PREPARATION AND PHOTOCATALYTIC PROPERTIES OF TiO2-MCM-22 COMPOSITE PHOTOCATALYSTS

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Разработан быстрый и простой метод синтеза эффективных фотокатализаторов на основе диоксида титана и мезопористого цеолита MCM-22 из различных прекурсоров титана. Полученные фотокатализаторы были проанализиованы методами рентгенофазового анализа (РФА), низкотемпературной адсорбции азота, растровой электронной микроскопии (РЭМ). Фотокаталитическая активность образцов TiO2-MCM-22 была протестирована в реакциях фотокаталитического разложения красителя кристаллического фиолетового и окисления ацетона. Наибольшую фотокаталитическую активность продемонстрировал образец с соотношением TiO2‑цеолит 1:1, полученный из тетрахлорида титана. Степень деградации кристаллического фиолетового составила 22% при УФ облучении в течение 2 ч, а в реакции разложения ацетона активность составила 642 млн. д. (выход CO2).

Full Text

Restricted Access

About the authors

Alexey A. Sadovnikov

A.V. Topchiev Institute of Petrochemical Synthesis of the Russian Academy of Sciences; N.S. Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the Russian Academy of Sciences

Email: sadovnikov@ips.ac.ru
ORCID iD: 0000-0002-3574-0039

научный сотрудник

Russian Federation, Moscow, 119991, Leninsky Prospekt 29с2; Moscow, 119991, Leninsky Prospekt 31

Evgeny R. Naranov

A.V. Topchiev Institute of Petrochemical Synthesis of the Russian Academy of Sciences

Email: naranov@ips.ac.ru
ORCID iD: 0000-0002-3815-9565

кандидат химических наук, старший научный сотрудник

Russian Federation, Moscow, 119991, Leninsky Prospekt 29с2

Kristina N. Novoselova

N.S. Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the Russian Academy of Sciences

Email: kristynovoselova65@gmail.com
ORCID iD: 0009-0006-4139-1476

инженер-исследователь

Russian Federation, Moscow, 119991, Leninsky Prospekt 31

Ricardo A. Rodriges Pineda

A.V. Topchiev Institute of Petrochemical Synthesis of the Russian Academy of Sciences

Email: rodrigues.pineda@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0001-2744-2242

старший лаборант

Russian Federation, Moscow, 119991, Leninsky Prospekt 29с2

Anton L. Maximov

A.V. Topchiev Institute of Petrochemical Synthesis of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: max@ips.ac.ru
ORCID iD: 0000-0001-9297-4950

