ЗАСТОСУВАННЯ ПЛАЗМО-ЕЛЕКТРОЛІТНИХ ПОКРИТТІВ НА ТИТАНІ З ТУГОПЛАВКИМИ МЕТАЛАМИ ДЛЯ ДЕТОКСИКАЦІЇ СЕРЕДОВИЩ ВІД ЗАБРУДНЮВАЛЬНИХ РЕЧОВИН ТЕХНОГЕННОГО ПОХОДЖЕННЯ
DOI:
https://doi.org/10.20998/2413-4295.2021.01.14Ключові слова:
плазмо-електролітне оксидування, сплав титану, фотокаталітичне покриття, вольфрамвмісне оксидне покриттяАнотація
На основі проведеного огляду особливостей перебігу фотокаталітичних процесів визначено особливості каталітичної дії оксидних систем на основі діоксиду титану. Показано, що TiO2 є одним із найбільш хімічно і термічно стабільних і нетоксичних неорганічних оксидів напівпровідників, фотокаталітична активність якого проявляється при опроміненні ультрафіолетовою частиною спектру (λ 320–400 нм) та дозволяє окиснювати значну кількість токсичнх агентів до води та вуглекислого газу. Розглянуто сутність фотокаталітичного процесу окиснення токсикантів під дією УФ-випромінювання на поверхні TiO2. Запропонована технологія фотокаталітичної детоксикації забруднювальних агентів є економічно доступною, екологічно чистою і дає можливість її широкого розповсюдження, зокрема для автономних систем, у т.ч. подвійного призначення. Встановлено, що основними вимогами до матеріалів для фотокаталізу є їхня хімічна та біологічна інертність, фотокаталітична стабільність та активність, невисока собівартість. Показано, що найбільш раціональною технологічною формою фотокаталізатора є нанесення (синтез) каталітичного шару на структурованих металевих підкладках, зокрема сплавах титану. Доведено, що ефективно формувати означені каталітичні оксидні системи можна методом плазмо-електролітного оксидування у водних електролітах з додаванням сполук металів-допантів, що підвищують фотокаталітичну активність одержаних гетерооксидних систем. Як цільовий допант запропоновано використовувати оксиди вольфраму змінної валентності. Досліджено кінетичні закономірності процесу плазмоелектролітного оксидування титану ВТ1-0 у дифосфатно-боратному електроліті із додаванням вольфраматів. Показано, що в електроліті цього типу за густини струму 1,0 А/дм2 в гальваностатичному режимі протягом 30 хв формується рівномірне покриття TiO2·WxOy із трубчастою тороподібною структурою та вмістом вольфраму 2,5–7,5 мас. %. Прогнозований кількісний склад гетерооксидного шару у сукупності із морфологією поверхні створюють передумови високої каталітичної активності синтезованого покриття для детоксикації середовищ від забруднювальних речовин техногенного походження.
Посилання
Low J., Yu J., Jaroniec M., Wageh S., Al-Ghamdi A. A. Heterojunction Photocatalysts. Adv. Mater., 2017, Vol. 29, 1601694, doi:10.1002/adma.201601694.
Anpo M., Kamat P. V. Environmentally Benign Photocatalysts: Applications of Titanium Oxide-based Materials. Springer Science, 2010, 643 p.
Lin L., Chai Y., Zhao B., Wei W., He D., He B., Tang Q. Photocatalytic oxidation for degradation of VOCs. Open J. Inorg. Chem., 2013, Vol. 3, no. 1, pp. 14–25, doi: 10.4236/ojic.2013.31003.
Linsebigler A. L., Lu G., Yates J. T. Photocatalysis on TiO2 Surfaces: Principles, Mechanisms, and Selected Results. Chem. Rev., 1995, vol. 95, pp. 735–758, doi: 10.1021/cr00035a013.
Hashimoto K., Irie H., Fujishima A. TiO2 Photocatalysyis: A Historical Overview and Future Prospects. Japan. J. Appl. Phys., 2005, vol. 44, no. 12, pp. 8269–8285, doi: 10.1143/JJAP.44.8269.
Zhao X., Zhu Y., Wang Y., Zhu L., Yang L., Sha Z. Influence of Anodic Oxidation Parameters of TiO2 Nanotube Arrays on Morphology and Photocatalytic Performance. J. Nanomat., 2015, vol. 2015, 104193, doi: 10.1155/2015/104193.
Berdahl P., Akbari H. Evaluation of Titanium Dioxide as a Photocatalyst for Removing Air Pollutants. California Energy Commission, PIER Energy‐Related Environmental Research Program, 2008, 33 p.
Kandiel T., Robben L., Alkaimad A., Bahnemann D. Brookite versus anatase TiO2 photocatalysts: phase transformations and photocatalytic activities. Photochem. Photobiol. Sci.., 2013, Vol. 12, no. 4, pp. 602–609, doi: 10.1039/C2PP25217A.
Fujishima A., Hashimoto K., Watanabe T. TiO2 Photocatalysis: Fundamentals and Applications. BKC. Tokyo, 1999, 176 p.
Woolerton T. W., Sheard S., Reisner E., Pierce E., Ragsdale S. W., Armstrong F. A. Efficient and Clean Photoreduction of CO2 to CO by EnzymeModified TiO2 Nanoparticles Using Visible Light. J. Amer. Chem. Soc., 2010, Vol. 132, pp. 2132–2133, doi: 10.1021/ja910091z.
Sakhnenko N., Ved’ M., Karakurkchi A. Effect of doping metals on the structure of PEO coatings on Titanium. Intern. J. Chem. Engin., 2018, Vol. 2018, 4608485, doi: 10.1155/2018/4608485.
Gong D., Grimes C. A., Varghese O. K. Titanium oxide nanotube arrays prepared by anodic oxidation. Mater. Res. Soc. 2011, Vol. 16, no. 12. pp. 3331–3334, doi: 10.1557/JMR.2001.0457.
Gupta P., Tenhundfeld G., Daigle E. O., Ryabkov D. Electrolytic plasma technology: Science and engineering – An overview. Surf. Coat. Technol., 2007, Vol. 201, no. 21, pp. 8746–8760, doi: 10.1016/j.surfcoat.2006.11.023.
Dohcevic-Mitrovic Z., Stojadinovic S., Lozzi L., Askrabic S., Rosic M., Tomic N., Paunovic N., Lazovic S., Nikolic MG, Santucci S. WO3/TiO2 composite coatings: Structural, optical and photocatalytic properties. Mater. Res. Bull., 2016, Vol. 83, pp. 217–224, doi: 10.1016/j.materresbull.2016.06.011.
Karakurkchi A. V., Sakhnenko M. D., Ved M. V., Gorohivskiy A. S., Galak O. V., Menshov S. M., Matykin O. V. Cobalt and manganese oxide catalytic systems on valve metals in ecotechnologies. Promising Materials and Processes in Applied Electrochemistry: monograph. Kyiv: KNUTD, 2017, p. 214–223.
Sakhnenko M., Karakurkchi A., Galak A., Menshov S., Matykin O. Examining the formation and properties of TiO2 oxide coatings with metals of iron triad. East–Europ. J. Enterpr. Technol, 2017, Vol. 2, no. 11 (86), pp. 4–10, doi: 10.15587/1729-4061.2017.97550.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Журнал публікує статті згідно з ліцензією Creative Commons Attribution International CC-BY.
