JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY, 2015, Band 89, Nr. 1, p. 133-136
PHOTOCHEMIE UND MAGNETOCHEMIE
UDC 544.526.5+549.514.6.352.26
PHOTOKATALYTISCHE AKTIVITÄT UND SORPTIONSEIGENSCHAFTEN VON CALCIUMMODIFIZIERTEM TITANDIOXID Khalyavka, N. N. Tsyba, S.V. Kamyshan, E.I. Kapinus
Nationale Akademie der Wissenschaften der Ukraine, Institut für Sorption und Probleme der Endoökologie, Kiew
Email: [E-Mail geschützt] Erhalten am 5. Februar 2014
Mesoporöse Proben von Calcium-modifiziertem Titandioxid wurden synthetisiert. Ihre strukturellen, photokatalytischen und Sorptionseigenschaften wurden untersucht. Es wurde festgestellt, dass sich die modifizierten Proben in ihren Eigenschaften und Merkmalen von Titandioxid unterscheiden: Die spezifische Oberfläche und das durchschnittliche Porenvolumen nehmen zu, während der durchschnittliche Porenradius abnimmt; Die photokatalytische und Sorptionsaktivität in Bezug auf Farbstoffe und Bichromatanionen nimmt zu.
Schlüsselwörter: Titandioxid, Calcium, Photokatalyse, Sorption, Farbstoffe, Dichromatanion. DOI: 10.7868/S0044453715010124
Beim photokatalytischen Verfahren zur Reinigung wässriger Lösungen von toxischen Substanzen wird in den meisten Fällen Titandioxid verwendet, das ein billiger und ungiftiger Katalysator ist. Außerdem kann es nach Beendigung der Reaktion leicht durch Filtration oder Zentrifugation von der Lösung abgetrennt werden. Derzeit photokatalytische Methoden zum Entfernen Schadstoffe aus wässrigen Lösungen mit Titandioxid.
Der Hauptnachteil dieses Photokatalysators ist eine unzureichend hohe Aktivität. Es gibt verschiedene Methoden, um seine Photoaktivität zu erhöhen, beispielsweise durch Erhöhen der Adsorption des Substrats oder Erhöhen der kinetischen Geschwindigkeitskonstante. Die Adsorption kann durch Erhöhen der spezifischen Oberfläche, der Monoschichtkapazität und des Porenvolumens erhöht werden, während die kinetische Geschwindigkeitskonstante durch Ladungstrennung und eine Verringerung der Elektron-Loch-Paar-Rekombinationsrate erhöht werden kann.
Ziel der Arbeit ist es, mit Calciumcitrat modifizierte Titandioxidproben zu erhalten und zu untersuchen, die sich durch eine hohe spezifische Oberfläche, mesoporöse Struktur und erhöhte photokatalytische Aktivität bei den Reaktionen der Farbstoffzerstörung und Photoreduktion von Dichromatanionen auszeichnen.
EXPERIMENTELLER TEIL
Zur Gewinnung von mit Calcium modifizierten Titandioxidproben nach der Citratmethode
Anfangsmischungen wurden hergestellt: Polymer Tetrabutoxytitan (IV) (Aldrich) (3 g), Zitronensäure (0,06 g), Glycerin (2 ml) sowie Calciumchloridzusätze - 0,05 g, 0,1, 0,2, 0,5 und 1 g bzw. werden die resultierenden Proben als 1Ca/1O2, 2Ca/1O2, 3Ca/1O2, 4Ca/1O2, 5Ca/1O2 bezeichnet. Um reines Titandioxid zu erhalten, wurde die gleiche Mischung genommen, jedoch ohne Zugabe von Calciumchloridsalz. Dieses Syntheseverfahren macht es einfach, die Verhältnisse der Komponenten in den Proben zu variieren.
Die Mischungen wurden bei 500°C für 2 h in Gegenwart von Luftsauerstoff in einem Muffelofen mit einer Heizrate von 2 K/min kalziniert. Nach dem Abkühlen wurden die resultierenden Pulver sorgfältig gemahlen, bis eine homogene Masse erhalten wurde.
Die Röntgenphasenanalyse wurde auf einem Diffraktometer "DR0N-4-07" (Russland) mit Cu2-Strahlung (mit einer Kupferanode und einem Nickelfilter) im reflektierten Strahl und einer Registrierungsgeometrie nach Brague-Brentano (2© = 10-70°). Die durchschnittliche Kristallitgröße wurde aus der Verbreiterung der intensivsten Bande unter Verwendung der Debye-Scherrer-Gleichung bestimmt: D = 0,9X/(B x cos©), wobei 0,9 eine Konstante ist, X die Wellenlänge, nm. Die Größen der Kristallite wurden aus den intensivsten Peaks bestimmt, die für Anatas charakteristisch sind.
Die spezifische Oberfläche der Proben (05sp) sowie die Porenverteilung wurden mit einem Quantachrom NovaWin2-Gerät bestimmt. Die spezifische Oberfläche der Proben (Ssp) wurde nach der Brunauer-Emmett-Teller (BET)-Methode aus Stickstoff-Sorptions-Desorptions-Isothermen bestimmt. Der Porenradius (R) sowie das Porenvolumen (V) wurden aus den Desorptionsästen der Isothermen nach der Barrett-Joyner-Halenda-Methode berechnet.
KHALYAVKA und andere.
Reis. 1. Diffraktogramme der erhaltenen Proben: 1 - TiO2, 2 - 3Ca/TiO2, 3 - 5Ca/TiO2. Weitere Bezeichnungen siehe Text.
Reis. Abb. 2. Sorptions-Desorptions-Isothermen von Stickstoff, erhalten bei 20°C für Proben: 1 - 5Ca/TiO2, 2 - 4Ca/TiO2, 3 - 3Ca/TiO2, 4 - TiO2.
Die photokatalytische Aktivität wurde am Beispiel von Modellreaktionen der Zerstörung der Farbstoffe Safranin T und Rhodamin sowie der Photoreduktion des Dichromat-Anions in wässrigen Lösungen bei einem Photokatalysatorgehalt von 2 g/L der Lösung untersucht. Die Bestrahlung erfolgte mit einer BUV-30-Quecksilberlampe mit einem Strahlungsmaximum bei 254 nm bei Raumtemperatur in einem zylindrischen Quarzreaktor, der mit einem elektrisch angetriebenen mechanischen Rührer ausgestattet war. Änderungen der Farbstoffkonzentration wurden spektrophotometrisch überwacht (Lambda 35, PerkinElmer Instruments).
DIE DISKUSSION DER ERGEBNISSE
Die Kristallstruktur der Proben wurde mittels Röntgenphasenanalyse untersucht (Abb. 1). Die Röntgenbeugungsmuster aller Proben zeigen intensive, wohldefinierte Reflexionen, die für das Kristallgitter von Anatas (A) charakteristisch sind. Also auf das Beugungsmuster der Dioxidprobe
Tabelle 1. Eigenschaften der Proben
Probe Knospe, m2/g Kav, cm3/g Gav, nm
TiO2 43,4 0,13 5,89
1Ca/TiO2 46,7 0,13 5,4
2Ca/TiO2 71,2 0,14 4,8
3Ca/TiO2 75,3 0,15 4,1
4Ca/TiO2 83,9 0,18 4,25
5Ca/TiO2 76,2 0,19 5
Bezeichnungen: Knospe - spezifische Oberfläche, Usr - durchschnittliches Porenvolumen, gsr - durchschnittlicher Radius.
