Кислотно-основные свойства и адсорбционная активность железосодержащих композитов в процессах фотокаталитической деградации органических загрязнителей

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Установлен фазовый состав железосодержащих металлокерамических композитов на основе нитридов алюминия, хрома и ванадия, полученных методом автоволнового горения ферросплавов (феррованадий, феррохромалюминий, ферроалюмосиликоцирконий) в азоте, и проведена количественная оценка содержания железа на их поверхности методом растровой электронной микроскопии с применением приставки для микрорентгеноспектрального анализа. Индикаторным методом Гаммета и Танабе установлено, что на поверхности композита на основе нитрида хрома доминируют апротонные основные центры Льюиса (рКа –0.29) и сильнокислотные центры Бренстеда (рКа 2.01, 4.1), поверхность образца на основе нитрида ванадия имеет наибольший набор кислотных центров Бренстеда (рКа 1.3–5.5). Корреляция адсорбционной активности композитов к исследуемым органическим загрязнителям (метамизол, циннаризин, метиленовый синий, метиловый оранжевый) с природой и количеством кислотно-основных активных центров на поверхности материала указывает на процесс хемосорбции. Предложены механизмы процессов. Высокая степень окислительной деструкции органических загрязнителей (64–96%) в условиях УФ-облучения обусловлена адсорбционными свойствами композитов и совмещением гетерогенного фотокатализа и гомогенного процесса Фентона.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Л. Н. Скворцова

Национальный исследовательский Томский государственный университет

Author for correspondence.
Email: lnskvorcova@inbox.ru
Russian Federation, 634050, Томск

