Nghiên cứu về phân hủy quang xúc tác phenol bằng các hạt nano TiO2 và TiO2 được dop Fe(III)

Saeedeh Hemmati Borji1, Simin Nasseri1, Amir Hossein Mahvi1, Ramin Nabizadeh2, Atefeh Javadi3
1Department of Environmental Health Engineering, School of Public Health and Center for Water Quality Research (CWQR), Institute for Environmental Research (IER), Tehran University of Medical Sciences, Tehran, Iran
2Department of Environmental Health Engineering, Tehran University of Medical Sciences, Tehran, Iran
3Nanotechnology department, Engineering Research Institute, Tehran, Iran

Tóm tắt

Trong nghiên cứu này, các hạt nano TiO2 được dop Fe(III) đã được tổng hợp bằng phương pháp sol-gel với hai tỷ lệ nguyên tử Fe/Ti, 0,006 và 0,034%. Sau đó, hoạt tính quang xúc tác của chúng đã được nghiên cứu trên sự phân hủy phenol dưới sự chiếu xạ UV (<380 nm) và ánh sáng nhìn thấy (>380 nm). Kết quả cho thấy rằng ở tỷ lệ nguyên tử Fe so với Ti phù hợp (% 0,034), hoạt tính quang xúc tác của các hạt nano TiO2 dop Fe(III) đã tăng. Bên cạnh đó, ảnh hưởng của các tham số vận hành khác nhau đối với sự phân hủy quang xúc tác, như pH, nồng độ ban đầu của phenol và lượng xúc tác đã được kiểm tra và tối ưu hóa. Tại tất cả các nồng độ ban đầu khác nhau, hiệu suất phân hủy cao nhất xảy ra ở pH = 3 và liều lượng TiO2 dop Fe(III) 0,5 g/L. Khi nồng độ phenol ban đầu tăng lên, hiệu suất phân hủy quang xúc tác giảm. Hoạt tính quang của TiO2 dop Fe(III) dưới ánh sáng UV và ánh sáng nhìn thấy ở điều kiện tối ưu (pH = 3 và liều lượng xúc tác = 0,5 g/L) đã được so sánh với các hạt nano TiO2 P25. Kết quả cho thấy rằng hoạt tính quang của TiO2 dop Fe(III) dưới ánh sáng nhìn thấy cao hơn hoạt tính quang của TiO2 P25, nhưng lại thấp hơn hoạt tính quang của TiO2 P25 dưới ánh sáng UV. Ngoài ra, hiệu suất chiếu xạ UV đơn và lượng phenol hấp thụ trên TiO2 dop Fe(III) trong điều kiện tối đã được nghiên cứu.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

Adan C, Bahamonde A, Fernandez-Garcıa M, Martınez-Arias A: Structure and activity of nanosized iron-doped anatase TiO 2 catalysts for phenol photocatalytic degradation. Appl Catal B 2007, 72: 11–17. 10.1016/j.apcatb.2006.09.018

Laoufi NA, Tassalit D, Bentahar F: The degradation of phenol in water solution by TiO 2 photocatalysis in a helical reactor. Glob Nest J 2008, 10: 404–418.

Sakthivel S, Shankar MV, Palanichamy M, Arabindoo B, Bahnemann DW, Murugesan V: Enhancement of photocatalytic activity by metal deposition: characterisation and photonic efficiency of Pt, Au and Pd deposited on TiO 2 catalyst. Water Res 2004, 38: 3001–3008. 10.1016/j.watres.2004.04.046

Hung WC, Fu SH, Tseng JJ, Chu H, Ko TH: Study on photocatalytic degradation of gaseous dichloromethane using pure and iron Ion-doped TiO 2 prepared by the sol–gel method. Chemosphere 2007, 66: 2142–2151. 10.1016/j.chemosphere.2006.09.037

Zhou M, Yu J, Cheng B, Yu H: Preparation and photocatalytic activity of Fe-doped mesoporous titanium dioxide nanocrystalline photocatalysts. Mater Chem Phys 2005, 93: 159–163.