Titan zeigt das Vorhandensein intensiver Peaks 20 = 25,5, 37,8, 54,0, 55,0, die der Anatasphase zugeschrieben werden (Fig. 1).
Das Papier gibt an, dass in Titandioxid-Pulvern modifiziert mit verschiedenen Ionen Erdalkalimetalle, ist nur die Anatasphase vorhanden, was die Autoren mit dem geringen Gehalt an Modifikatoren in ihren Proben erklären. Im Gegensatz zu dieser Arbeit haben wir in unserem Fall (Abb. 1) auch Peaks 20 = 27,4, 41,2 entdeckt, die zur Rutil (P)-Phase gehören.
Bei den modifizierten Proben werden Peaks bei 20 = 31 beobachtet, die für Brookit (B) charakteristisch sind. Ihre Intensität nimmt mit steigendem Calciumgehalt in den Pulvern zu. Dieselben Peaks wurden von den Autoren für mit Calciumionen modifizierte TiO2-Filme gefunden.
Die mit der Debye-Scherrer-Gleichung berechneten Kristallitgrößen in Titandioxid-Agglomeraten betragen 9 nm, bei modifizierten Proben steigt ihre Größe auf 12,4 nm an, was mit den Literaturangaben übereinstimmt, da die Anwesenheit von Modifikatoren die Kristallisation von Titandioxid und führt zu einer Vergrößerung der Kristallite.
Die Untersuchung der Stickstoff-Sorptions-Desorptions-Isothermen, die bei 20°C für die synthetisierten Proben erhalten wurden, zeigte das Vorhandensein einer Hystereseschleife (Fig. 2), was die mesoporöse Struktur der Pulver anzeigt.
Die spezifische Oberfläche modifizierter Proben verdoppelt sich im Vergleich zu reinem Titandioxid (Tabelle 1). In der Probenreihe von TiO2 bis 5Ca/TiO2 (Tabelle 1) steigt der Wert des mittleren Porenvolumens von 0,13 an
PHOTOKATALYTISCHE AKTIVITÄT
auf 0,19 cm3/g, während der mittlere Porenradius dagegen von 5,89 auf 5 nm abnimmt. Der Bereich der Porengrößenverteilung ist in Abb. 1 dargestellt. 3. Wie zu sehen ist, wird für die 4Ca/TiO2- und 3Ca/TiO2-Proben eine engere Porenverteilung beobachtet als für reines Titandioxid und die Probe mit dem größten Gehalt an Calcium – 5Ca/TiO2.
Um die optimalen Bedingungen für die Zerstörung zu bestimmen giftige Substanzen in wässrigen Lösungen ist es wichtig, die Kinetik ihrer Sorption an Photokatalysatoren zu untersuchen. Es wurde festgestellt, dass das Sorptionsgleichgewicht im Photokatalysator-Safranin T-System in etwa 1 Stunde hergestellt wurde und für die Photokatalysator-Rhodamin- und Photokatalysator-Kaliumbichromat-Systeme in 2 Stunden.
Die durchgeführten Studien haben gezeigt, dass für alle untersuchten Adsorbentien und Adsorptionsmittel die Kurven der Adsorptionskinetik den üblichen glatten Charakter haben: einen glatten Verlauf und kleine Adsorptionswerte (Tabelle 2).
In allen untersuchten Fällen wird die photokatalytische Reaktion zufriedenstellend durch eine kinetische Gleichung erster Ordnung beschrieben.
Um die optimale Menge an Photokatalysator in den untersuchten Reaktionen zu bestimmen, wurde deren Konzentration bei konstanter Substratkonzentration erhöht. Es wurde festgestellt, dass bei einer geringen Konzentration des Photokatalysators (<2 г/л) наблюдается рост констант скорости деструкции красителей и фотовосстановления бихромат-аниона с увеличением содержания фотокатализатора в растворе с последующим выходом на плато при концентрациях фотокатализатора вблизи 2 г/л. Все последующие фотокаталитические реакции проводили при концентрации фотокатализатора 2 г/л.
In der Reihe von 1Ca/TiO2 bis 4Ca/TiO2 zeigt sich eine Zunahme der photokatalytischen Aktivität bei Farbstoffabbaureaktionen (Tabelle 2). So steigt die Geschwindigkeitskonstante des photokatalytischen Abbaus von Safranin T von 3,5 auf 5,7 x 10-4 s-1 und von Rhodamin von 1,7 auf 2,5 x 10-4 s-1. Ähnliche Daten wurden von den Autoren für Proben erhalten
Reis. Abb. 3. Porengrößenverteilung für synthetisierte Proben: 1 - 4Ca/TiO2, 2 - 3Ca/TiO2, 3 - 5Ca/TiO2, 4 - TiO2; r - Porenradius, Ktot. - Gesamtporenvolumen.
mit Calciumionen dotiertes Titandioxid im Sol-Gel-Verfahren und Calciumtitanat in Arbeit.
Außerdem nimmt in der Probenreihe von 1Ca/TiO2 bis 4Ca/TiO2 ihre Sorptionskapazität gegenüber Farbstoffen zu (Tabelle 2), was mit ihren strukturellen Eigenschaften (Tabelle 1) zusammenhängt. Die 5Ca/TiO2-Probe hat im Vergleich zu den 3Ca/TiO2- und 4Ca/TiO2-Pulvern eine deutlich geringere Sorptions- und photokatalytische Aktivität in Bezug auf Farbstoffe.
Bei der Photoreduktion des Dichromat-Anions erwies sich die 5Ca/TiO2-Probe als die photokatalytisch aktivste (kA = 3,9 × 104, s
Tabelle 2. Photokatalytische (k x 104, s 1) und Sorptionsaktivität (Adsorptionswert A, mg/g) von mit Calcium modifizierten Titandioxidproben in Bezug auf Farbstoffe und Dichromatanion
Probe Safranin T Rhodamin-Bichromat-Anion
ky x 10-4, s "1 A x 10 4, mg/g ky x 10-4, s" 1 A x 10 4, mg/g ky x 10-4, s "1 A x 10-6, mg /G
M. L. Belikov, E. P. Lokshin, T. A. Sedneva - 2012
T. A. Khalyavka, T. I. Viktorova, E. I. Kapinus - 2009
Kapinus E.I. - 2012
Titandioxid. Eigenschaften, Anwendung. Wege zu bekommen.
Reines Titandioxid (TiO2) ist ein farbloser kristalliner Feststoff. Obwohl Titandioxid farblos ist, ist es in großen Mengen ein äußerst wirksames weißes Pigment, wenn es gut gereinigt wird. TiO2 absorbiert praktisch kein einfallendes Licht im sichtbaren Spektralbereich. Licht wird durch einen Kristall entweder durchgelassen oder gebrochen oder an Oberflächen reflektiert.
