Новітній композитний адсорбент-фотокаталізатор на основі титан (IV) оксиду

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.advisorІваненко, Ірина Миколаївна
dc.contributor.authorКух, Анжела Аркадіївна
dc.date.accessioned2021-04-15T08:45:53Z
dc.date.available2021-04-15T08:45:53Z
dc.date.issued2021
dc.description.abstractukДисертація присвячена синтезу та дослідженню чистого титан (IV) оксиду та у складі композитів з активованим вугіллям. Вперше з використанням прекурсору титан (ІІІ) сульфату низькотемпературним золь-гель методом без термічної обробки синтезовано фотокаталізатор титан (IV) оксид та адсорбент-фотокаталізатор активоване вугілля – ТіО2 та проведено їх повну характеризацію. Розроблено лабораторну методику синтезу з прекурсору титан (ІІІ) сульфату фотокаталізатору титан (IV) оксиду та адсорбенту-фотокаталізатору активоване вугілля – ТіО2 низькотемпературним золь-гель методом без наступної термічної обробки. Методами електронної мікроскопії визначено форму часточок чистого титан (IV) оксиду та характер розподілу часточок ТіО2 на поверхні активованого вугілля у синтезованих композитах. Методом рентгенофазового та рентгенострукутрного аналізу встановлено, що при синтезі ТіО2 з прекурсору титан (ІІІ) сульфату осадженням утворюється виключно аморфна фаза; при його гідролізі формується структура, що складається з брукіту, рутилу та аморфного ТіО2; і лише низькотемпературний гідроліз у присутності допанта фториду калію призводить до утворення чистої модифікації анатаз. Методом низькотемпературної адсорбції-десорбції азоту досліджено порувату структуру та адсорбційні властивості синтезованих зразків чистого і композитного титан (IV) оксиду. Встановлено, що композити активоване вугілля – ТіО2 є змішанопоруватими адсорбентами (в яких наявні мікро- та мезопори) з розвиненою площею поверхні (в середньому близько 1100 м2 /г). Зясовано, що що всі зразки чистого ТіО2 мають малорозвинену площу поверхні, в середньому близько 49 м2 /г. Середній радіус пор зразків, допованих фтором, на 11% менший, у порівнянні зі зразками, отриманими іншими способами. Дослідження адсорбційних та фотокаталітичних властивостей синтезованого чистого і композитного титан (IV) оксиду проведено з використанням модельних розчинів полютантів: глюкози, барвників катіонного (метиленовий синій) та аніонного (оранжево-жовтий S) типу, диклофенака натрію. При оцінюванні адсорбційної здатності чистого ТіО2 встановлено, що найвищий ступінь вилучення глюкози (83%) з розчинів вихідної концентрації 0,01% спостерігвася для зразка ТіО2(ос), тобто отриманого шляхом прямого осадження без гідролізу. Композити активоване вугілля – ТіО2 адсорбували глюкозу значно активніше у порівнянні з чистим ТіО2. В ході фотокаталітичних досліджень з’ясовано, що зразки чистого ТіО2 проявляють певну фотокаталітичну активність, однак найвищий ступінь розкладання, досягнутий для них, не перевищував 54%. Порівняно із ними, композити активоване вугілля – ТіО2 показали значно вищу фотокаталітичну активність в цьому процесі. При дослідженні адсорбційної активності композитів в процесі вилучення барвників для встановлення адсорбційних закономірностей здійснювали математичну обробку кінетичних залежностей та ізотерм адсорбції з використанням кінетичних моделей псевдо-першого та псевдо-другого порядків. Встановлено, що адсорбція метиленового синього найкраще описується моделлю псевдо-другого порядку, а це свідчить, що саме хімічна реакція обміну лімітує весь адсорбційний процес. Адсорбція оранжево-жовтого S краще описується моделлю псевдо-першого порядку, а це, в свою чергу, вказує на те, що адсорбція цього барвника лімітується його дифузією в порах адсорбенту. Встановлено, що у випадку адсорбції метиленового синього найбільш ефективним виявився зразок композиту АВ-ТіО2(ос), для якого ступінь вилучення становив 90%. Серед зразків, отриманих варіаціями методу низькотемпературного гідролізу, найвища ефективність спостерігалась для зразка АВ-ТіО2(15F), вона становила 70%. Лише ці два зразки виявились більш ефективними у порівнянні з вихідним активованим вугіллям, для якого ступінь адсорбції метиленового синього з розчину складав 65%. Evonik AEROXIDE® ТіО2 Р25 показав значно нижчу адсорбційну здатність по відношенню до всіх досліджуваних полютантів. У випадку оранжево-жовтого S досягнуто високих ступенів адсорбційного вилучення, однак