áåç ôîòîêàòàëèçàòîðà è ÓÔ îáëó÷åíèÿ ïðè ðÍ 7
(4). Óñëîâèÿ ïðîöåññà: Ñ0 = 2.10–2 ã/äì3; Vð-ðà = 0,4 äì3; T
= 298 Ê.
Ðèñ.4. Äèàãðàììà ðàñïðåäåëåíèÿ ãèäðîêñîêîìëåêñîâ Ti
(IV) â çàâèñèìîñòè îò êîíöåíòðàöèè èîíîâ âîäîðîäà: 1 —
Ti4+; 2 — TiOH3
+; 3 — Ti(OH)2
2+; 4 — Ti(OH)3
+; 5 —
Ti(OH)4.
ðàñ÷åòà áûëè ïîñòðîåíû çàâèñèìîñòè ln C/C0 =
= f(t) (ðèñ.5).
Ëèíåéíûé õàðàêòåð ïðåäñòàâëåííûõ çàâè-
ñèìîñòåé ñâèäåòåëüñòâóåò î òîì, ÷òî ðåàêöèÿ
ôîòîêàòàëèòè÷åñêîãî îêèñëåíèÿ ìåòèëîðàíæà
èìååò ïåðâûé ïîðÿäîê. Ñêîðîñòü ðåàêöèè ôîòî-
êàòàëèòè÷åñêîãî îêèñëåíèÿ ìåòèëîâîãî îðàíæå-
âîãî r îïðåäåëÿåòñÿ ïî ôîðìóëå:
r = –dC/d = kýêñï Ct, (5)
ãäå kýêñï — ýêñïåðèìåíòàëüíîå çíà÷åíèå êîíñòàí-
òû ñêîðîñòè, ìèí–1; Ñt — êîíöåíòðàöèÿ êðàñèòå-
ëÿ â ìîìåíò âðåìåíè t, ìîëü/äì3.
Ýòî ïîçâîëÿåò ðàññ÷èòàòü êîíñòàíòû ñêîðî-
ñòè ôîòîêàòàëèòè÷åñêîãî îêèñëåíèÿ ìåòèëîâîãî
îðàíæåâîãî (kýêñï) â çàâèñèìîñòè îò ðÍ ñðåäû,
� 102 ìèí–1: 2 — 1,57; 7 — 5,65; 11 — 1,23.
Ïðîâåäåííûå ðàñ÷åòû ñâèäåòåëüñòâóþò î
âëèÿíèè êèñëîòíîñòè ñðåäû íà êèíåòè÷åñêèå
ïàðàìåòðû. Íàèáîëüøàÿ êîíñòàíòà ñêîðîñòè çà-
ôèêñèðîâàíà â íåéòðàëüíîé ñðåäå.
Òàêèì îáðàçîì, ïðåäñòàâëåííûå ìåõàíèçìû
äàþò îñíîâàíèå óòâåðæäàòü, ÷òî â ïðîöåññå ôî-
òîêàòàëèòè÷åñêîãî îêèñëåíèÿ ìåòèëîðàíæà â êèñ-
ëîé è ùåëî÷íîé ñðåäàõ ïðîòåêàþò ïàðàëëåëüíûå
îñíîâíîìó ïðîöåññó êîíêóðèðóþùèå ðåàêöèè, êî-
òîðûå ïðèâîäÿò ê èíãèáèðîâàíèþ âñåé ôîòîäå-
ñòðóêöèè â öåëîì. Óñòàíîâëåíî, ÷òî â äàííîì
ïðîöåññå èìååò ìåñòî äåñòðóêöèÿ íîñèòåëÿ è êà-
òàëèòè÷åñêè àêòèâíîãî ñëîÿ. Ïîëó÷åííûå ðåçóëü-
òàòû ñâèäåòåëüñòâóþò, ÷òî â íåéòðàëüíîé ñðåäå
îáåñïå÷èâàåòñÿ ñàìàÿ âûñîêàÿ ñòåïåíü ôîòîäåñò-
ðóêöèè ìåòèëîâîãî îðàíæåâîãî è ñòàáèëüíîñòü
íîñèòåëÿ è êàòàëèòè÷åñêîãî ñëîÿ.
Âûâîäû
Òåñòèðîâàíèå ñèíòåçèðîâàííûõ ìåòîäîì
ïðîïèòêè ïîðèñòîãî êåðàìè÷åñêîãî íîñèòåëÿ
ïëåíîê TiO2 â ìîäåëüíîé ðåàêöèè ôîòîîêèñëå-
íèÿ ìåòèëîðàíæà ïîä äåéñòâèåì óëüòðàôèîëå-
òîâîãî îáëó÷åíèÿ À â ðàçëè÷íûõ ñðåäàõ ïîêàçà-
ëî, ÷òî ñòåïåíü ðàçëîæåíèÿ êðàñèòåëÿ ïðè ðÍ 7
äîñòèãàåò 65,0 % óæå â òå÷åíèå ïåðâûõ 20 ìèí.
