Влияние количества поливинилпирролидона на особенности формирования, адсорбционные и фотокаталитические свойства нанокомпозитов ZnO–Zn3(VO4)2

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В работе полимерно-солевым методом синтезированы нанокомпозиты ZnO–Zn3(VO4)2 и исследованы их кристаллическая структура, морфология, адсорбционные и фотокаталитические свойства. Установлено, что полученные пористые оксидные композиты обладают фотокаталитическими свойствами и состоят из нанокристаллов ZnO и Zn3(VO4)2, имеющих размер 20–40 нм. Кинетика адсорбции молекул органического красителя из водных растворов на поверхность нанокомпозитов описывается уравнением псевдовторого порядка. Установлено, что увеличение содержания в исходных золях поливинилпирролидона с 14.9 до 47.2 мас.% приводит к уменьшению размера формирующихся кристаллов ZnO и повышению скорости фотокаталитического разложения красителя. Показано, что кинетика фотокаталитического разложения в растворе красителя Chicago Blue Sky хорошо описывается уравнениями псевдопервого и псевдовторого порядков. Синтезированные пористые нанокомпозиты перспективны для применения в фотокаталитических системах очистки воды от органических загрязнений.

Об авторах

М. А. Гаврилова

Санкт-Петербургский государственный технологический институт (Технический университет)

Email: amonrud@yandex.ru
Московский пр., 24–26, Санкт-Петербург, 190013 Россия

Д. А. Гаврилова

Санкт-Петербургский государственный технологический институт (Технический университет)

Московский пр., 24–26, Санкт-Петербург, 190013 Россия

С. К. Евстропьев

Санкт-Петербургский государственный технологический институт (Технический университет); Университет ИТМО; НПО ГОИ им. С. И. Вавилова

Московский пр., 24–26, Санкт-Петербург, 190013 Россия; Кронверкский пр., 49, Санкт-Петербург, 197101 Россия; ул. Бабушкина, 36, Санкт-Петербург, 192171 Россия

