DOI: https://doi.org/10.20998/2413-4295.2020.01.11

Дослідження фотокаталітичної деградації 4-нітрофенолу в присутності феритів складу MFe2O4 (M = Ni, Mn, Zn)

Liliya Frolova

Анотація


З розвитком промисловості відбувається збільшення концентрації небезпечних забруднюючих речовин в водних об’єктах, що є результатом скидів таких виробництв, як текстильна, паперово-целюлозна, поліграфічна, металургійна, нафтопереробна, фармацевтичних препаратів. В останні роки передові процеси окислення були визнані ефективним та альтернативним способом очищення стічних вод від органічних домішок. Ферити перехідних металів досліджуються як фотокаталізатори завдяки високій активності, нетоксичності, хімічній стійкості, магнітним, оптичним та електричним властивостям. В роботі розглянуто композиційні ферити МFe2O4 (M= Ni, Mn, Zn), що синтезовані модифікованим методом співосадження. Для характеристики отриманих зразків було використано рентгенофазовий аналіз, вібраційну магнітометрію, електронну парамагнітну резонансну спектроскопію, ультрафіолетову спектроскопію. Фотокаталітичну активність сполук вивчали в реакції розкладання 4-нітрофенолу, який використовували як модельний органічний забруднювач. Для визначення залежності основних властивостей від складу використовували симплекс-решітчасте планування експерименту. Встановлено, що отримані наночастинки феритів мають шпінельну структуру. Синтезовані наноферити мають ширину забороненої зони в межах 1,55-2,2 еВ. Всі зразки показали високу фотокаталітичну активність (ступінь розкладання 4-НФ складав ~71-91%). Найбільш ефективними каталізаторами були Ni-Zn ферити та Ni-Zn-Mn ферити (ступінь деградації 4-НФ 88-92%). При підвищенні вмісту катіонів мангану більше 66% каталітичні властивості зменшувались. Магнітні властивості, такі як намагніченість насичення та коерцитивна сила, значно змінюються в залежності від концентрації катіонів Mn. Крім того, синтезовані зразки, що вміщують нікель та манган мають високі магнітні властивості, що забезпечує легкість відокремлення від водного розчину під дією зовнішнього магнітного поля.


Ключові слова


ферит нікелю; ферит мангану; ферит цинку; 4- нітрофенол; фотокаталізатор

Повний текст:

PDF

Посилання


Kovacic P., Somanathan R. Nitroaromatic compounds: Environmental toxicity, carcinogenicity, mutagenicity, therapy and mechanism. Journal of Applied Toxicology, 2014, 8, pp. 810-824, doi: 10.1002/jat.2980.

Ismail M. et al. Pollution, toxicity and carcinogenicity of organic dyes and their catalytic bio-remediation. Current Pharmaceutical Design, 2019, 34, pp. 3645-3663, doi: 10.2174/1381612825666191021142026.

Buckley J. P. et al. Prenatal exposure to environmental phenols and childhood fat mass in the Mount Sinai Children's Environmental Health Study. Environment international, 2016, 91, pp. 350-356, doi: 10.1016/j.envint.2016.03.019.

Kanakaraju D., Glass B. D., Oelgemöller M. Advanced oxidation process-mediated removal of pharmaceuticals from water: a review. Journal of environmental management, 2018, 219, pp. 189-207, doi: 10.1016/j.jenvman.2018.04.103.

Othman I., Abu Haija M., Banat F. Catalytic Properties of Phosphate-Coated CuFe2O4 Nanoparticles for Phenol Degradation. Journal of Nanomaterials, 2019, 2019, doi: 10.1155/2019/3698326.

Zhu D., Qixing Z. Action and mechanism of semiconductor photocatalysis on degradation of organic pollutants in water treatment: A review. Environmental Nanotechnology, Monitoring & Management, 2019, 12, pp. 100255, doi: 10.1016/j.enmm.2019.100255.