TiO2 ist ein stabiles (das stabilste aller bekannten Weißpigmente), nicht flüchtig, unlöslich in Säuren, Laugen und Lösungen unter normalen Bedingungen. Titandioxid ist sehr reaktiv gegenüber verschiedenen Verbindungen, einschließlich toxischer Verbindungen, die in der Luft enthalten sind. Aufgrund seiner Trägheit ist Titandioxid ungiftig und gilt allgemein als sehr sichere Substanz. Es kann mit verpackten Lebensmitteln in Kontakt kommen und in bestimmten Konzentrationen auch als Lebensmittelfarbe verwendet werden.
TiO2 ist polymorph und kommt in drei kristallinen Hauptformen vor. Es gibt drei Formen, Anatas (Oktaedrit), Rutil und Brookit, wobei letzteres in der Natur selten vorkommt und obwohl diese Form in Laboratorien hergestellt wird, ist sie nicht von kommerziellem Interesse.
Rutildioxid ist etwa 30 % besser in der Lichtstreuung (Deckvermögen) als Anatas, daher wird letzteres viel seltener verwendet. Außerdem ist Anatas weniger witterungsbeständig als Rutil. Anatas schützt das Polymer (Acrylat, Kunststoff) viel schlechter vor UV-Strahlen und führt zu Photokatalyse und Verlust der Polymereigenschaften (Zerstörung, Verblassen, Auskreiden usw. treten auf).
Streukraft
die Fähigkeit eines Pigments, Licht im sichtbaren Teil des Spektrums bestimmter Wellenlängen zu reflektieren. Dieser Indikator für Titandioxid hängt direkt vom Durchmesser der TiO2-Partikel ab. Bei einer Partikelgröße von 0,2 µm ist die Streulichtmenge für alle Wellenlängen maximal. Mit zunehmender Partikelgröße von 0,25 auf 0,3 µm nimmt die Blaulichtstreuung schnell ab. Aber die Streuung von Grün und Rot bleibt praktisch unverändert. Bei einem Partikeldurchmesser von 0,15 µm wird jedoch die maximale Streuung von Blau beobachtet, während die Streuung von Rot und Grün viel geringer ist.
Ölaufnahme
Dies ist die Fähigkeit von Pigmentpartikeln, eine bestimmte Menge Öl auf ihrer Oberfläche zu halten. Sie wird in Gramm pro 100 Gramm Pigment ausgedrückt und liegt normalerweise zwischen 10 und 20.
versteckte Kraft
die Fähigkeit eines Pigments, bei gleichmäßiger Volumenverteilung die Farbe des Ausgangsmaterials unsichtbar zu machen. Die Deckkraft wird in Gramm Pigment ausgedrückt, das erforderlich ist, um die Farbe einer Oberfläche von 1 m2 unsichtbar zu machen. Weiße Pigmente bieten Deckkraft, indem sie Lichtwellen jeder Wellenlänge im sichtbaren Spektrum streuen. Je niedriger dieser Indikator ist, desto niedriger ist die Verbrauchsrate von Titandioxid in der Zusammensetzung.
Farbe
die Eigenschaft von Körpern, je nach spektraler Zusammensetzung und Intensität der von ihnen reflektierten oder emittierten sichtbaren Strahlung einen bestimmten visuellen Eindruck hervorzurufen. Trockenes Titandioxid zeichnet sich durch hohe Helligkeit und Weiße aus, und sein Reflexionsvermögen kommt dem eines idealen Diffusors nahe.
Lichtgeschwindigkeit
die Eigenschaft eines Materials, seine Farbe zu behalten, wenn es Licht ausgesetzt wird. Während des Betriebs verändern Produkte, insbesondere für den Außenbereich, ihre ursprüngliche Farbe unter dem Einfluss von ultravioletten Strahlen des natürlichen Lichts und künstlichen Lichtquellen, die ultraviolette Strahlen abgeben.
Witterungsbeständigkeit
die Eigenschaft von Polymerzusammensetzungen, der zerstörerischen Wirkung von Sonnenlicht, Regen, Frost, Schnee, Wind und anderen atmosphärischen Faktoren (z. B. Gasen und Staub, die die unteren Schichten der Atmosphäre verschmutzen) zu widerstehen.
Eine Oberflächenbehandlung ist notwendig, um die Beständigkeit gegen äußere Einflüsse zu erhöhen. Anorganisch (Al2O3, SiO2) erhöht die Widerstandsfähigkeit von Titandioxidpartikeln gegenüber Säureangriffen, die zur Zerstörung von Pigmentpartikeln führen können. Die organische Verarbeitung verbessert die Verteilung von Pigmentpartikeln im Volumen der Zusammensetzung.
Physikalische Eigenschaften von Titandioxid
Reines Titandioxid ist eine farblose kristalline Substanz, die sich beim Erhitzen gelb verfärbt. In fein verteiltem Zustand ist es ein weißes Pulver. Praktisch unlöslich in Wasser und Mineralsäuren, außer Flusssäure und konzentrierter Schwefelsäure. Schmelzpunkt für Rutil: 1870°C. Siedepunkt für Rutil: 2500°C. Dichte bei 20°C für Rutil: 4,235 g/cm3.
Chemische Eigenschaften von Titandioxid
Titandioxid ist ein amphoteres Oxid, das heißt, es weist sowohl saure als auch basische Eigenschaften auf.
Reagiert langsam mit konzentrierter Schwefelsäure und löst sich darin unter Bildung des entsprechenden Sulfats auf:
TiO2+ 2H2SO4 = Ti(SO4)2 + 2H2O
Außerdem löst sich Titandioxid allmählich in konzentrierten Alkalilösungen, beispielsweise in Natriumhydroxid, und bildet Titanate (Derivate der Titansäure):
TiO2 + 2NaOH = Na2TiO3 + H2O
Beim Erhitzen von Titandioxid in einer Ammoniakatmosphäre entsteht Titannitrid:
4TiO2 + 4NH3 = 4TiN + 6H2O + O2
Mit starken Reduktionsmitteln, beispielsweise Aktivmetallen (Ca, Mg, Na), Kohlenstoff oder Wasserstoff, wird Titandioxid bei hohen Temperaturen zu niederen Oxiden reduziert. Beim Erhitzen mit Kohlenstoff in einer Chloratmosphäre entsteht Titantetrachlorid TiCl4 - diese Technik wird im industriellen Maßstab verwendet, um Titan von verschiedenen Arten von Verunreinigungen zu reinigen.
Toxische Eigenschaften von Titandioxid
Aufgrund seiner chemischen Inertheit ist Titandioxid ein Stoff mit geringem Risiko. Es kann in Form eines Aerosols durch Einatmen oder Verschlucken in den Körper gelangen.
Einsatzbereiche
Farben und Lacke:
dekorative, Baufarben; seidenmatte Dispersionsfarben; glänzende Emulsionsfarben; Grundierungen, Substrate, Spachtelmassen; lösemittelhaltige Farben - glänzend; Pflasterlösungen; Silikatfarben; Beschichtungen für Holzmaterialien; Zementputzmörtel; Industriefarben; Gips auf der Basis von Kunstharzen; Polymerbeschichtungen; Farben für Reparaturarbeiten; feinkörnige Pulverfarben; uv / uv - härtbare Lacke; mit einem Säurehärter gehärtete Farben; Pulverbeschichtungen; Polyurethanbeschichtungen; Epoxidbeschichtungen; Straßenmarkierungsfarben; Farben für Schiffsanstriche; hochgefüllte Farben; galvanische Farben; Druckfarben.
Kunststoffe:
hochfestes Polyvinylchlorid (für Räume); Gummi; Thermoplast; duroplastischer Kunststoff; Kunststoffe auf Basis von ungesättigten Polyestern; Elastomere, Gummi; Bodenbeläge (Linoleum)
Papier und Karton:
Papierhüllen; Hintergrund; Paraffinpapier; buntes Papier
Synthetische Fasern / Stoffe:
zum Mattieren von gezwirnten Fasern
Kosmetika:
Zahnpasta, Seife usw.
Lebensmittelindustrie:
Karamell, Kaugummi, Puderzucker und raffinierter Zucker, Froschschenkel, Hähnchen-, Schweine- und Rinderzunge, Spanferkel, Mehl, Teig, Puderzucker, Marmeladen, Milchshakes, Schafskäse, Molke, Kondensmilch, jeglicher Fisch und Meeresfrüchte usw. d .
Pharmaindustrie:
pigmentiertes Titandioxid, hohe chemische Reinheit, um in der pharmazeutischen Industrie einen hohen Weiß- und Deckeffekt zu erzielen.
Druckertinte:
zur Erhöhung der Witterungsbeständigkeit von Beschichtungen
Katalysator:
Titandioxid kann als Katalysator, als Photokatalysator und als inertes keramisches Basismaterial für aktive Komponenten verwendet werden.
Weitere Einsatzgebiete:
Holzschutz (Verbesserung der Witterungsbeständigkeit durch optische Filterung holzschädlicher Sonnenstrahlung), Füllgummi, Glasemails, Glas und Glaskeramik, Elektrokeramik, Luftreinigung, Schweißpulver, Hartlegierungen, chemische Zwischenprodukte, titandioxidhaltige Materialien, geeignet für hohe Temperaturanwendungen (z. B. Brandschutz von Gebläseöfen), analytische und experimentelle Flüssigkeitschromatographie, dekorativer Beton (zum Aufhellen von Zementfarbe)
Hauptanwendungen von Titandioxid:
Hersteller von Farben und Lacken, insbesondere Titanweiß - 57 % des Gesamtverbrauchs (Rutil-Titandioxid hat höhere Pigmenteigenschaften - Lichtechtheit, Bleichfähigkeit usw.)
Kunststoffproduktion - 21 %
Produktion von laminiertem Papier - 14%
Weitere Anwendungen von Titandioxid liegen in der Herstellung von Gummiprodukten, Glasherstellung (hitzebeständiges und optisches Glas), als Feuerfestmaterial (Beschichtung von Schweißelektroden und Formbeschichtungen), in der Kosmetik (Seife etc.), in der Lebensmittelindustrie (Lebensmittelzusatzstoff E171).
Titandioxid kann zur Herstellung von Sonnenkollektoren verwendet werden, die Sonnenlicht in Strom umwandeln; zur Herstellung von Wasserstoff; im Bereich Elektronik für Pseudokondensatoren etc..
Wie kommt man
Titandioxidpigmente existieren in zwei Formen - Anatas und Rutil und werden nach zwei technologischen Schemata hergestellt: Sulfat- und Chlorverfahren.
Im Vergleich zum Sulfatverfahren ist das Chloridverfahren umweltfreundlicher und perfekter, da das Verfahren kontinuierlich durchgeführt werden kann, was eine vollständige Automatisierung der Produktion impliziert. Es ist jedoch rohstoffselektiv und erfordert aufgrund der Verwendung von Chlor und hohen Temperaturen den Einsatz von korrosionsbeständigen Geräten.
Chlormethode:
Das Chlorverfahren zur Herstellung von Titandioxid besteht darin, dass das Rohmaterial (Halbzeug) Titantetrachlorid ist. Titandioxid kann daraus durch Hydrolyse oder durch Verbrennen bei hoher Temperatur gewonnen werden. Titantetrachlorid wird beim Erhitzen wässriger Lösungen oder in der Gasphase unter Einwirkung von Wasserdampf hydrolysiert.
Sulfatmethode:
Die Produktionstechnologie besteht aus drei Stufen:
Gewinnung von Lösungen von Titansulfat (durch Behandlung von Ilmenitkonzentraten mit Schwefelsäure). Als Ergebnis wird ein Gemisch aus Titansulfat und Eisensulfaten (II) und (III) erhalten, letzteres wird mit metallischem Eisen auf die Oxidationsstufe von Eisen +2 reduziert. Nach Rückgewinnung auf Trommelvakuumfiltern werden Sulfatlösungen vom Schlamm abgetrennt. Eisen(II)sulfat wird in einem Vakuumkristaller abgetrennt.
Hydrolyse einer Lösung von Titansulfatsalzen. Die Hydrolyse erfolgt nach der Methode der Kerneinführung (sie werden durch Ausfällen von Ti (OH) 4 aus Lösungen von Titansulfat mit Natriumhydroxid hergestellt). In der Hydrolysestufe haben die gebildeten Hydrolysatpartikel (Titandioxidhydrate) eine hohe Adsorptionskapazität, insbesondere in Bezug auf Fe3 + -Salze, aus diesem Grund wird in der vorherigen Stufe Eisen zu Eisen reduziert. Durch Variation der Hydrolysebedingungen (Konzentration, Stufendauer, Keimzahl, Acidität etc.) kann je nach Anwendungszweck die Ausbeute an Hydrolysatpartikeln mit gewünschten Eigenschaften erzielt werden.
Wärmebehandlung von Titandioxidhydraten. In diesem Stadium kann durch Variation der Trocknungstemperatur und Zusatzstoffe (z. B. Zinkoxid, Titanchlorid und andere Verfahren) eine Rutilisierung (d. h. die Umwandlung von Titanoxid in eine Rutil-Modifikation) durchgeführt werden verwendet werden Drehtrommelöfen mit einer Länge von 40-60 m. Bei der Wärmebehandlung wird Wasser (Titanhydroxid- und Titanoxidhydrate werden in Form von Titandioxid umgewandelt) sowie Schwefeldioxid verdampft.
Bergbau Titandioxid
In den letzten Jahren ist die Produktion von Titandioxid in China extrem schnell gewachsen.