Член-корреспондент РАН, директор ИНХС РАН

Russian Federation, Moscow, 119991, Leninsky Prospekt 29с2

References

  1. Dong H., Zeng G., Tang L., Fan C., Zhang C., He X., He Y. An overview on limitations of TiO₂-based particles for photocatalytic degradation of organic pollutants and the corresponding countermeasures // Water Res. 2015. V. 79. P. 128–146. https://dx.doi.org/10.1016/j.watres.2015.04.038
  2. Haghighat Mamaghani A.H., Haghighat F., Lee C.-S. Role of titanium dioxide (TiO₂) structural design/morphology in photocatalytic air purification // Appl. Catal. B: Environ. 2020. V. 269. ID 118735. https://dx.doi.org/10.1016/j.apcatb.2020.118735
  3. Ao C.H., Lee S.C. Indoor air purification by photocatalyst TiO₂ immobilized on an activated carbon filter installed in an air cleaner // Chem. Eng. Sci. 2005. V. 60, № 1. P. 103–109. https://dx.doi.org/10.1016/j.ces.2004.01.073
  4. Sadovnikov A.A., Baranchikov A.E., Zubavichus Y.V., Ivanova O.S., Murzin V.Y., Kozik V.V., Ivanov V.K. Photocatalytically active fluorinated nano-titania synthesized by microwave-assisted hydrothermal treatment // J. Photochem. Photobiol. A. 2015. V. 303–304. P. 36–43. https://dx.doi.org/10.1016/j.jphotochem.2015.01.010
  5. Sadovnikov A.A., Naranov E.R., Maksimov A.L., Baranchikov A.E., Ivanov V.K. Photocatalytic activity of fluorinated titanium dioxide in ozone decomposition: 1 // Russ. J. Appl. Chem. 2022. V. 95, № 1. P. 118–125. https://dx.doi.org/10.1134/S1070427222010153
  6. Rueda-Marquez J.J., Levchuk I., Fernández Ibañez P., Sillanpää M. A critical review on application of photocatalysis for toxicity reduction of real wastewaters // J. Cleaner Prod. 2020. V. 258. ID 120694. https://dx.doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.120694
  7. Shan A.Y., Mohd. Ghazi T.I., Rashid S.A. Immobilisation of titanium dioxide onto supporting materials in heterogeneous photocatalysis: A review // Appl. Catal. A: Gen. 2010. V. 389, № 1–2. P. 1–8. https://dx.doi.org/10.1016/j.apcata.2010.08.053
  8. Lin L., Wang H., Xu P. Immobilized TiO₂-reduced graphene oxide nanocomposites on optical fibers as high performance photocatalysts for degradation of pharmaceuticals // Chem. Eng. J. 2017. V. 310, Pt. 2. P. 389–398. https://dx.doi.org/10.1016/j.cej.2016.04.024
  9. Tran M.L., Fu C.-C., Chiang L.-Y., Hsieh C.-T., Liu S.-H., Juang R.-S. Immobilization of TiO₂ and TiO₂-GO hybrids onto the surface of acrylic acid-grafted polymeric membranes for pollutant removal: Analysis of photocatalytic activity // J. Environ. Chem. Eng. 2020. V. 8, № 5. ID 104422. https://dx.doi.org/10.1016/j.jece.2020.104422
  10. Gar Alalm M., Tawfik A., Ookawara S. Enhancement of photocatalytic activity of TiO₂ by immobilization on activated carbon for degradation of pharmaceuticals // J. Environ. Chem. Eng. 2016. V. 4, № 2. P. 1929–1937. https://dx.doi.org/10.1016/j.jece.2016.03.023
  11. Bahrudin N.N. Evaluation of degradation kinetic and photostability of immobilized TiO₂/activated carbon bilayer photocatalyst for phenol removal // Appl. Surf. Sci. Adv. 2022. V. 7. ID 100208. https://dx.doi.org/10.1016/j.apsadv.2021.100208
  12. Li F., Sun S., Jiang Y., Xia M., Sun M., Xue B. Photodegradation of an azo dye using immobilized nanoparticles of TiO₂ supported by natural porous mineral // J. Hazard. Mater. 2008. V. 152, № 3. P. 1037–1044. https://dx.doi.org/10.1016/j.jhazmat.2007.07.114
  13. de Oliveira W.V., Morais A.Í.S., Honorio L.M.C., Trigueiro P.A., Almeida L.C., Pena Garcia R.R., Viana B.C., Furtini M.B., Silva-Filho E.C., Osajima J.A. TiO₂ Immobilized on Fibrous Clay as Strategies to Photocatalytic Activity // Mat. Res. 2020. V. 23, № 1. ID e20190463. https://dx.doi.org/10.1590/1980-5373-mr-2019-0463
  14. Yu J.C., Wang X., Fu X. Pore-Wall Chemistry and Photocatalytic Activity of Mesoporous Titania Molecular Sieve Films // Chem. Mater. 2004. V. 16, № 8. P. 1523–1530. https://dx.doi.org/10.1021/cm049955x
  15. Younis S.A., Amdeha E., El-Salamony R.A. Enhanced removal of p-nitrophenol by β-Ga₂O₃-TiO₂ photocatalyst immobilized onto rice straw-based SiO₂ via factorial optimization of the synergy between adsorption and photocatalysis // J. Environ. Chem. Eng. 2021. V. 9, № 1. ID 104619. https://dx.doi.org/10.1016/j.jece.2020.104619
  16. Wang B., Zhang G., Sun Z., Zheng S. Synthesis of natural porous minerals supported TiO₂ nanoparticles and their photocatalytic performance towards Rhodamine B degradation // Powder Technol. 2014. V. 262. P. 1–8. https://dx.doi.org/10.1016/j.powtec.2014.04.050
  17. Jansson I., Suárez S., Garcia-Garcia F.J., Sánchez B. Zeolite–TiO₂ hybrid composites for pollutant degradation in gas phase // Appl. Catal. B: Environ. 2015. V. 178. P. 100–107. https://dx.doi.org/10.1016/j.apcatb.2014.10.022
  18. Hu G., Yang J., Duan X., Farnood R., Yang C., Yang J., Liu W., Liu Q. Recent developments and challenges in zeolite-based composite photocatalysts for environmental applications // Chem. Eng. J. 2021. V. 417. ID 129209. https://dx.doi.org/10.1016/j.cej.2021.129209
  19. Kovalevskiy N.S., Lyulyukin M.N., Selishchev D.S., Kozlov D.V. Analysis of air photocatalytic purification using a total hazard index: Effect of the composite TiO₂/zeolite photocatalyst // J. Hazard. Mater. 2018. V. 358. P. 302–309. https://dx.doi.org/10.1016/j.jhazmat.2018.06.035
  20. Jiang N., Shang R., Heijman S.G.J., Rietveld L.C. High-silica zeolites for adsorption of organic micro-pollutants in water treatment: A review // Water Res. 2018. V. 144. P. 145–161. https://dx.doi.org/10.1016/j.watres.2018.07.017
  21. Corma A., Corell C., Pérez-Pariente J. Synthesis and characterization of the MCM-22 zeolite // Zeolites. 1995. V. 15, № 1. P. 2–8. https://dx.doi.org/10.1016/0144-2449(94)00013-I
  22. Sadovnikov A.A., Nechaev E.G., Beltiukov A.N., Gavrilov A.I., Makarevich A.M., Boytsova O.V. Titania mesocrystals: working surface in photocatalytic reactions // Russ. J. Inorg. Chem. 2021. V. 66, № 4. P. 460–467. https://dx.doi.org/10.1134/S0036023621040197
  23. Садовников А.А., Новоселова К.Н., Судьин В.В., Наранов Е.Р. Влияние аниона аммиачного комплекса серебра на активность сформированных in situ Ag/TiO₂-катализаторов // Нефтехимия. 2024. Т. 64, № 5. С. 491–498. https://dx.doi.org/10.31857/S0028242124050077