Óñòàíîâëåíî, ÷òî ñíèæåíèå ñêîðîñòè ðàçëî-
æåíèÿ âîäíîãî ðàñòâîðà êðàñèòåëÿ â ùåëî÷íîé
ñðåäå îáóñëîâëåíî ïðîòåêàíèåì ïàðàëëåëüíûõ
êîíêóðèðóþùèõ ðåàêöèé, à òàêæå äåñòðóêöèåé
êàòàëèòè÷åñêè àêòèâíîãî ñëîÿ è íîñèòåëÿ.
Ïîêàçàíî, ÷òî ðåàêöèÿ ôîòîêàòàëèòè÷åñêî-
ãî îêèñëåíèÿ ìåòèëîâîãî îðàíæåâîãî èìååò ïåð-
âûé ïîðÿäîê. Ðàññ÷èòàíû êîíñòàíòû ñêîðîñòè â
çàâèñèìîñòè îò êèñëîòíîñòè ñðåäû.
Ïîëó÷åííûå äàííûå ïîçâîëÿþò ðåêîìåíäî-
âàòü ñèñòåìó TiO2/øàìîò â êà÷åñòâå ôîòîêàòà-
ëèçàòîðà äëÿ îáåççàðàæèâàíèÿ íåéòðàëüíûõ
ñòî÷íûõ âîä è ïåðåéòè ê ñîçäàíèþ òåõíîëîãèé,
àäàïòèðîâàííûõ ê ïðîìûøëåííûì íóæäàì.
Ñïèñîê ëèòåðàòóðû
1. Rauf M.A., Meetani M.A., Hisaindee S. An over-
view on the photocatalytic degradation of azo dyes
in the presence of TiO2 doped with selective transi-
tion metals // Desalination. — 2012. — Vol. 276.
— P. 13–27.
2. Chaure N.B., Ray A.K., Capan R. Sol-gel derived
nanocrystalline titania thin films on silicon //
Semiconductor Science Technology. — 2005. — Vol.
20. — P. 788–792.
3. Peralta-Hernandez J.M., Manriquez J., Meas-Vong Y.
Photocatalytic properties of nano-structured TiO2-
carbon Films obtained by means of electrophoretic
deposition // Journal of Hazardous Materials. —
2007. — Vol. 147. — P. 588–593.
4. Êóçíåöîâà Ã.Í. Òîíêîïëåíî÷íûå äèýëåêòðè÷åñêèå
ïîêðûòèÿ è íåêîòîðûå ìåòîäû èõ èññëåäîâàíèÿ. —
Ë. : Ëåíèíãðàä. òåõíîë. èí-ò, 1986. — 56 ñ.
5. Sun H., Wang C., Pang S., Li X., Tao Y., Tang H.,
Liu M. Photocatalytic TiO2 films prepared by chem-
ical vapor deposition at atmosphere pressure //
Journal of Non-Crystalline Solids. — 2008. — Vol.
354. — P. 1440–1443.
6. Ñòðîþê À.Ë., Êðþêîâ À.È., Êó÷ìèé Ñ.ß. Ïîëó÷å-
íèå è ïðèìåíåíèå â íàíîôîòîêàòàëèçå òâåðäîòåëü-
íûõ ïîëóïðîâîäíèêîâûõ ìàòåðèàëîâ ñ ðàçìåðíû-
ìè ýôôåêòàìè // Íàíîñèñòåìè, íàíîìàòåð³àëè,
íàíîòåõíîëî㳿. — 2010. — Ò. 8, ¹ 1. — Ñ. 1–78.
7. Íàçàðåíêî Â.À., Àíòîíîâè÷ Â.Ï., Íåâñêàÿ Å.Ì..
Ãèäðîëèç èîíîâ ìåòàëëîâ â ðàçáàâëåííûõ ðàñòâî-
ðàõ. — Ì. : Àòîìèçäàò, 1979. — 192 ñ.
8. Daneshvar N., Behnajady M.A., Khayyat M.
UV/H2O2 treatment of rhodamine B in aqueous so-
lution : Influence of operational parameters and ki-
netic modeling // Desalination. — 2008. — Vol.
230. — P. 16–26.
9. Ôèëèïïîâà Í.È., Ìàòàôîíîâà Ã.Ã., Áàòîåâ Â.Á.
Îáåñöâå÷èâàíèå ðàñòâîðîâ àçîêðàñèòåëÿ óëüòðà-
ôèîëåòîâûì èçëó÷åíèåì XeBr-ýêñèëàìïû //
Âåñòíèê Ìîñê. ãîñ. óí-òà òîíêèõ õèì. òåõíîë. —
2009. — Ò. 4, ¹ 5. — Ñ. 56–59.
Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2013. ¹ 6 53
Ðèñ.5. Çàâèñèìîñòü ëîãàðèôìà êîíöåíòðàöèè îò âðåìåíè â
ðåàêöèè ôîòîêàòàëèòè÷åñêîãî îêèñëåíèÿ ìåòèëîðàíæà ïðè
ðàçíûõ ðÍ: 7 — 1; 2 — 2; 3 — 11.
Ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 05.09.13
54 Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2013. ¹ 6
Ñàõíåíêî Ì.Ä., äîêò. òåõí. íàóê, ïðîô.,
Âåäü Ì.Â., äîêò. òåõí. íàóê, ïðîô., Áèêàíîâà Â.Â., àñï³ðàíò
Íàö³îíàëüíèé òåõí³÷íèé óí³âåðñèòåò «Õàðê³âñüêèé ïîë³òåõí³÷íèé
³íñòèòóò», Õàðê³â
âóë. Ôðóíçå, 21, 61002 Õàðê³â, Óêðà¿íà, e-mail: foggymorning1@rambler.ru
Ôîòîêàòàëèòè÷í³ âëàñòèâîñò³ ïë³âîê òèòàí (IV) îêñèäó
ó ñåðåäîâèùàõ ð³çíî¿ êèñëîòíîñò³
Ñèíòåçîâàíî ïë³âêè òèòàí (IV) îêñèäó íà ïîðóâàòîìó êåðàì³÷íîìó íîñ³¿. Äîñë³äæåíî
ôîòîêàòàë³òè÷íó àêòèâí³ñòü äàíèõ ïë³âîê ó ðåàêö³¿ îêèñíåííÿ àçîáàðâíèêà ìåòèëîâîãî
æîâòî-ãàðÿ÷îãî ï³ä 䳺þ óëüòðàô³îëåòîâîãî âèïðîì³íþâàííÿ ç ð³çíèìè âåëè÷èíàìè
ðÍ ñåðåäîâèùà. Âèçíà÷åíî êîíñòàíòè øâèäêîñò³ ó ð³çíèõ ñåðåäîâèùàõ òà ïîðÿäîê ðå-
àêö³¿. Á³áë. 9, ðèñ. 5.
Êëþ÷îâ³ ñëîâà: ïë³âêè îêñèäó òèòàíó (IV), ïîðóâàòà êåðàì³êà, ôîòîêàòàë³çàòîð, àçî-
áàðâíèê.
Sakhnenko N.D., Doctor of Technical Science, Professor,
Ved M.V., Doctor of Technical Science, Professor,
Bykanova V.V., PhD Student
The National Technical University of Ukraine «Kharkov Polytechnical
Institute», Kharkov
21, Frunze St., 61002 Kharkov, Ukraine, e-mail: foggymorning1@rambler.ru
Photocatalytic Properties of Titanium (IV) Oxide Films
in Media with Different Acidity Levels
The Titanium (IV) oxide films were synthesized on the porous ceramic carrier.
Photocatalytic activity of these films was studied in the reaction of methyl orange azo
dye oxidation under the effect of ultraviolet radiation with various ðÍ levels. Velocity
constants were determined in different media as well as the sequence of the reaction.
Bibl. 9, Fig 5.
Key words: Titanium (IV) oxide films, porous ceramics, photocatalyzer, azo dye.
References
1. Rauf M.A., Meetani M.A., Hisaindee S. An over-
view on the photocatalytic degradation of azo dyes
in the presence of TiO2 doped with selective transi-
tion metals. Desalination, 2012, 276, pp. 13–27.
2. Chaure N.B., Ray A.K., Capan R. Sol-gel derived
nanocrystalline titania thin films on silicon. Semicon-
ductor Science Technology, 2005, 20, pp. 788–792.
3. Peralta-Hernandez J.M., Manriquez J., Meas-Vong Y.
Photocatalytic properties of nano-structured TiO2-
carbon Films obtained by means of electrophoretic
deposition. Journal of Hazardous Materials, 2007,
147, pp. 588–593.
4. Kuznecova G.N. The thin dielectric films and some
methods of their researches. Leningrad : Leningrad-
skij Tehnologicheskij Institut, 1986, 56 pp. (Rus.)
5. Sun H., Wang C., Pang S., Li X., Tao Y., Tang
H., Liu M. Photocatalytic TiO2 films prepared by
chemical vapor deposition at atmosphere pressure.
Journal of Non-Crystalline Solids, 2008, 354, pp.
1440–1443.
6. Stroyuk A.L., Crucov À.I., Cuchmiy S.Ya. The pro-
duction and application of solid-state semiconductors
with size effects in nanophotocatalysis. Nanosys-
tems, nanomaterials, nanotechnologies, 2010, 8 (1),
pp. 1–78. (Rus.)
7. Nazarenko V.À., Antonovich V.P., Nevskaya Å.M.
The metal ions hydrolysis in diluted solutions.
Ìoscow : Atomizdat, 1979, 192 p. (Rus.)
8. Daneshvar N., Behnajady M.A., Khayyat M.
UV/H2O2 treatment of rhodamine B in aqueous so-
lution : Influence of operational parameters and ki-
netic modeling. Desalination, 2008, 230, pp. 16–26.
9. Phillipova N.I., Matafonova G.G., Batoev V.B.
Decoloration of azo dye solutions by ultraviolet radi-
ation XeBr-lamp. Vestnik Ìoscowskogo Gosu-
darstvennogo Universiteta Tonkich Himicheskih
Tehnologij, 2009, 4 (5), pp. 56–59. (Rus.)
Received September 5, 2013
|