In Russland wird kein Pigment-Titandioxid hergestellt, sondern technische Qualitäten, die in der Metallurgie verwendet werden. Auf dem Territorium der GUS wird Titandioxid in der Ukraine von den Unternehmen "Sumykhimprom", der Stadt Sumy, "Crimean Titan", der Stadt Armyansk) und KP "Titanium-Magnesium Combine" (Zaporozhye) hergestellt. Das Sumy State Institute of Mineral Fertilizers and Pigments (MINDIP) legt in seinen Forschungsarbeiten besonderes Augenmerk auf Technologien zur Herstellung von Titanoxid (IV) nach der Sulfatmethode: Forschung, Entwicklung neuer Marken, Modernisierung der Technologie und Instrumentierung des Prozesses.
In der Natur sein
In reiner Form kommt es in der Natur in Form der Minerale Rutil, Anatas und Brookit vor (die ersten beiden haben ein tetragonales System, das letzte eine rhombische Syngonie), wobei der Hauptanteil Rutil ist.
Das drittgrößte Rutilvorkommen der Welt befindet sich im Bezirk Rasskazovsky in der Region Tambow. Große Vorkommen befinden sich auch in Chile (Cerro Bianco), der kanadischen Provinz Quebec, Sierra Leone.
In der modernen Welt entwickelt sich die Titanindustrie rasant. Es ist die Quelle der Entstehung einer großen Anzahl von Stoffen, die in verschiedenen Industrien verwendet werden.
Eigenschaften von Titandioxid
Titandioxid hat viele Namen. Es ist ein amphoteres Oxid von vierwertigem Titan. Es spielt eine wichtige Rolle in der Entwicklung der Titanindustrie. Nur fünf Prozent des Titanerzes gehen in die Produktion von Titanoxid.
Es gibt eine Vielzahl von Modifikationen von Titandioxid. In der Natur gibt es Titankristalle, die die Form eines Rhombus oder Vierecks haben.
Die Titandioxid-Formel wird wie folgt dargestellt: TiO2.
Titandioxid wird in verschiedenen Industrien weit verbreitet verwendet. Es ist weltweit als Nahrungsergänzungsmittel wie E-171 bekannt. Diese Komponente hat jedoch eine Reihe von negativen Auswirkungen, die darauf hindeuten können, dass Titandioxid für den menschlichen Körper schädlich ist. Diese Komponente hat bekanntermaßen bleichende Eigenschaften. Dies kann bei der Herstellung von synthetischen Waschmitteln gut sein. Der Schaden dieses Nahrungsergänzungsmittels für den menschlichen Körper ist eine Bedrohung für Leber und Nieren.
In der Lebensmittelindustrie besteht die Möglichkeit einer Schädigung durch Titandioxid. Bei übermäßigem Gebrauch können Produkte einen unerwünschten Farbton annehmen, der die Verbraucher nur abstößt.
Titandioxid hat eine ziemlich geringe Toxizität.
Es kann giftig werden, wenn es mit anderen Komponenten eines Produkts in Wechselwirkung tritt. Die Verwendung von Produkten mit einem hohen Gehalt an Giftstoffen kann zu Vergiftungen oder sogar zum Tod führen. Daher ist es sehr wichtig zu wissen, bei welchen Elementen Titanoxid nicht verwendet werden sollte.
Eigenschaften von Titandioxid
Titandioxid hat eine Vielzahl von Eigenschaften, die für es charakteristisch sind. Sie bestimmen die Möglichkeit seines Einsatzes in verschiedenen Branchen. Titandioxid hat folgende Eigenschaften:
- ausgezeichneter Aufhellungsgrad verschiedener Arten von Materialien,
- interagiert gut mit Substanzen, die einen Film bilden sollen,
- Beständigkeit gegen hohe Feuchtigkeit und Umgebungsbedingungen,
- geringe Toxizität,
- hohe Beständigkeit aus chemischer Sicht.
Titandioxid gewinnen
Weltweit werden jährlich mehr als fünf Millionen Tonnen Titandioxid produziert. Vor kurzem wurde seine Produktion von China stark erhöht. Weltweit führend bei der Gewinnung dieser Substanz sind die USA, Finnland und Deutschland. Es sind diese Staaten, die große Chancen haben, diese Komponente zu erhalten. Sie exportieren es in verschiedene Länder der Welt.
Titandioxid kann durch zwei Hauptmethoden erhalten werden:
1. Herstellung von Titandioxid aus Ilmenitkonzentrat.
In Produktionsbetrieben wird der Prozess zur Gewinnung von Titanoxid daher in drei Stufen unterteilt. Im ersten werden Ilmenitkonzentrate mit Schwefelsäure verarbeitet. Dadurch entstehen zwei Komponenten Eisensulfat und Titansulfat. Es führt dann eine Erhöhung des Eisenoxidationsniveaus durch. Sulfate und Schlamm werden in speziellen Filtern abgeschieden. In der zweiten Stufe wird die Hydrolyse von Sulfatsalzen von Titan durchgeführt. Die Hydrolyse wird unter Verwendung von Kernen aus Sulfatlösungen durchgeführt. Als Ergebnis werden Titanoxidhydrate gebildet. In der dritten Stufe werden sie auf eine bestimmte Temperatur erhitzt.
2. Herstellung von Titandioxid aus Titantetrachlorid.
Bei dieser Art der Gewinnung einer Substanz werden drei Methoden vorgestellt:
- Hydrolyse wässriger Lösungen von Titantetrachlorid,
- Dampfphasenhydrolyse von Titantetrachlorid,
- Wärmebehandlung von Titantetrachlorid.
Tisch. Hersteller von Titandioxid.
| Unternehmen | Produktionsvolumen, Tausend Tonnen |
|---|---|
| DuPont Titanium-Technologien | 1150 |
| National Titanium Dioxide Co. | n / A |
| GmbH. (Kristall) | 705 |
| Huntsman-Pigmente | 659 |
| Tronox Inc. | 642 |
| Kronos Worldwide Inc. | 532 |
| Sachtleben Chemie GmbH | 240 |
| Ishihara Sangyo Kaisha Ltd | 230 |
In der modernen Welt wird Titanoxid in verschiedenen Branchen aktiv eingesetzt.
Die Anwendung von Titandioxid hat Folgendes:
- Herstellung von Farben und Lackprodukten. Titanweiß wird in den meisten Fällen auf Basis dieser Komponente hergestellt.
- Verwendung bei der Herstellung von Kunststoffmaterialien.
- Herstellung von laminiertem Papier,
- Herstellung von dekorativen Kosmetikprodukten.
Titanoxid hat auch in der Lebensmittelindustrie breite Anwendung gefunden. Hersteller fügen es ihren Produkten als eine der Komponenten von Lebensmittelfarbstoffen hinzu. In Lebensmitteln ist es praktisch nicht zu spüren. Hersteller fügen es in minimalen Mengen hinzu, damit ihre Produkte besser gelagert werden und ein attraktives Aussehen haben.