Singh P., et al. Systematic review on applicability of magnetic iron oxides–integrated photocatalysts for degradation of organic pollutants in water. Materials Today Chemistry, 2019, 14, pp. 100186, doi: 10.1016/j.mtchem.2019.08.005.

Gusain R., et al. Adsorptive removal and photocatalytic degradation of organic pollutants using metal oxides and their composites: A comprehensive review. Advances in colloid and interface science, 2019, 272, pp. 102009, doi: 10.1016/j.cis.2019.102009.

Kharisov B. et. al. Mini-review: ferrite nanoparticles in the catalysis. Arabian Journal of Chemistry, 2019, 12, 7, pp. 1234-1246, doi: 10.1016/j.arabjc.2014.10.049.

Hajalilou A. et al. A review on preparation techniques for synthesis of nanocrystalline soft magnetic ferrites and investigation on the effects of microstructure features on magnetic properties. Applied Physics A, 2016, 122, 7, pp. 680, doi: 10.1007/s00339-016-0217-2.

Lafta S. Effect of pH on structural, magnetic and FMR properties of hydrothermally prepared nano Ni ferrite. Open Chemistry, 2017, 15, 1, pp. 53-60, doi: 10.1515/chem-2017-0007.


Пристатейна бібліографія ГОСТ


  1. Kovacic P., Somanathan R. Nitroaromatic compounds: Environmental toxicity, carcinogenicity, mutagenicity, therapy and mechanism. Journal of Applied Toxicology. 2014.  8. P. 810-824. doi: 10.1002/jat.2980.
  2. Ismail M. et al. Pollution, toxicity and carcinogenicity of organic dyes and their catalytic bio-remediation. Current Pharmaceutical Design. 2019. 34. P. 3645-3663. doi: 10.2174/1381612825666191021142026.
  3. Buckley J. P. et al. Prenatal exposure to environmental phenols and childhood fat mass in the Mount Sinai Children's Environmental Health Study. Environment international. 2016. 91. P. 350-356. doi: 10.1016/j.envint.2016.03.019.
  4. Kanakaraju D., Glass B. D., Oelgemöller M. Advanced oxidation process-mediated removal of pharmaceuticals from water: a review. Journal of environmental management. 2018. 219. P. 189-207. doi: 10.1016/j.jenvman.2018.04.103.
  5. Othman I., Abu Haija M., Banat F. Catalytic Properties of Phosphate-Coated CuFe2O4 Nanoparticles for Phenol Degradation. Journal of Nanomaterials. 2019. 2019. doi: 10.1155/2019/3698326.
  6. Zhu D., Qixing Z. Action and mechanism of semiconductor photocatalysis on degradation of organic pollutants in water treatment: A review. Environmental Nanotechnology, Monitoring & Management. 2019. 12. P. 100255. doi: 10.1016/j.enmm.2019.100255.
  7. Singh P., et al. Systematic review on applicability of magnetic iron oxides–integrated photocatalysts for degradation of organic pollutants in water. Materials Today Chemistry. 2019. 14. P. 100186. doi: 10.1016/j.mtchem.2019.08.005.
  8. Gusain R., et al. Adsorptive removal and photocatalytic degradation of organic pollutants using metal oxides and their composites: A comprehensive review. Advances in colloid and interface science. 2019. 272. P. 102009. doi: 10.1016/j.cis.2019.102009.
  9. Kharisov B. et. al. Mini-review: ferrite nanoparticles in the catalysis. Arabian Journal of Chemistry. 2019. 12. 7. P. 1234-1246. doi: 10.1016/j.arabjc.2014.10.049.
  10. Hajalilou A. et al. A review on preparation techniques for synthesis of nanocrystalline soft magnetic ferrites and investigation on the effects of microstructure features on magnetic properties. Applied Physics A. 2016. 122. 7. P. 680. doi: 10.1007/s00339-016-0217-2.
  11. Lafta S. Effect of pH on structural, magnetic and FMR properties of hydrothermally prepared nano Ni ferrite. Open Chemistry. 2017. 15. 1. P. 53-60. doi: 10.1515/chem-2017-0007.