Труды КНЦ вып.9 (ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ вып. 1/2018(9) Часть 2)

DOI: 10.25702/KSC.2307-5252.2018.9.1.538-541 УДК 54.824 - 541.141.12 ФОТОКАТАЛИТИЧЕСКИ АКТИВНЫЕ В ВИДИМОМ СВЕТЕ НАНОКОМПОЗИТЫ НА ОСНОВЕ ДИОКСИДА ТИТАНА М. Л. Беликов, Т. А. Седнева, Э. П. Локшин Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия Аннотация Представлены разработанные на основе диоксида титана, модифицированного Fe, Nb, W, Cu, Ni, Co, Ce и Al, фотокаталитически активные материалы в области видимого света. Ключевые слова: диоксид титана, модифицирование, фотокаталитическая активность, видимая область света. PHOTOCATALYTICALLY ACTIVE NANOCOMPOSITES ON THE BASIS OF TITANIUM DIOXIDE IN VISIBLE LIGHT M. L. Belikov, T. A. Sedneva, E. P. Lokshin I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the Federal Research Centre “Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences”, Apatity, Russia Abstract We have developed photocatalytically active in the field of a visible spectrum materials on the basis of titanium dioxide modified with Fe, Nb, W, Cu, Ni, Co, Ce and Al. Keywords: titanium dioxide, modifying, photocatalytical activity, visible area of light. Более эффективное использование солнечной энергии в фотокаталитических процессах разрушения органических загрязнений известным фотокатализатором TiO 2 связано с необходимостью повышения его фотокаталитической активности (ФКА) в видимой области света. Так, промышленные фотокатализаторы типа TiO2 Aeroxide Р25 фирмы “Degussa” фотокаталитически активны только при облучении УФ-светом с длиной волны X< 400 нм (ШЗЗ менее 3,1 эВ), составляющем менее 9 % солнечного спектра. Для фотокаталитической очистки стоков и подавления жизнедеятельности микрофлоры в водных средах перспективны материалы на основе TiO2с ФКА в видимом и ближнем ИК-диапазонах солнечного спектра при X> 400 нм. В указанных целях разработан эффективный метод легирования TiO 2 иновалентными катионами переходных металлов: Fe3+, Nb5+ или W6+, группы железа Cu2+, Ni2+ и Co2+, а также Ce4+/3+ и Al3+ в условиях щелочного гидролиза солей Ti и легирующих металлов [1-4]. Синтезированные полифазные нанокомпозиты охарактеризованы методами РФА, ИКС, БЭТ, термического анализа и SEM-микроскопии. ФКА образцов оценивали фотоколориметрически по степени обесцвечивания (Е, %) красителя — ярко-красного раствора восстановленного ферроина (Ф) или метиленового синего (МС) — при облучении суспензий сформированным световым потоком светофильтрами с известными значениями пропускания: Х1> 420 нм, Х2> 670 нм и Х3> 900 нм. По данным БЭТ и РФА при гидролизе формируются рентгеноаморфные наноразмерные 5^25 нм (удельная поверхность S = 60^360 м2/г) осадки. Их термобработка в интервале температур 20-1150 оС сопровождается сокращением удельной поверхности, связанным с процессами фазообразования, агрегации и агломерации кристаллитов с особенностями, привносимыми модифицирующими металлами (рис. 1). Установлено, что в температурном интервале 300-800 оС формируется нанодисперсная мезопористая текстура всех синтезированных порошков (рис. 2), способствующая эффективной сорбции органических молекул, являющейся условием их последующей деградации в фотокаталитической реакции. Термический и рентгенографические методы анализа осадков, легированных до 5 мас. % Ме и прокаленных до температуры примерно 400 оС, не обнаруживает особых отличий в протекании их дегидратации от чистого TiO 2 . С увеличением концентрации металлов термические эффекты начинают различаться от образца к образцу интенсивностью, уширением пиков, а также значениями температур эндо- и экзопиков, особенно при допировании >10 мас. % Ме, что, наряду с раздроблением экзопиков, свидетельствует об обособлении простых и сложных оксидов модифицирующих металлов [3, 4]. В качестве второй полупроводниковой фазы в высокодопированных образцах выявлены: в случае Fe3+— гематит Fe2O3или/и псевдобрукит Fe2TiO5, в случае Nb5+— Nb 2 Os или/и TiO2-Nb2O5, в случае W6+— WO 3 , в случае Cu2+— CuO и/или Cu3TiO4, в случае Ni2+— NiO и/или NiTiO3, в случае Co2+— СоТЮ3, в случае Ce3+— CeO 2 , а в случае Al3+— корунд AI 2 O 3 . 538