вони не перевищують значення, отриманого з використанням активованого вугілля. Найвищий ступінь вилучення було досягнуто при використанні зразка композиту, що модифікований фотором у співвідношенні Ті:F=1:15. При дослідженні адсорбції диклофенаку натрію усі зразки продемонстрували високу ефективність: ступінь вилучення перевищував 60% для усіх зразків. Дослідження фотокаталітичної активності синтезованих композитів у процесі фотокаталітичного розкладання перелічених модельних полютантів проводили з використанням джерел УФ-випромінювання потужністю 8 та 24 W. За потужності випромінювання 8 W для композитів АВ-ТіО2(нг), АВ-ТіО2(2F), АВ-ТіО2(7F) та АВ ТіО2(15F) досягнуто значно нижчі ступені розкладання барвників у порівнянні з ефективністю за інтенсивності у 24 W. Найбільша залежність від інтенсивності випромінювання спостерігалась для композиту АВ-ТіО2(нг), для якого було досягнуто підвищення ефективності розкладання барвників на 50-70%. Фотокаталітичне розкладання диклофенака натрію з використанням композитних фотокаталізаторів було доволі високим за обох інтенстивностей опромінення; наприклад, для зразка АВ-ТіО2(15F) воно знаходилось в межах від 80 до 100%. За інтенсивності ж у 8 W спостерігались дещо нижчі значення ступеня розкладання. Наукова новизна роботи полягає в тому що, вперше з використанням прекурсору титан (ІІІ) сульфату низькотемпературним золь-гель методом без насатупної теормічної обробки синтезовано фотокаталізатор титан (IV) оксид та адсорбент-фотокаталізатор активоване вугілля – ТіО2 та проведено їх повну характеризацію. Розроблено лабораторну методику синтезу з прекурсору титан (ІІІ) сульфату фотокаталізатору титан (IV) оксиду та адсорбенту-фотокаталізатору активоване вугілля – ТіО2 низькотемпературним золь-гель методом без наступної термічної обробки. Вперше встановлено, що при синтезі ТіО2 з прекурсору титан (ІІІ) сульфату осадженням утворюється виключно аморфна фаза; при його гідролізі формується структура, що складається з брукіту, рутилу та аморфного ТіО2; і лише низькотемпературний гідроліз у присутності допанта фториду калію призводить до утворення чистої модифікації анатаз. Доведено доцільність використання синтезованих адсорбентів та фотокаталізаторів у процесах очищення стічних вод від таких органічних полютантів, як барвники та фармацевтичні субстанції, і їх можна рекомендувати для використання в технологіях адсорбційного і фотокаталітичного очищення фармацевтичних стічних вод. Наукові положення, а також результати експериментальних досліджень використано при розробці нового теоретичного розділу та двох нових лабораторних робіт з дисципліни «Адсорбція, адсорбенти та каталізатори на їх основі» для магістрів ОНП та ОПП зі спеціальності 161 «Хімічні технології та інженерія» кафедри ТНР, В та ЗХТ КПІ ім. Ігоря Сікорського. Доведено, що адсорбенти-фотокаталізатори на основі ТіО2, синтезовані методом низькотемпературного гідролізу титан (ІІІ) сульфату, ефективні у процесах видалення та розкладання барвників та фармацевтичних субстанцій. Встановлено, що їх можна рекомендувати для використання в технологіях очищення фармацевтичних стічних вод.uk
dc.format.page166 с.uk
dc.identifier.citationКух, А. А. Новітній композитний адсорбент-фотокаталізатор на основі титан (IV) оксиду : дис. … д-ра філософії : 161 хімічні технології та інженерія / Кух Анжела Аркадіївна. – Київ, 2021. – 166 с.uk
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/40608
dc.language.isoukuk
dc.publisher.placeКиївuk
dc.subjectадсорбентuk
dc.subjectфотокаталізаторuk
dc.subjectкомпозитuk
dc.subjectтитан (IV) оксидuk
dc.subjectактивоване вугілляuk
dc.subjectadsorbentuk
dc.subjectphotocatalystuk
dc.subjectcompositeuk
dc.subjecttitanium (IV) oxideuk
dc.subjectactivated carbonuk
dc.subjectадсорбентuk
dc.subjectфотокатализаторuk
dc.subjectкомпозитuk
dc.subjectтитан (IV) оксидuk
dc.subjectактивированный угольuk
dc.subject.udc541.14:546.824:546.05:628.316.13:661.6:661.8uk
dc.titleНовітній композитний адсорбент-фотокаталізатор на основі титан (IV) оксидуuk
dc.typeThesis Doctoraluk

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
Kukh_dys.pdf
Розмір:
6.73 MB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Опис:
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
9.01 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Дисертації (ТНР,ВтаЗХТ)
Дисертації (вільний доступ)