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Zusammenfassung – Die Sorptionsaktivität von Titandioxid, erhalten durch Hydrolyse des TiCl4-Salzes (Probe S0), in Bezug auf doppelt geladene Eisen-, Nickel- und Mangankationen wurde nach Behandlung einer TiO2-Suspension mit einem konstanten elektrischen Feld in einem Medium untersucht, das dies nicht tat das Ionengleichgewicht H+–OH– verschieben: destilliertes Wasser (Proben S1, S2, S3) und 0,2 N Kochsalzlösung (Proben S4, S5, S6). Durch Eintauchen flacher Titanelektroden in eine Titandioxid-Suspension (l = 120 mm) und Anlegen einer Spannung von 200 V wurde ein konstantes elektrisches Feld erzeugt. Nach der Behandlung mit einem elektrischen Feld wurden Titandioxid-Proben in drei Teile geteilt und Proben entnommen Elektrodenzwischenraum (S1, S4), sowie an positiv (S2, S5) und negativ (S3, S6) geladenen Elektroden. Es zeigt sich, dass Titandioxidproben, die an verschiedenen Stellen der TiO2-Suspension entnommen wurden, unterschiedliche Eigenschaften hinsichtlich der Sorption von doppelt geladenen Eisen-, Mangan- und Nickelkationen aufweisen. Es wurde festgestellt, dass die Abnahme der Konzentration von Verunreinigungsionen im Durchschnitt: für unbehandeltes TiO2 (SO) um das 2,4-fache; für Verarbeitung in destilliertem Wasser: S1 in 4.1; S2 - 3,5; S3 - 3,4 mal; für in Kochsalzlösung behandeltes Titandioxid: S4 in 4.7; S5 - 3,5 S6 - 3,4 mal. Die Zunahme der Sorptionsaktivität von Titandioxid nach Einwirkung eines konstanten elektrischen Feldes wird durch die Umverteilung der Konzentration funktioneller Gruppen auf der Oberfläche von TiO2 erklärt. Der Gehalt an Verunreinigungen von doppelt geladenen Metallkationen wurde unter Verwendung von photokolorimetrischen Standardtechniken analysiert.
Titandioxid
Polarisation
Schwermetalle
Sorptionskapazität
IR-Spektren
Absorptionsband
Gleichspannung
Elektrode
Streck- und Biegeschwingungen
1. GOST 4011-72. Wasser trinken. Methoden zur Messung der Massenkonzentration von Gesamteisen.
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Die Möglichkeit der Verwendung von Titandioxid als Reagenz zum Konzentrieren und Extrahieren von Verunreinigungen aus Wasser wurde in letzter Zeit immer aktiver untersucht. Titandioxid ist eine chemisch inerte Substanz; um seine Sorptionsfähigkeiten zu realisieren, ist eine vorherige Aktivierung der Oberfläche erforderlich, indem aktive funktionelle Gruppen darauf erzeugt werden. Es gibt bekannte Verfahren zur Aktivierung von TiO2 durch Behandlung mit Säuren und Laugen oder durch Aufbringen von komplexbildenden Gruppen auf seine Oberfläche. Eine weitere Richtung bei der Aktivierung der TiO2-Oberfläche ist ihre Behandlung mit elektrophysikalischen Methoden: Bestrahlung mit einem Elektronenstrahl, Ultraschall- und/oder Funkenbehandlung und andere Arten der Bestrahlung. Eine vielversprechende Richtung zur Aktivierung der Titandioxidoberfläche besteht darin, ein konstantes elektrisches Feld an sie anzulegen, aber dieser Prozess wurde nicht detailliert genug untersucht.
Das Ziel dieser Arbeit ist die Bildung von funktionellen Gruppen auf der Oberfläche von Titandioxid, die bezüglich der Sorption von löslichen Metallionen aktiv sind, indem es mit einem konstanten elektrischen Feld in destilliertem Wasser und in einer Natriumchloridlösung behandelt wird.
Experimentelle Methoden und Eigenschaften des Untersuchungsgegenstandes
Wir verwendeten Titandioxidpulver, das durch Hydrolyse des TiCl4-Reagenzes, gefolgt von Calcinierung bei 600°C, erhalten wurde.
Als Medium während der Behandlung mit konstantem elektrischem Feld wurden destilliertes Wasser (Referenzmedium) und 0,2 N NaCl-Lösung gewählt, die zu keiner pH-Änderung führen.
Bei der Durchführung der Arbeiten wurde mittels In(IRS) die Art der funktionellen Gruppen auf der Oberfläche von Titandioxid bestimmt (IR-Fourier-Spektrophotometer Nicolet 5700). Die Identifizierung von funktionellen Gruppen, die mit der Absorption im IR-Spektrum assoziiert sind, wurde anhand von Literaturdaten durchgeführt. Die quantitative Bestimmung des Gehalts an löslichen Verunreinigungen von Fe(II)-, Mn(II)- und Ni(II)-Ionen in Wasser wurde unter Verwendung von photokolorimetrischen Standardtechniken (KFK-3-01-Photometer) durchgeführt. Ein konstantes elektrisches Feld wurde erzeugt, indem flache Titanelektroden der Marke VT-1.0 (Abstand zwischen den Elektroden l = 12 cm, U = 200 V) an eine Labor-Gleichspannungsquelle "Instek" angeschlossen wurden. Die Behandlung von Suspensionen von Titandioxid in Wasser und in Kochsalzlösung wurde im Ultraschallbad (22 kHz, 0,15 W/cm2) durchgeführt.
Forschungsergebnisse und Diskussion
Nach Rühren der Suspension mit Ultraschall (10 min) in destilliertem Wasser und Aussetzen an ein konstantes elektrisches Feld (30 min) wurde eine Titandioxidprobe aus der Mitte des Zwischenelektrodenraums (Probe S1, Tabelle 1) entnommen, getrocknet und das IR-Transmissionsspektrum wurde im Bereich von 400–4000 cm -1 (Abbildung, a) aufgenommen, indem die Probe in Kaliumbromid gedrückt wurde.
Das IR-Absorptionsspektrum dieser Probe ist durch ein breites Band ν (Ti = O) mit einem Maximum bei 697 cm-1 und einer Absorptionskante gleich 719 cm-1 gekennzeichnet. Diese Bande überlappt mit der Absorptionsbande ν (Ti-O) = 1024-1030 cm-1. Das Spektrum hat eine Absorptionsbande δ (H-O-H) = 1628, 1696 cm-1. Im Spektralbereich 1700-2500 cm-1 werden keine anderen Banden beobachtet. Das Spektrum enthält eine breite Absorptionsbande ν (O-H) mit einem Maximum bei 3383 cm-1, die bei ν (O-H) = 3700 cm-1 endet. Die Intensität der Absorptionsbande ν (Ti = O) beträgt 88 % und ν (O-H) beträgt 43 %.