И. А. Тихонова

Национальный исследовательский Томский государственный университет

Email: lnskvorcova@inbox.ru
Russian Federation, 634050, Томск

К. А. Дычко

Национальный исследовательский Томский государственный университет

Email: lnskvorcova@inbox.ru
Russian Federation, 634050, Томск

Т. С. Минакова

Национальный исследовательский Томский государственный университет

Email: lnskvorcova@inbox.ru
Russian Federation, 634050, Томск

К. А. Болгару

Томский научный центр СО РАН

Email: lnskvorcova@inbox.ru
Russian Federation, 634021, Томск

References

  1. Ince N.H., Stefan M.I., Bolton J.R. // J. of Advanced Oxidation Technologies. 1997. V. 2. № 3. P. 442.
  2. Nunes M.J., Lopes A., Pacheco M.J, et. al. // Materials. 2022. V. 15. P. 2465. https://doi.org/10.3390/ma15072465.
  3. Masunga N., Mamba B.B., Kefeni K.K. // J. Water Process Eng. 2022. V. 48. https:// doi.org/10.1016/j.jwpe.2022.102898.
  4. Guo R.T., Wang J., Bi Z.X., et. al. // Chemosphere. 2022. V. 295. P. 133834. https:// doi.org/10.1016/j.chemosphere.2022.133834.
  5. Zhang F.B., Wang X.M., Liu H.N., et. al. // Appl. Sci. 2019. № 9. P. 2489. https:// doi.org/10.3390/app9122489
  6. Bacardit J., Stotzner, J., Chamarro E. // Ind. Eng. Chem. Res. 2007. V. 46. P. 7615. http://doi.org/10.1021/ie070154o
  7. Chong M.N., Jin B., Chow C.W.K., et. al. // Water Res. 2010. V. 44. P. 2997.
  8. Скворцова Л.Н., Казанцева К.И., Болгару К.А., и др. // Неорган. материалы. 2023. Т. 59. № 3. С. 333. [Skvortsova L.N., Kazantseva K.I., Bolgaru K.A., et. al. // Inorgan. Materials. 2023. V. 59. № 3. P. 321.] https:// doi.org/10.1134/S0020168523030123
  9. Скворцова Л.Н., Чухломина Л.Н., Баталова В.Н. // Журн. прикл. химии. 2014. Т. 87. № 11. С. 136. [Skvortsova L.N., Chuklomina L.N., Batalova V.N. // Rus. J. Appl. Chem.. 2014. V. 87. № 11. P. 1649.] https://doi.org/10.1134/S1070427214110196.
  10. Sherstoboeva M.V., Bavykina A.V., Bolgaru K.A., et al. // J. ChemistrySelect. 2020. № 5. P. 1912. https://doi.org/10.1002/slct.201904010
  11. Скворцова Л.Н., Болгару К.А., Шерстобоева М.В. и др. // Журн.физ.химии. 2020. Т. 94. № 6. С. 926. [Skvortsova L.N., Bolgaru K.A., Sherstoboeva M.V., et. al. // Russ. J. Phys. Chem. А. 2020. V. 94. № 6. P. 1248.] https:// doi.org/.31857/S0044453720060242
  12. Mинакова Т.С. Адсорбционные процессы на поверхности твердых тел. Томск: Изд-во Том. ун-та, 2007. 284 с.
  13. Слижов Ю.Г., Матвеева Т.Н., Минакова Т.С. // Журн. физ. химии. 2012. Т. 86. № 3. С. 463 [Slizhov Yu.G., Matveeva T.N., Minakova T.S. // Russ. J. Phys. Chem. A. 2012. V. 86. № 3. P. 463.] https://doi.org/10.1134/S0036024412030272
  14. Танабе К. Твердые кислоты и основания. М.: Мир, 1973. 183 с.
  15. Нечипоренко А.П., Кудряшова А.И. // Журн. прикл. химии. 1987. Т. 60. № 9. С. 1957.
  16. Нечипоренко А.П. Донорно-акцепторные свойства поверхности твердофазных систем. Индикаторный метод. СПб.: Лань, 2017. 2843 с.
  17. Двойченкова Г.П., Тимофеев А.С., Чернышева Е.Н. и др. // ГИАБ. 2015. № 9. C. 41.
  18. Карпова С.С., Мошников В.А., Мякин С.В. и др. // Физика и техника полупроводников. 2013. Т. 47. № 3. С. 369.
  19. https://drugcentral.org/drugcard/4659?q=metamisol
  20. Terland O., Flatmark T. // Neuropharmacology. 1999. V. 38. № 6. P. 879. https:// doi.org/10.1016/s0028-3908(98)00233-0
  21. Deng J., Xu M.Y., Chen Y.J., et al. // Chem. Eng. J. 2019. V. 366. P. 491. https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.02.073.
  22. Miklos D.B., Remy C., Jekel M., et al. // Water Res. 2018. V. 139. P. 118. https://doi.org/10.1016/j.watres.2018.03.042.
  23. Wadley S., Waite T.D. Fenton processes-advanced oxidation processes for water and wastewater treatment. IWA Publishing: London. 2004. P. 111.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Fragments of X-ray diffraction patterns of composites: a – VN (1 – VN, 2 – α-Fe); b – CrN-AlN (1– AlN, 2 – CrN, 3 – (CrFe)2n-х 4 – α-Fe); c – AlN-SiN-ZrN (1– AlN, 2 – ZrN, 3 – α-Fe, 4 – FeSi, 5 – Si3N4).

Download (37KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Kinetic curves of pH changes in aqueous suspensions of composites over time.

Download (12KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Distribution curves of acid-base adsorption centers of Hammett indicators on the surface of composites based on chromium, vanadium and aluminum nitride.

Download (13KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Distribution curves of acid-base adsorption centers of Hammett indicators on the surface of metallic iron.

Download (8KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Electronic absorption spectra: a – metamizole solution before and after adsorption, b – cinnarizine solution before and after the photocatalytic experiment.

Download (23KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Degree of degradation of cinnarizine and methylene blue in the presence of VN and CrN-AlN composites in three repeated cycles.

Download (14KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences