О фотокаталитической активности систем типа диоксид титана/(Fe(II, III)) в водных суспензиях

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.

1. Артемьев, Ю. М. Введение в гетерогенный фотокатализ / Ю. М. Артемьев. СПб.: Химия, 1999. 304 с.

2. 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.

3. 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.

4. Соболева, 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.

5. 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.

6. Beneficiation of Titania by Sulfuric Acid Pressure Leaching of Panzhihua Ilmenite / L. Jia [et al.] // Hydrometallurgy. 2014. Vol. 150. Р. 92–98.

7. 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.

8. Characteristic 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. Sulphated Fe2O3–TiO2 Catalysed Transesterification of Soybean Oil to Biodiesel / S. Anuradha [et al.] // Indian Journal of Chemistry. 2014. Vol. 53A. Р. 1493–1499.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. 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.

17. 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.

18. Суйковская, Н. В. Химические методы получения тонких прозрачных пленок / Н. В. Суйковская. Л.: Химия, 1972. 286 c.

19. 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.