Gleichzeitig unterscheidet sich das IR-Transmissionsspektrum von Titandioxid, das von einer positiv geladenen Elektrode aufgenommen wurde (Probe S2, Tabelle 1), deutlich von den vorherigen Spektren (Abbildung, b). Das Maximum der Absorptionsbande ν (Ti = O) = 532 cm-1, die Kante dieser Bande wird bei 710 cm-1 beobachtet und fällt praktisch mit den vorherigen Spektren zusammen. Im ν (Ti-O)-Bereich mit einem Maximum bei 1011 cm-1 gibt es eine intensivere Absorptionsbande, und im δ (H-O-H)-Bereich wird eine Doppelbande bei 1627, 1680 cm-1 beobachtet. Im Wellenlängenbereich von 1800–2500 cm –1 wurde keine merkliche Absorption festgestellt. Gleichzeitig ist ν (O-H) mit einem Maximum bei 3382 cm-1 deutlich intensiver im Vergleich zu den vorherigen Spektren: Die Absorption in dieser Bande nimmt bei ν (O-H) = 3700 cm-1 ab. Wenn die Intensität der Bande ν (Ti = O) 89,5 % beträgt, beträgt ν (O-H) 49,0 %.
Eine in destilliertem Wasser behandelte Titandioxidprobe, die in der Nähe der negativ geladenen Elektrode genommen wurde (Probe S3, Tabelle 1), hat nach dem Trocknen ein ähnliches IR-Transmissionsspektrum wie Probe S1. Die Intensität der Absorptionsbande ν (Ti = O) beträgt ebenfalls 88 % und die Intensität ν (O-H) nur 26 %.
Um die Struktur der Oberfläche von Titandioxid zu vergleichen, das mit einem konstanten elektrischen Feld in destilliertem Wasser behandelt wurde, wurde eine TiO2-Probe einer Behandlung mit einem konstanten elektrischen Feld in einer 0,2 N NaCl-Lösung unterzogen. Probenproben wurden auf ähnliche Weise entnommen: aus der Mitte des Zwischenelektrodenraums, in der Nähe der positiv und negativ geladenen Elektroden (Proben S4, S5 bzw. S6, Tabelle 1).
Das Maximum der Absorptionsbande ν (Ti = O) der Probe S4 beträgt 700 cm-1, die Kante ihrer Absorptionsbande entspricht 710 cm-1. Als Knick erscheint eine breite unaufgelöste Bande im Bereich von 950–1200 cm–1. Das Spektrum hat eine Absorptionsbande δ (H-O-H) mit zwei Maxima: 1620 (intensiver) und 1680 cm-1. Es gibt schwache Absorptionsbanden im Bereich 1680–2600 cm –1 . Eine breite Bande ν (O-H) wird im Bereich von 2600-3700 cm-1 mit einem Maximum bei 3454 cm-1 beobachtet. Der Absolutwert der Intensität der Banden ν (Ti = O) beträgt 77 % und ν (O-H) - 35 %.
Nahe der positiv geladenen Elektrode entnommenes Titandioxid (Probe S5, Tabelle 1) hat eine Absorptionsbande ν (Ti = O) = 656 cm-1 (Maximum), die Kante dieser Bande ist 704 cm-1. Die unaufgelöste Bande ν (Ti-O) hat eine Breite von 970-1170 cm-1. Die Absorptionsbande δ (H-O-H) ist durch drei Maxima gekennzeichnet: 1627 (Maximum), 1644 und 1660 cm-1. Es gibt auch schwache Absorptionsbanden im Bereich von 1880 bis 2580 cm-1. Eine breite Bande ν (O-H) wird im Bereich von 2600-3700 cm-1 mit einem Maximum bei 3340 cm-1 beobachtet. Die Intensität der Absorptionsbande ν (Ti = O) beträgt 88 % und die der Bande ν (O-H) 37 %.
Titandioxid, das sich in der Nähe der negativ geladenen Elektrode (Probe S6, Tabelle 1) befindet, weist hinsichtlich der Spektraleigenschaften signifikante Unterschiede zu allen zuvor betrachteten Proben auf. Die Absorptionsbande ν (Ti = O) hat ein Maximum von 560 cm-1 mit einer Kante im Bereich von 732 cm-1. Die unaufgelöste Bande ν (Ti-O) ist durch eine größere Breite von 940-1160 cm-1 gekennzeichnet. Die Absorptionsbande δ (H-O-H) hat zwei Maxima: 1635 (größer) und 1650 cm-1. Es gibt schwache Absorptionsbanden im Bereich von 1870 bis 2250 cm-1. Eine breite Bande δ (H-O-H) wird im Bereich von 2600-3700 cm-1 mit einem Maximum bei 3450 cm-1 beobachtet. Die Intensität der Absorptionsbande ν (Ti = O) beträgt 82 % und - ν (O-H) beträgt 37 %.
ein b 
IR-Transmissionsspektrum einer TiO2-Probe aus der Mitte des Elektrodenzwischenraums, behandelt mit einem konstanten elektrischen Feld: a - in destilliertem Wasser; b - in Natriumchloridlösung
Tabelle 1
Titandioxid-Proben, die einer Ultraschallbehandlung und einem konstanten elektrischen Feld in verschiedenen Elektrolyten unterzogen wurden
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Probenbezeichnung |
Verarbeitungsumgebung |
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Probe S0 |
Wurde nicht bearbeitet |
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Probe S1 |
Destilliertes Wasser (Zwischenelektrodenraum) |
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Probe S2 |
Destilliertes Wasser (an der positiv geladenen Elektrode) |
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Probe S3 |
Destilliertes Wasser (an der negativ geladenen Elektrode) |
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Probe S4 |
Kochsalzlösung (Elektrodenabstand) |
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Probe S5 |
Kochsalzlösung (an der positiv geladenen Elektrode) |
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Probe S6 |
Kochsalzlösung (an der negativ geladenen Elektrode) |
Die Sorptionseigenschaften von Titandioxid, das mit einem konstanten elektrischen Feld in destilliertem Wasser und Natriumchloridlösung behandelt wurde, wurden unter Verwendung von Modelllösungen zweiwertiger Metallionen untersucht: Fe – 3,00 mg/l, Ni und Mn – 1,00 mg/l. Als Referenzprobe wurde Titandioxid verwendet, das keiner weiteren Bearbeitung unterzogen wurde (Probe S0, Tabelle 1).
Die Sorption wurde unter statischen Bedingungen durchgeführt, indem 0,2-g-Proben Titandioxid (Tabelle 1) in 100 ml Modelllösungen gegeben wurden, die durch Auflösen genau abgewogener Portionen von Nickel-, Eisen- und Mangansulfaten hergestellt wurden. Die Konzentration an löslichen Eisen(II)-, Mangan(II)- und Nickel(II)-Ionen nach der Sorption wurde unter Verwendung von photokolorimetrischen Standardtechniken überwacht. Die Genauigkeit der Experimente wurde durch die Erstellung von Eichkurven und die statistische Verarbeitung der erhaltenen Daten mit einer Wahrscheinlichkeit von P = 0,95 sichergestellt: für Eisen - im Konzentrationsbereich von 0,01 bis 3,00 mg/l, für Mangan und Nickel - von 0,005 bis 1,000 mg/l.
Die Ergebnisse der Bestimmung der Konzentration löslicher Metallionen in Modelllösungen nach Sorption durch Titandioxid (Probe S0) und Proben, die durch Behandeln von TiO2 mit einem konstanten elektrischen Feld in destilliertem Wasser (Proben S1, S2, S3) und Natriumchloridlösung (Proben S4, S5, S6) sind in den Tabellen angegeben: 2 - Eisenionen, 3 - Mangan, 4 - Nickel.