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Рис. 1. Дифрактограммы образцов фотокатализаторов MCM-22/TiO2 с различным соотношением MCM-22:TiO2, полученные с применением тетрахлорида титана.

Download (126KB)
Indexing metadata
3. Рис. 2. РЭМ-изображения синтезированного цеолита MCM-22.

Download (66KB)
Indexing metadata
4. Рис. 3. РЭМ-изображения образцов катализаторов: (а) MCM-22/TiO2 (9:1), (б) MCM-22/TiO2 (3:1), (в) MCM-22/TiO2 (1:1) из тетрахлорида титана, (г) MCM-22/TiO2 (1:1) из изопропоксида титана при увеличении 100000x.

Download (638KB)
Indexing metadata
5. Рис. 4. РФЭ-спектры O1s, Si2p, Al2p образца MCM-22/TiO2 (3:1).

Download (93KB)
Indexing metadata
6. Рис. 5. Сравнение скоростей фотокаталитического разложения красителя кристаллического фиолетового в присутствии различных образцов диоксида титана при УФ-облучении: (а) скорость фотокаталитического разложения красителя кристаллического фиолетового в присутствии различных образцов диоксида титана; (б) зависимость концентрации образуемого СО2 в реакции фотокаталитического разложения ацетона при УФ-облучении различных исследуемых фотокатализаторов; (в) эффективность фотокаталитического окисления ацетона при УФ-облучении.

Download (153KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».