doi: 10.17586/2226-1494-2021-21-5-670-678


УДК 541.14, 535.3

Исследование фотокаталитических свойств композитов хитозан-TiOдля разложения пирена 

Татаринов Д.А., Сокольникова С.Р., Мыслицкая Н.А.


Читать статью полностью 
Язык статьи - русский

Ссылка для цитирования:
Татаринов Д.А., Сокольникова С.Р., Мыслицкая Н.А. Исследование фотокаталитических свойств композитов хитозан-TiO2 для разложения пирена // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2021. Т. 21, № 5. С. 670–678. doi: 10.17586/2226-1494-2021-21-5-670-678


Аннотация
Предмет исследования. Разработаны нано- и микрокомпозиты хитозан-TiO2 для фотокаталитического разложения представителя полициклических ароматических углеводородов — пирена. Метод. Наночастицы TiO2 синтезированы методом лазерной абляции и определены их размеры с помощью метода фотонной корреляционной спектроскопии. Изготовлены нано- и микрокомпозиты на основе хитозана с различными содержаниями частиц TiO2. Исследовано влияние нано- и микрочастиц TiO2 в составе изготовленных нанокомпозитов на фотодеградацию пирена в модельных растворах диметилсульфоксида под ультрафиолетовым излучением. Для оценки снижения концентраций пирена в растворах использован метод люминесцентного анализа. Основные результаты. По результатам выполненных исследований построены графики кинетики псевдопервого порядка для деградации пирена в растворах. Доказана эффективность использования полученных композитов хитозан-TiO2 для фотокаталитического разложения пирена. За 60 мин под ультрафиолетовым излучением с помощью композитов хитозан-TiO2 подверглось фотокаталитическому разложению 68 % пирена при использовании наночастиц TiO2 и 55 % — микрочастиц TiO2. Практическая значимость. Разработанные композиты хитозан-TiO2 — перспективные фотокаталитические материалы для разложения полициклических ароматических углеводородов в водных средах. Методика изготовления композитов не требует дорогостоящего оборудования для изготовления, а также они удобны в применении для проведения фотокаталитических реакций.

Ключевые слова: композиты из хитозана, наночастицы диоксида титана, микрочастицы диоксида титана, фотокатализатор, полициклические ароматические углеводороды, пирен

