TiO2 나노 입자의 오염 물질 분해 연구

극소량의 마그네타이트 (Fe3O4) 나노 입자의 존재 하에서 합성된 TiO2 나노 입자 (NP)의 광촉매 활성의 향상이 여기에서 제시되고 논의됩니다. X- 선 회절 (XRD) 및 시차 주사 열량 측정 (DSC) 분석에서 TiO2 나노 입자 (NP)의 결정도는 Fe3O4의 영향을 받는 것으로 보이며, 나노 시드로 작용하여 무정형에 비해 정방형 TiO2 아나타제 구조를 개선합니다. 광촉매 활성 데이터, 즉 메틸렌 블루 및 오 플록 사신 플루오로 퀴놀론 신생 오염 물질의 분해는 NP의 결정 구조 증가가 표면 대 질량 비율 (상업적 TiO2 NP와 관련하여) 감소와 상관 관계가 있더라도 이러한 유형의 촉매 성능. 낮은 온도 (Tmax = 150 ° C)에서 비교적 잘 정의된 결정 구조를 달성하여 TiO2 NP의 소결을 방지하여 높은 밀도의 활성 부위를 보존하는 것이 얻은 결과를 이해하는 데 중요한 역할을 하는 것 같습니다. 오늘날 이산화 티타늄은 저비용, 합성의 다양성, 높은 화학적 안정성, 그리고 마지막으로 높은 효율로 인해 가장 많이 연구된 광촉매 중 하나입니다. TiO2가 적용되는 분야는 자가 세척 표면에서 살균, 광전기 화학적 변환, 청정 에너지 생산, 공기 및 정수 시스템에 이르기까지 광범위하게 확산됩니다. 이 마지막 분야에서는 약학 적 활성 신흥 오염 물질을 포함하는 유기 (잠재적) 독성 물질을 제거하기위한 수처리가 현재 최우선 과제입니다. 사실이 물질은 자외선 (UV) 여기 하에서 유기물을 산화시킬 수 있는 반응성이 높은 종의 형성을 유도하는 전자-정공 쌍을 생성 할 수 있습니다. 불행히도 자연 태양 광 조사 스펙트럼 (가장 높고 저렴한 조명 원)의 UV 성분은 매우 작습니다. 또한 이산화 티타늄은 가시 광선 영역의 태양 복사를 흡수 할 수 없습니다. 따라서 이 분야의 과학 기술 연구는 전반적인 효율성을 향상시킬 새로운 가능성을 찾는 데 크게 관여합니다. 일반적으로 두 가지 다른 전략을 따를 수 있습니다. 첫 번째 접근법은 흡수 된 밴드 갭을 UV에서 가시 광선으로 이동할 수 있는 적절하게 도핑 된 이온의 사용을 의미합니다. 이 모델에서는 Fe, V 및 Zn과 같은 일부 전이 금속이 널리 테스트되고 채택되었습니다. 두 번째 방법은 합성 공정의 제어를 통해 재료의 고유 효율을 높이는 것과 관련이 있습니다. 이러한 방식으로 표면적, 치수 및 형태, 결과적으로 광촉매 활성을 제어할 수 있습니다. 예를 들어, 발광 물질의 표면에 광촉매를 지지하여 열 화력을 크게 증가시키는 혁신적인 시스템이 최근에 개발되었습니다. 이 연구에서 우리는 마그네타이트 나노 입자가 존재하는 상태에서 이산화 티타늄의 나노 입자 (NP) 합성을 연구했습니다. 전형적인 임계 치수 이하의 초상 자성 거동을 나타내는 Fe3O4 NPs는 외부 자기장을 적용하는 촉매의 회수 (및 재활용)를 촉진하기 위해 Fe3O4 @ TiO2 하이브리드 재료의 잠재적 자기 코어로 평가되었습니다. 일반적으로 내부 코어 (Fe3O4)와 외부 촉매 (TiO2) 사이에 두꺼운 SiO2 층을 삽입하여 광분해 활성을 감소시키는 Fe3O4-TiO2 직접 접촉을 방지합니다. 사실, TiO2 표면적이 자기 기판에 지지 될 경우 감소한다는 것이 입증되었습니다. 