Список литературы

  1. Lee K.M., Lai W., Ngai K.S. et al. Recent Development of Zinc Oxide Based Photocatalyst in Water Treatment Technology: A review // Water Res. 2016. V. 88. P. 428–448. https://doi.org/10.1016/j.watres.2015.09.045
  2. Vela N., Calín M., Yáñez-Gascón M.J. et al. Photocatalytic Oxidation of six Endocrine Disruptor Chemicals in Wastewater Using ZnO at Pilot Plant Scale Under Natural Sunlight // Environ. Sci. Pollution Res. 2018. V. 25. P. 34995–35007. https://doi.org/10.1007/s11356-018-1716-9
  3. Mohammad A., Kapoor K., Mobin S.M. Improved Photocatalytic Degradation of Organic Dyes by ZnO-nanoflowers // Chem. Select. 2016. V. 1. № 13. P. 3483–3490. https://doi.org/10.1002/slct.201600476
  4. Aliaga J., Cifuentes N., González G. et al. Enhancement Photocatalytic Activity of the Heterojunction of Two-dimensional Hybrid Semiconductors ZnO/V2O5 // Catalysts. 2018. V. 8. № 9. 374. https://doi.org/10.3390/catal8090374
  5. Benavente E., Navas D., Devis S. et al. Composites of Laminar Nanostructured ZnO and VOx-nanotubes Hybrid as Visible Light Active Photocatalysts // Catalysts. 2018. V. 8. № 2. 93. https://doi.org/10.3390/catal8020093
  6. Yin H., Yu K., Hu J. et al. Novel Photoluminescence Properties and Enhanced Photocatalytic Activities for V2O5-loaded ZnO Nanorods // Dalton Trans. 2015. V. 0. P. 4671–4678. https://doi.org/10.1039/C5DT00015G
  7. Saravanan R., Gupta V.K., Mosquera E. et al. Preparation and Characterization of V2O5/ZnO Nanocomposites System for Photocatalytic Application // J. Mol. Liquids. 2014. V. 198. P. 409–412. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2014.07.030
  8. Zhou J., Ou K., Zhang W. et al. Preparation of ZnxVyO/ZnO Heterojunction for Enhanced Photocatalytic Activity // Thin Solid Films. 2023. V. 778. 139890. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2023.139890
  9. Wang Z., Huang B., Dai Y. et al. Highly Photocatalytic ZnO/In2O3 Heterostructures Synthesized by a Coprecipitation Method // J. Phys. Chem. C. 2009. V. 113. № 1. P. 4612–4617. https://doi.org/10.1021/jp8107683
  10. Sajid M.M., Khan S.B., Shad N.A. et al. Synthesis of Zn3(VO4)2/BiVO4 Heterojunction Composite for the Degradation of Methelene Blue Organic Dye and Electrochemical Detection of H2O2 // RSC Adv. 2018. V. 8. P. 35403–35412. https://doi.org/10.1039/c8ra07320a
  11. Vempati S., Mitra J., Dawson P. One-Step Synthesis of ZnO Nanosheets: a Blue-White Fluorophore // Nanoscale Res. Lett. 2012. V. 7. 470. https://doi.org/10.1186/1556-276X-7-470
  12. Chen D., Wang Z., Ren T. Influence of Defects on the Photocatalytic Activity of ZnO // J. Phys. Chem. C. 2014. V. 118. P. 15300–15307. https://doi.org/10.1021/jp5033349
  13. Wang X., Ahmad M., Sun H. Three-Dimensional ZnO Hierarchical Nanostructures: Solution Phase Synthesis and Applications // Materials. 2017. V. 10. № 11. 1304. https://doi.org/10.3390/ma10111304
  14. Gavrilova M.A., Gavrilova D.A., Evstropiev S.K. et al. Porous Ceramic ZnO Nanopowders: Features of photoluminescence, adsorption and Photocatalytic Properties // Ceramics. 2023. V. 6. № 3. P. 1667–1681. https://doi.org/10.3390/ceramics6030103
  15. Cheng G., Chen J., Ke H. et al. Synthesis, Characterization and Photocatalysis of SnO2 Nanorods with Large Aspect Ratios // Mater. Lett. 2011. V. 65. № 21–22. P. 3327–3329. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2011.07.036
  16. Amano F., Nogami K., Tanaka M. et al. Correlation Between Surface Area and Photocatalytic Activity for Acetaldehyde Decomposition Over Bismuth Tungstate Particles with a Hierarchical Structure // Langmuir. 2010. V. 26. № 10. P. 7174–7180. https://doi.orrg/10.1021/la904274c
  17. Zhang X., Qin J., Xue Y. et al. Effect of Aspect Ratio and Surface Defects on the Photocatalytic Activity of ZnO Nanorods // Sci. Rep. 2014. V. 4. 4596. https://doi.org/10.1038/srep04596
  18. Tian C., Zhao H., Sun H. et al. Enhanced Adsorption and Photocatalytic Activities of Ultrathin Graphitic Carbon Nitride Nanosheets: Kinetics and Mechanism // Chem. Eng. J. 2020. V. 381. 122760. https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.122760
