satНАУКА и ТЕХНИКАScience & Technique2227-10312414-0392Belarusian National Technical University10.21122/2227-1031-2018-17-6-521-527sat-1904Research ArticleЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИNATURAL SCIENCESО фотокаталитической активности систем типа диоксид титана/(Fe(II, III)) в водных суспензияхOn Photocatalytic Activity of Systems of Titania/(Fe (II, III))-Type in Aqueous SuspensionsГорбуноваВ. А.GorbunovaV. A.

Кандидат технических наук, доцент 

Адрес для переписки: Горбунова Вера Алексеевна – Белорусский национальный технический университет,  ул. Б. Хмельницкого, 9, 220013, г. Минск. Тел.: +375 17 293-92-71     chemistry@bntu.by

Address for correspondence: Gorbunova Vera A. – Belarusian National Technical University, 9 B. Khmelnitskogo str., 220013, Minsk, Republic of Belarus. Tel: +375 17 293-92-71      chemistry@bntu.by

 

chemistry@bntu.byСлепневаЛ. М.SliapniovaL. M.

Кандидат технических наук, доцент

Белорусский национальный технический университетБеларусьBelarusian National Technical UniversityBelarus201813122018176521527Copyright © Горбунова В.А., Слепнева Л.М., 20182018Горбунова В.А., Слепнева Л.М.Gorbunova V.A., Sliapniova L.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://sat.bntu.by/jour/article/view/1904

Экспериментальным методом проведено сравнение фотокаталитической активности трех систем, перспективных для технологий химической водоочистки, на основе комбинации диоксид титана/(Fe(II, III)) применительно к модельной реакции окисления органического красителя метилоранжа в водной среде. Изучены фотокаталитические системы на основе: гидрозоля диоксида титана, полученного гидролизом изобутилата титана; аналогичного гидрозоля с добавлением ионов Fe(III); водной суспензии порошка природного титансодержащего минерала ильменита (основной компонент FeTiO3). В результате исследования в системе с введением в исходную суспензию гидрозоля TiO2 небольшого количества ионов железа (с получением среды с концентрацией Fe3+ до 3,7 × 10–5 М) обнаружено увеличение скорости деструкции метилоранжа более чем в два раза. В фотокаталитической системе на основе суспензии предварительно обработанного (сульфатированием и прокаливанием) порошка ильменита зарегистрирована достаточно высокая фотокаталитическая активность (степень разложения метилоранжа до 77 %), но при большей экспозиции, чем в случае систем на основе гидрозоля TiO2. Для фотокаталитических систем изученного типа рассмотрен возможный механизм увеличения их окислительной активности, требующий дополнительного физико-химического исследования.

. The photocatalytic activity of three systems, promising for chemical water purification technologies, was experimentally compared, based on a combination of titanium dioxide/(Fe(II, III)), applying to the model oxidation reaction of methylorange organic dye in an aqueous medium. Herewith the cases of photocatalytic systems were investigated, which are based on: a) titania hydrosol obtained by hydrolysis of titanium isobutylate; b) a similar hydrosol with addition of Fe(III) ions; c) suspension of ilmenite powder based on FeTiO3. As a result of the investigation, the increase of the rate of destruction of methylorange by more than two times was found in the system with the introduction of a small amount of iron ions into initial suspension of the TiO2 hydrosol (at the obtaining a medium with the Fe3+ concentration up to 3.7 × 10–5 M). In the photocatalytic system, based on the suspension of pretreated (with suphation and calcination) ilmenite powder, enough high photocatalytic activity (the degree of methylorange decomposition up to 77 %) was measured but at a higher exposure than for the case of systems based on the TiO2 hydrosol. For the photocatalytic systems of the type being investigated, a possible mechanism of increasing their oxidative activity was briefly considered, which requires an additional physico-chemical analysis.