Yang L, Yu LE, Ray MB: Degradation of paracetamol in aqueous solutions by TiO 2 photocatalysis. Water Res 2008, 42: 3480–3488. 10.1016/j.watres.2008.04.023

Sun L, Li J, Wang CL, Li SF, Chen HB, Lin CJ: An electrochemical strategy of doping Fe(III) into TiO 2 nanotube array films for enhancement in photocatalytic activity. Sol Energy Mater Sol Cells 2009, 93: 1875–1880. 10.1016/j.solmat.2009.07.001

Zhou M, Yu J, Cheng B: Effects of Fe-doping on the photocatalytic activity of mesoporous TiO 2 powders prepared by an ultrasonic method. J Hazard Mater 2006, 137: 1838–1847. 10.1016/j.jhazmat.2006.05.028

Hu X, An T, Zhang M, Sheng G, Fu J: Preparation and photocatalytic activities of Fe +3 doped nanometer TiO 2 composites. Res J Chem Environ 2007, 11: 13–21.

Piera E, Tejedor MIT, Zorn ME, Anderson MA: Relationship concerning the nature and concentration of Fe (III) species on the surface of TiO 2 particles and photocatalytic activity of the catalyst. Appl Catal B 2003, 46: 671–685. 10.1016/S0926-3373(03)00288-1

Zhu J, Zheng W, He B, Zhang J, Anpo M: Characterization of Fe-TiO 2 photocatalysts synthesized by hydrothermal method and their photocatalytic reactivity for photodegradation of XRG dye diluted in water. J Mol Catal A Chem 2004, 216: 35–43. 10.1016/j.molcata.2004.01.008

Li Z, Shen W, He W, Zu X: Effect of Fe-doped TiO 2 nanoparticle derived from modified hydrothermal process on the photocatalytic degradation performance on methylene blue. J Hazard Mater 2008, 155: 590–594. 10.1016/j.jhazmat.2007.11.095

Liu S, Chen Y: Enhanced photocatalytic activity of TiO 2 powders doped by Fe unevenly. Catal Commun 2009, 10: 894–899. 10.1016/j.catcom.2008.12.028

Wade J: An investigation of TiO 2 -ZnFe 2 O 4 nanocomposites for visible light photocatalysis. In MSc Thesis. South Florida University: Electrical Engineering Department; 2005.

Eaton AD, Clesceri LS, Franson MAH: Standard methods for the examination of water & wastewater. Washington DC: American Public Health Association; 2005.

Hong SS, Ju CS, Lim CG, Ahn BH, Lim KT, Lee GD: A photocatalytic degradation of phenol over TiO 2 prepared by sol–gel method. J Ind Eng Chem 2001, 7: 99–104.

Kashif N, Ouyang F: Parameters effect on heterogeneous photocatalysed degradation of phenol in aqueous dispersion of TiO 2 . J Environ Sci 2009, 21: 527–533. 10.1016/S1001-0742(08)62303-7

Chen D, Ray AK: Photocatalytic kinetics of phenol and its derivatives over UV irradiated TiO 2 . Appl Catal B 1999, 23: 143–157. 10.1016/S0926-3373(99)00068-5

Sobczynski A, Duczmal L, Zmudzinski W: Phenol destruction by photocatalysis on TiO 2 : an attempt to solve the reaction mechanism. J Mol Catal A Chem 2004, 213: 225–230. 10.1016/j.molcata.2003.12.006

Mahvi AH, Maleki A, Alimohamadi M, Ghasri A: Photo-oxidation of phenol in aqueous solution: toxicity of intermediates. Korean J Chem Eng 2007, 24: 79–82. 10.1007/s11814-007-5013-4

Guo Z, Ma R, Li G: Degradation of phenol by nanomaterial TiO 2 in wastewater. Chem Eng J 2006, 119: 55–59. 10.1016/j.cej.2006.01.017

Bhatkhande DS, Pangarkar VG, ACM Beenackers A: Photocatalytic degradation for environmental applications-a review. J Chem Technol Biotechnol 2002, 77: 102–116. 10.1002/jctb.532

Akbal F, Onar AN: Photocatalytic degradation of phenol. Environ Monit Assess 2003, 83: 295–302. 10.1023/A:1022666322436

Paz Y: Preferential photodegradation-why and how? C R Chim 2006, 9(5–6):774–787.

Mahvi AH, Ghanbarian M, Nasseri S, Khairi A: Mineralization and discoloration of textile wastewater by TiO 2 nanoparticles. Desalination 2009, 239: 309–316. 10.1016/j.desal.2008.04.002

Shamsun Nahar M, Hasegawa K, Kagaya S: Photocatalytic degradation of phenol by visible light-responsive iron-doped TiO 2 and spontaneous sedimentation of the TiO 2 particles. Chemosphere 2006, 65: 1976–1982. 10.1016/j.chemosphere.2006.07.002