  19. Kakhki R.M., Ahsani F. New and Effective ZnO and Zn3(VO4)2 Visible Photocatalysts with Enhanced Photocatalytic Performance // J. Mater. Sci.: Mater. Electron. 2018. V. 29. P. 3767–3774. https://doi.org/10.1007/s10854-017-8311-6
  20. Бакина О.В., Чжоу В.Р., Иванова Л.Ю. и др. Оценка содержания металлического серебра в наночастицах ZnO–Ag на их фотохимическую и антибактериальную активность // Журн. неорган. химии. 2023. Т. 68. № 3. С. 401–410. https://doi.org/10.31857/S0044457X22601249
  21. Mazloom F., Masjedi-Arani M., Ghiyasiyan-Arami M. et al. Novel Sodium Dodecyl Sulfate-Assisted Synthesis of Zn3V2O8 Nanostructures Via a Simple Route // J. Mol. Liquids. 2016. V. 214. P. 46–53. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2015.11.033
  22. Sajid M.M., Shad N.A., Khan S.B. et al. Facile Synthesis of Zinc Vanadate for Highly Efficient Visible Light Assisted Photocatalytic Activity // J. Alloys Compd. 2019. V. 775. P. 281–289. https://doi.org/10.1016/j.allcom.2018.10.134
  23. Mazloom F., Masjedi-Arani M., Salavati-Niasari M. Rapid and Solvent-Free Solid-State Synthesis and Characterization of Zn3V2O8 Nanostructures and Their Phenol Red Aqueous Solution Photodegradation // Solid States Sci. 2017. V. 70. P. 101–109. https://doi/org/10.1016/j.solidstatesciences.2017. 06.013
  24. Shelemanov A., Tincu A., Evstropiev S. et al. Cu-doped Porous ZnO–ZnAl2O4 Nanocomposites Synthesized by Polymer-Salt Method for Photocatalytic Water Purification // J. Compos. Sci. 2023. V. 7. № 7. 263. https://doi.org/10.3390/jcs7070263
  25. Evstropiev S.K., Karavaeva A.V., Dukelskii K.V. et al. Transparent ZnO–Y2O3 Coatings: Bactericidal Effect in the Lighting and in the Darkness // Ceram. Int. 2018. V. 44. № 8. P. 9091–9096. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2018.02.116
  26. Шелеманов А.А., Нурыев Р.К., Евстропьев С.К. и др. Влияние поливинилпирролидона на структуру и оптические свойства ZnO–MgO нанокомпозитов, полученных полимерно-солевым методом // Оптика и спектроскопия. 2021. Т. 129. № 9. С. 1176–1181.
  27. Широких Т.А., Шатоха В.И., Ситараман С. и др. Исследование закономерностей испарения оксидов ванадия из шлаков системы CaO–SiO2–FeO–V2O5 в условиях пленочного массообмена // Металлургическая и горнорудная промышленность. 2013. № 4. С. 28–31.
  28. Basha S., Keane D., Morrissey A. et al. Studies on the Adsorption and Kinetics of Photodegradation of Pharmaceutical Compound, Indomethacin Using Novel Photocatalytic Adsorbents (IPCAs) // Ind. Eng. Chem. Res. 2010. V. 49. № 22. P. 11302–11309. https://doi.org/10.1021/ie101304a
  29. Jose L.M., Arun Raj R.S., Sajan D. et al. Adsorption and Photocatalytic Activity of Biosynthesized ZnO Nanoparticles Using Aloe Vera Leaf Extract // Nano Express. 2021. V. 2. 010039. https://doi.org/10.1088/2632-959X/abec6
  30. Lagergren S. Zur Theorie der Sogenannten Adsorption Geloster Stoffe, Kungliga Sevenska Vetenskapasakademiens // Handlingar. 1898. V. 24. P. 1–39.
  31. Uribe-Lopez M.C., Hidalgo-Lopez M.C., Lopez-Gonzalez R. et al. Photocatalytic Activity of ZnO Nanoparticles and the Role of the Synthesis Method on Their Physical and Chemical Properties // J. Photochem. Photobiol. Chem. 2021. V. 404. 112866.
  32. Gaya U.I., Abdullah A.H. Heterogeneous Photo-Catalytic Degradation of Organic Contaminants Over Titanium Dioxide: a Review of Fundamentals, Progress and Problems // J. Photochem. Photobiol. 2008. V. 9. № 1. P. 1–12. https://doi.org/10.1016/j.jphotochemrev.2007.12.003
  33. Minh T.T., Tu N.T.T., Van Thi T.T. et al. Synthesis of Porous Octahedral ZnO/CuO Composites From Zn/Cu-based MOF-199 and Their Applications in Visible-Light-Driven Photocatalytic Degradation of Dyes // J. Nanomater. 2019. V. 2019. 5198045. https://doi.org/10.1155/2019/5198045
  34. Kuang Y., Zhang X., Zhou S. Adsorption of Methylene Blue in Water Onto Activated Carbon by Surfactant Modification // Water. 2020. V. 12. № 2. 587. https://doi.org/10.3390/w12020587
  35. Агафонов А.В., Редозубов А.А., Козик В.В. и др. Фотокаталитическая активность нанопорошков диоксида титана, полученных золь–гель-методом при различных значениях pН // Журн. неорган. химии. 2015. Т. 60. № 8. С. 1001–1008.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».