결과적으로, 우리의 관심은 티타니아 졸-겔 합성 경로에서 TiO2 나노 입자의 핵 형성, 형성 및 형태에 영향을 미치는 발아 종자로 이용되는 매우 적은 양의 마그네타이트를 사용할 가능성에 초점을 맞추 었습니다. TiO2 / Fe3O4 비율에 따라 다양한 합성이 수행되었습니다. 광촉매 성능은 표준 ISO 10678 : 2010 프로토콜, 즉 알려진 농도의 메틸렌 블루 (MB) 용액의 분해에서 테스트되었습니다. 이후보고 된 결과는 TiO2 합성 과정에서 첨가 된 Fe3O4의 양과 관찰 된 티타니아 광촉매 활성 사이에 엄격한 상관 관계를 보여 주었다. 또한 표면적 및 결정 도와 같은 다른 특성이 광범위하게 영향을 받았습니다. 또한 NPs의 광촉매 활성을 상용 제품 (미국 미주리 주 세인트 루이스에있는 Sigma-Aldrich의 TiO2 NPs P25)과 비교 한 결과 우리 재료가 보유한 더 높은 활성이 입증되었습니다. 결과적으로, 최고의 물질은 또한 플루오로 퀴놀론 (FQ) 항생제 계열에 속하는 중요한 수질 오염 물질 인 Ofloxacin (OFL)의 분해에 대해 테스트되었습니다. 그림 1에서는 샘플 A와 B의 X- 선 회절 패턴이 보고됩니다. 두 화합물은 동일한 그림에서 선 패턴으로 제시된 TiO2 정방형 아나타제 구조의 특징적인 피크를 보여주었다. 반대로, 샘플 C와 D (그림에 보고되지 않음)는 완전히 무정형이었으며 식별 가능한 피크는 검출되지 않았습니다. 마그네타이트는 TiO2 매트릭스에 대한 매우 적은 양으로 인해 XRD 기술의 검출 한계보다 훨씬 낮습니다. 샘플 A는 샘플 B보다 결정 성이 더 높았습니다. 이 사실은 샘플 A에서 더 높은 강도의 피크와 특히 2θ> 60 °에서 기준선에서 더 잘 식별 할 수있는 회절 패턴에 의해 강조됩니다. 이 단계에서 표면에 흡착 된 2-propanol의 산화가 발생했습니다. 강도 신호의 급격한 차이는 샘플 A에서 D로 증가한 용매의 양이 다르다는 것을 나타냅니다. 실제로이 결과는 BET 등온선 (표 1)의 표면적 분석과 잘 일치하며, 여기서 표면 대 질량 비율의 값이 증가합니다. A에서 D까지는 용매 흡착 가능성의 증가를 의미합니다. 샘플 A와 B는 보충 신호가 없었으며, 이미 150 ° C에서 완전한 결정화를 보였습니다. 이는 문헌 데이터에 비해 현저히 낮은 온도입니다. 반대로, 샘플 C와 D는 385 ° C에서 약한 발열 피크를 보였으며, 이는 입자의 무정형에서 정방형 아나타제 구조로의 상전이와 관련이 있습니다. 결과적으로 DSC 조사는 XRD 분석에서 얻은 데이터를 확인하여 샘플 A와 B에 대해서만 정방형 아나타제 단계에서의 결정화를 보여줍니다. 이 연구에서는 Fe3O4-TiO2 나노 분말의 제조를 위해 간단하고 간편한 졸-겔 공정 접근법이 개발되었습니다. UV- 가시 광선 범위에서 MB 염료와 수질 오염 물질 인 OFL 항생제의 분해에서 광촉매 활성을 테스트하기 위해 다양한 몰비가 연구되었습니다. Fe3O4 NPs는 발아 종자 역할을 할 수 있기 때문에 문헌에보고 된 것보다 낮은 온도에서 아나타제 구조의 결정화를 촉진하여 티타니아의 광촉매 활성을 향상시킬 수 있습니다. 더 높은 결정도 등급과 표면적의 조합은 샘플 B의 광촉매 활성을 향상시킵니다. MB 및 OFL 분해에서 당사 NP의 효율성은 P25 상용 티타니아 분말보다 훨씬 높습니다. 실제로 동일한 노출 시간에서 도달 한 열화 율은 상용 P25 TiO2에 비해 15 % 더 큽니다.