Список литературы
1. Kalf D.F., Crommentuijn T., Van de Plassche E.J. Environmental quality objectives for 10 polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) // Ecotoxicology and Environmental Safety. 1997. V. 36. N 1. P. 89–97. https://doi.org/10.1006/eesa.1996.1495
2. Kim K.-H., Jahan S.A., Kabir E., Brown R.J.C. A review of airborne polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) and their human health effects // Environment International. 2013. V. 60. P. 71–80. https://doi.org/10.1016/j.envint.2013.07.019
3. Zhang L., Li P., Gong Z., Li X. Photocatalytic degradation of polycyclic aromatic hydrocarbons on soil surfaces using TiO2 under UV light // Journal of Hazardous Materials. 2008. V. 158. N 2-3. P. 478–484. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2008.01.119
4. Watanabe T., Kojima E., Norimoto K., Saeki Y. Fabrication of TiO2 photocatalytic tile and its practical applications // Fourth Euro Ceramics. 1995. V. 11. P. 175–180.
5. Ramirez A.M., De Belie N. Application of TiO2 photocatalysis to cementitious materials for self-cleaning purposes // Applications of Titanium Dioxide Photocatalysis to Construction Materials. 2011. P. 11–15. https://doi.org/10.1007/978-94-007-1297-3_3
6. Nguyen V.-H., Phan Thi L.-A., Van Le Q., Singh P., Raizada P., Kajitvichyanukul P. Tailored photocatalysts and revealed reaction pathways for photodegradation of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in water, soil and other sources // Chemosphere. 2020. V. 260. P. 127529. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2020.127529
7. Ireland J.C., Dávila B., Moreno H., Fink S.K., Tassos S. Heterogeneous photocatalytic decomposition of polyaromatic hydrocarbons over titanium dioxide // Chemosphere. 1995. V. 30. N 5. P. 965–984. https://doi.org/10.1016/0045-6535(94)00452-Z
8. Dass S., Muneer M., Gopidas K. Photocatalytic degradation of wastewater pollutants. Titanium-dioxide-mediated oxidation of polynuclear aromatic hydrocarbons // Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry. 1994. V. 77. N 1. P. 83–88. https://doi.org/10.1016/1010-6030(94)80011-1
9. Wen S., Zhao J., Sheng G., Fu J., Peng P. Photocatalytic reactions of pyrene at TiO2/water interfaces // Chemosphere. 2003. V. 50. N 1. P. 111–119. https://doi.org/10.1016/S0045-6535(02)00420-4
10. Pal B., Sharon M. Photodegradation of polyaromatic hydrocarbons over thin film of TiO2 nanoparticles; a study of intermediate photoproducts // Journal of Molecular Catalysis A: Chemical. 2000. V. 160. N 2. P. 453–460. https://doi.org/10.1016/S1381-1169(00)00280-6
11. Salihoglu N.K., Karaca G., Salihoglu G., Tasdemir Y. Removal of polycyclic aromatic hydrocarbons from municipal sludge using UV light // Desalination and Water Treatment. 2012. V. 44. N 1-3. P. 324–333. https://doi.org/10.1080/19443994.2012.691689
12. Djachuk O.A., Tkachenko A.V. The luminescence of polycyclic aromatic hydrocarbons on modified by surface-active agent cellulose // Proceedings of SPIE. 2008. V. 6791. P. 67910P. https://doi.org/10.1117/12.803984
13. Siripatrawan U., Kaewklin P. Fabrication and characterization of chitosan-titanium dioxide nanocomposite film as ethylene scavenging and antimicrobial active food packaging // Food Hydrocolloids. 2018. V. 84. P. 125–134. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2018.04.049
14. Rinaudo M. Chitin and chitosan: Properties and applications // Progress in Polymer Science. 2006. V. 31. N 7. P. 603–632. https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2006.06.001
15. Jabli M., Baouab M.H.V., Roudesli M.S., Bartegi A. Adsorption of acid dyes from aqueous solution on a chitosan-cotton composite material prepared by a new pad-dry process // Journal of Engineered Fibers and Fabrics. 2011. V. 6. N 3. P. 1–12. https://doi.org/10.1177/155892501100600301
16. Gerente C., Lee V.K.C., Le Cloirec P., McKay G. Application of chitosan for the removal of metals from wastewaters by adsorption - Mechanisms and models review // Critical Reviews in Environmental Science and Technology. 2007. V. 37. N 1. P. 41–127. https://doi.org/10.1080/10643380600729089
17. Tatarinov D., Sokolnikova S., Myslitskaya N. Solid-phase luminescence of pyrene in chitosan adsorbents // Journal of Biomedical Photonics & Engineering. 2020. V. 6. N 1. P. 010305. https://doi.org/10.18287/JBPE20.06.010305
18. Singh S.C., Swarnkar R.K., Gopal R. Synthesis of titanium dioxide nanomaterial by pulsed laser ablation in water // Journal of Nanoscience and Nanotechnology. 2009. V. 9. N 9. P. 5367–5371. https://doi.org/10.1166/jnn.2009.1114
19. Siuzdak K., Sawczak M., Klein M., Nowaczyk G., Jurga S., Cenian A. Preparation of platinum modified titanium dioxide nanoparticles with the use of laser ablation in water // Physical Chemistry Chemical Physics. 2014. V. 16. N 29. P. 15199–15206. https://doi.org/10.1039/C4CP01923G
20. HORIBA Instruments Incorporated. Fluorolog-3: Operation Manual. 2014.
21. Currie L.A., Svehla G. Nomenclature for the presentation of results of chemical analysis (IUPAC Recommendations 1994) // Pure and Applied Chemistry. 1994. V. 66. N 3. P. 595–608. https://doi.org/10.1351/pac199466030595
22. Lasa H.D., Serrano B., Salaices M. Novel photocatalytic reactors for water and air treatment // Photocatalytic Reaction Engineering. Springer, 2005. P. 17–47. https://doi.org/10.1007/0-387-27591-6_2
23. Maira A.J., Yeung K.L., Lee C.Y., Yue P.L., Chan C.K. Size effects in gas-phase photo-oxidation of trichloroethylene using nanometer-sized TiO2 catalysts // Journal of Catalysis. 2000. V. 192. N 1. P. 185–196. https://doi.org/10.1006/jcat.2000.2838
24. Shih Y.-H., Lin C.-H. Effect of particle size of titanium dioxide nanoparticle aggregates on the degradation of one azo dye // Environmental Science and Pollution Research. 2012. V. 19. N 5. P. 1652–1658. https://doi.org/10.1007/s11356-011-0669-z
25. Rogacheva S.M., Volkova E.V., Otradnova M.I., Gubina T.I., Shipovskaya A.B. Solvent effect on the solid-surface fluorescence of pyrene on cellulose diacetate matrices // International Journal of Optics. 2018. V. 2018. P. 3012081. https://doi.org/10.1155/2018/3012081
26. Tatarinov D., Sokolnikova S., Myslitskaya N. Applying of chitosan-TiO2 nanocomposites for photocatalytic degradation of anthracene and pyrene // Journal of Biomedical Photonics & Engineering. 2021. V. 7. N 1. P. 010301. https://doi.org/10.18287/JBPE21.07.010301
27. Soni H., Kumar N., Patel K., Kumar N.R. Investigation on the heterogeneous photocatalytic remediation of pyrene and phenanthrene in solutions using nanometer TiO2 under UV irradiation // Polycyclic Aromatic Compounds. 2020. V. 40. N 2. P. 257–267. https://doi.org/10.1080/10406638.2017.1411956
28. Soni H., Kumar J.I.N., Patel K., Kumar R.N. Photocatalytic decoloration of three commercial dyes in aqueous phase and industrial effluents using TiO2 nanoparticles // Desalination and Water Treatment. 2016. V. 57. N 14. P. 6355–6364. https://doi.org/10.1080/19443994.2015.1005147
29. Saloot M.K., Borghei S.M., Shirazi R.H.S.M. Evaluation of the photo-catalytic degradation of pyrene using Fe-doped TiO2 in presence of UV // Desalination and Water Treatment. 2019. V. 169. P. 232–240. https://doi.org/10.5004/dwt.2019.24660


Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License
Информация 2001-2021 ©
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики.
Все права защищены.

Яндекс.Метрика