химическая водоочисткафотокатализаторыкомбинация диоксид титана/Fe(IIIII)гидрозольсуспензияильменитокисление органического красителякинетикаchemical water purificationphoto-catalystscombination of titanium dioxide/Fe(IIIII)hydrosolsuspensionilmeniteoxidation of organic dyekineticsReferencesАртемьев, Ю. М. Введение в гетерогенный фотокатализ / Ю. М. Артемьев. СПб.: Химия, 1999. 304 с.Artemiev Yu. M. (1999) Introduction in Heterogeneous Photocatalysis. Saint-Petersburg, Khimiya Publ. 304 (in Russian).Строюк, А. Л. Получение и применение в нанофотокатализе твердотельных полупроводниковых материалов с размерными эффектами / А. Л. Строюк, А. И. Крюков, С. Я. Кучмий // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології. 2010. Т. 8, № 1. С. 1–78.Stroyuk A. L., Kriukov A. I., Kuchmiy S. Ya. (2010) Production of Solid Semiconductor Materials with Size Effects and their Application in Nanophotocatalysis. Nanosistemi, Nanomateriali, Nanotehnologii, 8 (1), 1–78 (in Russian).Электронная зонная структура, оптическое поглощение и фотокаталитическая активность допированного железом анатаза / В. Н. Красильников [и др.] // Физика твердого тела. 2013. Т. 55, вып. 9. C. 1788–1796.Krasil'nikov V. N., Zhukov V. P., Perelyaeva L. A., Baklanova I. V., Shein I. R. (2013) Electronic Band Structure, Optical Absorption, and Photocatalytic Activity of Iron-Doped Anatase. Physics of the Solid State, 55 (9), 1903–1912. https://doi.org/10.1134/s1063783413090199Соболева, Н. М. Гетерогенный фотокатализ в процессах обработки воды / Н. М. Соболева, А. А. Носонович, В. В. Гончарук // Химия и технология воды. 2007. Т. 29, № 2. С. 125–159.Soboleva N. M., Nosonovich A. A., Goncharuk V. V. (2007) The Heterogenic Photocatalysis in Water Treat-ment Processes. Journal of Water Chemistry and Tech-nology, 29 (2), 72–89. https://doi.org/10.3103/s1063455x07020038.Sulfated Fe2O3–TiO2 Synthesized from Ilmenite Ore: a Visible Light Active Photocatalyst / Y. R. Smith [et al.] // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2010. Vol. 367, is. 1–3. Р. 140–147.Smith Y. R., Raj K. J. A., Vaidyanathan (Ravi) Subrama-nian, Viswanathan B. (2010) Sulfated Fe2O3–TiO2 Syn-thesized from Ilmenite Ore: a Visible Light Active Photo-catalyst. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 367 (1–3), 140–147. https://doi.org/ 10.1016/j.colsurfa.2010.07.001.Beneficiation of Titania by Sulfuric Acid Pressure Leaching of Panzhihua Ilmenite / L. Jia [et al.] // Hydrometallurgy. 2014. Vol. 150. Р. 92–98.Jia L., Liang B., Lü L., Yuan S., Zheng L., Wang X., Li C. (2014) Beneficiation of Titania by Sulfuric Acid Pressure Leaching of Panzhihua Ilmenite. Hydrometallurgy, 150, 92–98. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2014.09.016.Preparation of Synthetic Rutile Via Selective Sulfation of Ilmenite with (NH4)2SO4 Followed by Targeted Removal of Impurities / W. Liu [et al.] // Chinese Journal of Chemical Engineering. 2017. Vol. 25, is. 6. Р. 821–828.Liu W., Wang X., Lu Z., Yue H., Liang B., Lü L., Li C. (2017) Preparation of Synthetic Rutile Via Selective Sul-fation of Ilmenite with (NH4)2SO4 Followed by Targeted Removal of Impurities. Chinese Journal of Chemical Engineering, 25 (6), 821–828. https://doi.org/10.1016/j.cjche.2016.10.007Characteristic of an Innovative TiO2/FeO Composite for Treatment of Azo Dye / C. Huanga [et al.] // Separation and Purification Technology. 2007. Vol. 58. Р. 152–158.Huang C., Hsieh W., Pan J., Chang S. (2007) Characteris-tic of an Innovative TiO2/FeO Composite for Treatment of Azo Dye. Separation and Purification Technology, 58, 152–158. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2007.07.034.Modified Ilmenite as Catalyst for CWPO-Photoassisted Process under LED Light / P. García-Muñoz [et al.] // Chemical Engineering Journal. 2017. Vol. 318. Р. 89–94.García-Muñoz P., Pliego G., Zazo J. A., Barbero B., Ba-hamonde A., Casas J. A. (2017) Modified Ilmenite as Catalyst for CWPO-Photoassisted Process under LED Light. Chemical Engineering Journal, 318, 89–94. https://doi.org/ 10.1016/j.cej.2016.05.093.Ilmenite (FeTiO3) as Low Cost Catalyst for Advanced Oxidation Processes / P. García-Muñoz [et al.] // Journal of Environmental Chemical Engineering. 