Gemäß den Daten der Tabellen 2–4 wurde festgestellt, dass die Wirkung eines konstanten elektrischen Felds auf das Titandioxid-Reagenz seine Sorptionseigenschaften signifikant beeinflusst. Titandioxidproben, die sich in der Nähe einer positiv geladenen Elektrode befinden, verringern die Konzentration von Eisen-, Mangan- und Nickelionen stärker als Proben, die sich in der Nähe einer negativ geladenen Elektrode befinden.
Die maximale Abnahme der Konzentration an Eisenverunreinigungen wurde für Probe S4 beobachtet: von 3,00 auf 0,54 mg/l, die minimale – für Probe S3 – auf 1,73 mg/l (Tabelle 2).
Verunreinigungen mit Mangan- und Nickelionen reduzierten Probe S1 effektiver von 1,00 auf 0,19 bzw. 0,20 mg/l und minimal - Probe S0: bis zu 0,53 für Manganionen und bis zu 0,50 mg/l für Nickelionen (Tabelle 3-4 ).
Tabelle 2
Tisch 3
So ist die Abnahme der Konzentration löslicher Verunreinigungen von Eisen-, Mangan- und Nickelionen nach ihrer Sorption unter Verwendung des anfänglichen Titandioxids und der mit einem konstanten elektrischen Feld behandelten Proben in destilliertem Wasser und Kochsalzlösung gemittelt: für unbehandeltes TiO2 (S0) - 2 , 4 mal; für Verarbeitung in destilliertem Wasser: S1 - in 4.1; S2 - 3,5; S3 - 3,4 mal; für in Natriumchloridlösung behandeltes Titandioxid: S4 - in 4.7; S5 - 3,5 S6 - 3,4 mal.
Tabelle 4
Die besten Ergebnisse bei der Wasserreinigung von löslichen Eisen(II)-Verunreinigungen wurden unter Verwendung von unbehandeltem Titandioxid durch ein konstantes elektrisches Feld und einer Elektrolytlösung als Sorptionsmittel (Kontaktzeit – 20 min) erzielt. Nach 60 min Sorption sank die Konzentration an Eisen(II)-Ionen auf das Maximum von 3,00 auf 1,73 mg/l bei Probe S5 (Tabelle 1), aber bereits nach 24 Stunden wurden die besten Ergebnisse bei Probe S4 (Tabelle 1) erzielt ). ).
Die Untersuchung des Prozesses der Sorption von Mangan(II)-Ionen zeigte, dass nach 20-minütiger Sorption die besten Ergebnisse für die Proben S1 und S4 erzielt wurden: Die Verunreinigungskonzentration nahm von 1,00 auf 0,31 mg/l ab. Nach einer Stunde Sorption wurde die maximale Abnahme der Konzentration an Verunreinigungen für Probe S4 aufgezeichnet: Die Konzentration sank auf 0,21 mg/l. Bei einer Verlängerung der Sorptionszeit auf 24 Stunden wurde bei Probe S1 die maximale Abnahme der Verunreinigungskonzentration auf 0,19 mg/L festgestellt.
Die Konzentration löslicher Verunreinigungen von Nickel(II)-Ionen nach 20-minütiger Sorption an Probe S4 sank auf das Maximum von 1,00 auf 0,39 mg/l, und nach 60-minütiger Sorption wurde an derselben Probe die maximale Abnahme der Verunreinigungen beobachtet - 0,37 mg/l, dh die maximale Sorption trat an mit Natriumchloridlösung behandeltem Titandioxid auf. Nach 24 Stunden Sorption sank die Konzentration der Verunreinigungen in Gegenwart der Probe S1 auf das Maximum (auf 0,20 mg/l).
Die Behandlung mit einem konstanten elektrischen Feld führt zu einer Polarisation von TiO2-Partikeln und funktionellen Gruppen auf ihrer Oberfläche. Durch Einwirkung eines elektrischen Feldes werden Titandioxidpartikel in Fraktionen getrennt, die unterschiedliche Sorptionseigenschaften gegenüber löslichen Verunreinigungen aus Eisen-, Mangan- und Nickelkationen aufweisen. Die Einwirkung eines konstanten elektrischen Feldes führt zu einer Umverteilung der Konzentration funktioneller Gruppen auf der Oberfläche von Titandioxid.
1. Die Behandlung von durch Hydrolyse von TiCl4 erhaltenem Titandioxid durch ein konstantes elektrisches Feld führt zu seiner Trennung in Fraktionen, die sich in ihrer Sorptionsaktivität in Bezug auf lösliche Verunreinigungen von Eisen (II)-, Mangan (II)- und Nickel (II)-Ionen unterscheiden ist mit einer Änderung des Gehalts bestimmter funktioneller Gruppen auf der Oberfläche von Titandioxid verbunden.
2. In Medien, die das Ionengleichgewicht H+-OH- nicht verschieben, wurden die besten Ergebnisse zur Sorption von Eisen(II)-Ionen an einer Titandioxidprobe erhalten, die mit einem konstanten elektrischen Feld in einer Natriumchloridlösung behandelt und aus der entnommen wurde Zwischenelektrodenraum (S4): Die Konzentration sank von 3,00 auf 0,54 mg/l (5,6-fach).
3. Mangan(II)-Ionen wurden besser von einer Titandioxidprobe sorbiert, die einem konstanten elektrischen Feld in destilliertem Wasser ausgesetzt und auch aus dem Zwischenelektrodenraum (S1) entnommen wurde: Verringerung der Konzentration von 1,00 auf 0,19 mg/l (in 5,3-fachen ).
4. Eine Titandioxidprobe, die mit einem konstanten elektrischen Feld in destilliertem Wasser behandelt und in der Mitte des Zwischenelektrodenraums (S1) entnommen wurde, führte zur maximalen Abnahme der Konzentration von Nickel(II)-Ionen: von 1,00 auf 0,20 mg /l (5 mal) .
Rezensenten:
Kozik V.V., Doktor der Technischen Wissenschaften, Professor, Leiter der Abteilung für Anorganische Chemie, Staatliche Nationale Forschungsuniversität Tomsk, Tomsk;
Vereshchagin V.I., Doktor der Technischen Wissenschaften, Professor der Abteilung für Technologie von Silikaten und Nanomaterialien, Nationale Forschungspolytechnische Universität Tomsk, Tomsk.
Die Arbeit ist am 27. Mai 2013 bei der Redaktion eingegangen.
Bibliographischer Link
Smirnova V.V., Ilyin A.P. EINFLUSS EINES ELEKTRISCHEN KONSTANTEN FELDES AUF DIE SORPTIONSEIGENSCHAFTEN VON TITANDIOXID // Grundlagenforschung. - 2013. - Nr. 6-6. - S. 1366-1371;URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=31742 (Zugriffsdatum: 01.02.2020). Wir machen Sie auf die Zeitschriften des Verlags "Academy of Natural History" aufmerksam