Регистрация / Вход
Прислать материал

Наноматериалы на основе оксидов металлов для фотокаталитической очистки сточных вод

Сведения об участнике
ФИО
Скрябина Марина Михайловна
Вуз
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тольяттинский государственный университет"
Тезисы (информация о проекте)
Область наук
Науки о Земле, экология и рациональное природопользование
Раздел области наук
Мониторинг и прогнозирование состояния окружающей среды, предотвращение и ликвидация ее загрязнения
Тема
Наноматериалы на основе оксидов металлов для фотокаталитической очистки сточных вод
Резюме
Большой интерес для решения целого ряда экологических задач представляет гетерогенный фотокатализ. Это один из самых бережных подходов к восстановлению окружающей среды, так как при его использовании не остается требующих какой-либо утилизации отходов. Фотокатализ позволяет полностью очистить сточные воды от органических загрязнителей. Получение фотокатализаторов, работающих в видимой области спектра, обладающих высокой фотокаталитической активностью, химической стабильностью, при относительно низкой стоимости является сложной задачей. В работе получены фотокатализаторы и проведены исследования фотокаталитических реакций по разложению органических загрязнителей.
Ключевые слова
сточные воды, фотокатализ, очистка, органические загрязнители, фотокатализаторы, нанопорошки, золь-гель
Цели и задачи
Цель работы: рациональное использование водных ресурсов за счет повышения качества очистки сточных вод от токсичных органических веществ.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Получение наноструктурированных фотокатализаторов на основе оксидов Ti, Zn, Cu
2. Аттестация структуры и морфологии
3. Исследование фотокаталитической активности фотокатализаторов на основе оксидов Ti, Zn, Cu
Введение

ХХ  век ознаменовался бурным развитием промышленности и наукоемких технологий, улучшением культурно-бытовых условий и увеличением потребления ресурсов, в особенности водных. Большая часть воды после использования для хозяйственно-бытовых нужд возвращается в реки в виде сточных вод. Эти и ряд других факторов требуют все большего внимания к экологическим проблемам. Решением которых может стать гетерогенный фотокатализ. Этот метод очистки позволяет разрушать органические загрязнители, а в результате реакции выделяются безвредные компоненты, такие как CO2, H2O и неорганические ионы. В настоящее время во всем мире активно ведутся разработки фотокаталитических систем очистки и высокоэффективых фотокализаторов, работающих в видимом свете.

Методы и материалы

   Золь-гель метод получения фотокатализаторов позволяет легко управлять размерами и формой получаемых частиц, проводить допирование исходного материала на этапе синтеза; активно применяется для создания покрытий и композитов. Метод включает следующие стадии: 1) Последовательное смешивание реагентов; 2) Сушка полученной массы 3) Механическая обработка полученного порошка и его отжиг.

  Методы исследования структуры, химического состава и размеров частиц: Размер частиц определяли на лазерном анализаторе SALD-2300; Морфологию поверхности частиц и структуру исследовали методами сканирующей электронной микроскопии и рентгеновской дифракции; Элементный состав контролировали методом энергодисперсионной рентгенофлуоресцентной спектрометрии (Shimadzu EDX-8000). 

   Для исследования фотокаталитического разложения органического загрязнителя использовали емкостной реактор периодического действия с источником излучения в УФ или видимом диапазоне. В качестве фотокатализатора использовались синтезированные нанопорошки на основе TiO2, ZnO и коммерческие нанопорошки CuO, TiO2. Краситель метиленовый голубой применяли как модельный органический загрязнитель. Также проводилась очистка воды от этиленгликоля. Эффективность реакции определяли путем анализа изменения концентрации поллютанта, которая измерялась методами УФ/ВИД спектрометрии и газовой хроматографии.

Описание и обсуждение результатов

Полученные наноструктурные фотокатализаторы на основе TiO2 и ZnO обладают хорошей фотокаталитической активностью при деградации МС. Время полного разложения органического поллютанта составило 3 и 4 часа соответственно. Коммерческие фотокатализаторы на основе TiO2 оказались более эффективными за счет меньшего размера частиц (порядка 20- 60 нм). Использование в качестве окислителя пероксида водорода ускоряет фотокаталитическую реакцию в 2 раза. Проведенные исследования показывают, что допирование TiO2 ионами азота позволяет сдвинуть фотокаталитическую активность материала в видимую область спектра, но необходимо контролировать размер частиц для увеличения эффективности фотокаталитических реакций.

Перспективным является оксид меди, так как обладает исходной высокой фотокаталитической активностью в видимом диапазоне излучения. Основной проблемой широкого применения нанопорошков в качестве фотокатализатора является их извлечение после очистки. В настоящее время разрабатываются фотокаталитические системы, предусматривающие извлечение фтокатализатора из реакционной смеси. Так, например, предложено использовать композитные магнитные фотокатализаторы на основе систем TiO2/Fe2O3.

Используемые источники
1. Ветошкин А.Г., Таранцева К.Р. Технология защиты окружающей среды (теоретические основы). Учебное пособие. /Под ред. доктора техниче- ских наук, профессора, академика МАНЭБ и АТП РФ А.Г.Ветошкина – Пенза: Изд-во Пенз. технол. ин-та, 2004. - с.: ил., библиогр.
2. Артемьев Ю.М., Рябчук В.К. Введение в гетерогенный фотокатализ спб.: изд-во СПб, 1999. - 303 с.
3. Гальперин, М.В. Экологические основы природопользования / М.В. Гальперин. - М.: ИД "ФОРУМ", 2009. - 256 с.
4. Николайкина, Н.Е. Промышленная экология / Н.Е. Николайкина, Н.И. Николайкин, А.М. Матягина. - М.: ИКЦ "Академкнига", 2006. - 239 с.
5. Федеральная служба государственной статистики [Электронный ресурс]. - Режим доступа : http://www.gks.ru/wps/wcm/connect/rosstat_main/rosstat/ru/statistics/environment/
Information about the project
Surname Name
Skryabina Marina
Project title
Nanomaterials based on metall oxides for photocatalytic of water treatment
Summary of the project
Of great interest to resolve various of environmental problems is the heterogeneous photocatalysis. This is one of the most careful approach to environmental restoration, since its use is not produce waste. Photocatalysis allows to completely clean the waste water of organic pollutants. Fabrication of photocatalysts with high catalytic activity, high chemical stability, nontoxicity and low cost is difficult task. In work obtaine photocatalysists and study photocatalytic reactions to degradation of organic pollutants.
Keywords
wastewater, photocatalysis, treatment, organic pollutants, photocatalysts, nanopowders, sol-gel