2016. Vol. 4, No 1. Р. 542–548.García-Muñoz P., Pliego G., Zazo J. A., Bahamonde A., Casas J. A. (2016) Ilmenite (FeTiO3) as Low Cost Catalyst for Advanced Oxidation Processes. Journal of Environmental Chemical Engineering, 4 (1), 542–548. https://doi.org/10.1016/j.jece.2015.11.037.Sariman, S. Anatase TiO2 Enrichment from Bangka Ilmenite (FeTiO3) and its Photocatalytic Test on Degradation of Congo Red / S. Sariman, Y. Krisnandi, B. Setiawan // Advanced Materials Research. 2013. Vol. 789. Р. 538–544.Sariman S., Krisnandi Y., Setiawan B. (2013) Anatase TiO2 Enrichment from Bangka Ilmenite (FeTiO3) and its Photocatalytic Test on Degradation of Congo Red. Advanced Materials Research, 789, 538–544. https://doi.org/10.4028 www.scientific.net/amr.789.538.Sulphated Fe2O3–TiO2 Catalysed Transesterification of Soybean Oil to Biodiesel / S. Anuradha [et al.] // Indian Journal of Chemistry. 2014. Vol. 53A. Р. 1493–1499.Anuradha S., Raj K., Vijayaraghavan V. R., Viswanathan B. (2014) Sulphated Fe2O3–TiO2 Catalysed Transesterification of Soybean Oil to Biodiesel. Indian Journal of Chemistry, 53A. ?. 1493–1499.Torres-Luna, J. A. Powders of Iron(III)-Doped Titanium Dioxide Obtained by Direct Way from a Natural Ilmenite / J. A. Torres-Luna, N. R. Sanabria, J. G. Carriazo // Powder Technology. 2016. Vol. 302. Р. 254–260.Torres-Luna J. A., Sanabria N. R., Carriazo J. G. (2016) Powders of Iron(III)-Doped Titanium Dioxide Obtained by Direct Way from a Natural Ilmenite. Powder Technology, 302, 254–260. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2016.08.056.Lezner, M. Preparation and Photocatalytic Activity of Iron-Modified Titanium Dioxide Photocatalyst / M. Lezner, E. Grabowska, A. Zaleska // Physicochem. Probl. Miner. Process. 2012. Vol. 48, No 1. Р. 193–200.Lezner M., Grabowska E., Zaleska A. (2012) Preparation and Photocatalytic Activity of Iron-Modified Titanium Dioxide Photocatalyst. Physicochemical Problems of Mineral Processing, 48 (1), 193–200.Joseph Antony Raj, К. Single-Step Synthesis and Structural Study of Mesoporous Sulfated Titania Nanopowder by a Controlled Hydrolysis Process / K. Joseph Antony Raj, B. Viswanathan // ACS Applied Materials & Interfaces. 2009. Vol. 1, is. 11. Р. 2462–2469. https://doi.org/10.1021/am900437u.Joseph Antony Raj ?., Viswanathan B. (2009) Single-Step Synthesis and Structural Study of Mesoporous Sulfated Titania Nanopowder by a Controlled Hydrolysis Process. ACS Applied Materials & Interfaces, 1 (11), 2462–2469. https://doi.org/10.1021/am900437u.Probing of Photocatalytic Surface Sites on SO4 / TiO2 Solid Acids by in Situ FT-IR Spectroscopy and Pyridine Adsorption / X. Wang [et al.] // J. Photochem. Photobiol. 2006. Vol. 179, No 3. Р. 339–347.Wang X., Yu Ji. C., Liu P., Wang X., Su W., Fu X. (2006) Probing of Photocatalytic Surface Sites on SO4/TiO2 Solid Acids by in Situ FT-IR Spectroscopy and Pyridine Adsorption. Journal of Photochemistry and Photobiology. A: Chemistry, 179 (3), 339–347. https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2005.09.007.Получение порошка диоксида титана методом сольволиза и оценка его дисперсности / Л. М. Слепнева [и др.] // Весцi НАН Беларусi. Сер. фiз.-тэхн. навук. 2015. № 1. C. 10–15.Slepneva L. M., Kuznetsova T. A., Gorbunova V. A., Slepnev G. E., Chizhik S. A. (2015) Obtaining of Titanium Dioxide Powder while Using Solvolysis Method and Estimation of its Dispersity. Vestsi Natsyyanal’nai Akademii Navuk Belarusi. Seryya Fizika-Technichnych Navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-Technical Series, (1), 10–15 (in Russian).Суйковская, Н. В. Химические методы получения тонких прозрачных пленок / Н. В. Суйковская. Л.: Химия, 1972. 286 c.Suykovskaya N. V. (1972) Chemical Methods for Obtaining Thin Transparent Films. Leningrad, Khimiya Publ. 286 (in Russian).Pal, B. Preparation and Characterization of TiO2/Fe2O3 Binary Mixed Oxides and its Photocatalytic Properties / B. Pal, M. Sharon, G. Nogami // Mater. Chem. Phys., 1999. Vol. 59, No 3. Р. 254–261. https://doi.org/10.1016/s0254-0584(99)00071-1.Pal B., Sharon M., Nogami G. (1999) Preparation and Characterization of TiO2/Fe2O3 Binary Mixed Oxides and its Photocatalytic Properties. Materials Chemistry and Physics, 59 (3), 254–261. https://doi.org/10.1016/s02540584(99)00071-1.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.