Summary
Cet article décrit une méthode de synthèse pour obtenir des microsphères d’oxyiodide de bismuth, qui sont hautement fonctionnels pour effectuer l’enlèvement de photocatalytique des polluants organiques persistants, tels que la ciprofloxacine, dans l’eau sous irradiation de lumière visible et UV-A.
Abstract
Oxyhalogénure de bismuth (BiOI) est un matériau prometteur pour la photocatalyse du soleil-driven-environnement. Étant donné que la structure physique de ce type de matériaux est fortement liée à ses performances photocatalytique, il est nécessaire de normaliser les méthodes de synthèse afin d’obtenir les architectures plus fonctionnels et, par conséquent, la plus haute photocatalytique efficacité. Nous rapportons ici un itinéraire fiable pour obtenir des microsphères BiOI via le processus de solvothermal, à l’aide de Bi (NO3)3 et l’iodure de potassium (KI) comme précurseurs et l’éthylène glycol comme gabarit. La synthèse est normalisée dans un autoclave de 150 mL, à 126 ° C pendant 18 heures. Il en résulte des microsphères mésoporeux µm taille 2-3, avec une surface spécifique pertinente (61,3 m2/g). Raccourcir les temps de réaction dans la synthèse se traduit par des structures amorphes, alors que des températures plus élevées conduisent à une légère augmentation dans la porosité des microsphères, sans effet dans l’exercice de photocatalytique. Les matériaux sont photo-active sous irradiation de lumière visible et UV-A pour la dégradation de l’antibiotique ciprofloxacine dans l’eau. Cette méthode a démontré pour être efficaces dans des essais interlaboratoires, obtention des microsphères BiOI similaires dans les groupes de recherche mexicains et chiliens.
Introduction
Une pléthore de semi-conducteurs a été synthétisée à ce jour, visant pour photocatalyseurs avec forte activité sous irradiation de lumière visible, à dégrader les composés organiques ou à produire de l’énergie renouvelable sous forme d’hydrogène1,2. Bismuth oxyhalogénures BiOX (X = Cl, Br ou I) sont candidats pour des applications en raison de leur efficacité photocatalytique haute sous visible soleil léger ou simulées irradiation3,4. L’énergie de gap band E (g) de bismuth oxyhalogénures diminue avec l’augmentation du nombre atomique de l’halogénure ; ainsi, BiOI est le matériau affichant la plus faible énergie d’activation (Eg = 1,8 eV)5. Atomes d’iodure, liés par l’intermédiaire de la force de Van der Waals aux atomes de bismuth, créent un champ électrique qui favorise la migration des porteurs de charge à la surface du semi-conducteur, déclenchant la photocatalytique processus4,6. En outre, l’architecture de la cristallite joue un rôle critique dans la separa, tion des porteurs de charge. Des structures hautement orientés dans le plan (001) et 3D (par exemple les microsphères) faciliter la séparation de porteur de charge lors de l’irradiation, augmentant la photocatalytique performance7,8,9 , 10 , 11 , 12. à cet égard, il est nécessaire de développer des méthodes de synthèse fiables pour obtenir des structures qui stimulent l’activité photo des matériaux oxyhalogénure bismuth.
La méthode solvothermal est, de loin, le plus couramment utilisé et étudié l’itinéraire pour obtenir BiOI microsphères13,14,15,16. Certaines méthodes à l’aide de liquides ioniques ont été également signalés17, bien que les dépenses associées à ces méthodes peuvent être plus élevés. Structure de microsphères est habituellement obtenue à l’aide de solvants organiques tels que l’éthylène glycol, qui agit comme agent de coordination pour former alcoolates métalliques, ce qui entraîne une progressive auto-assemblage de [Bi2O2]2 + espèces18 , 19. à l’aide de l’itinéraire de solvothermal avec l’éthylène glycol facilite la formation de morphologies différentes en changeant les paramètres clés dans la réaction, tels que température et temps de réaction de4,18. Il y a un vaste corpus de la littérature sur les méthodes de synthèse pour obtenir BiOI microsphères, qui présente des informations contrastées pour réaliser des structures hautement photoactifs. Ce protocole détaillé vise à montrer une méthode de synthèse fiable pour obtenir des microsphères BiOI hautement fonctionnels dans la dégradation photocatalytique de polluants dans l’eau. Nous avons l’intention d’aider les nouveaux chercheurs d’obtenir avec succès ce genre de matériaux, en évitant les écueils les plus courants associés au processus de synthèse.
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Protocol
Remarque : Veuillez lire toutes les fiches signalétiques (FS) avant d’utiliser les réactifs chimiques. Suivez tous les protocoles de sécurité en portant des gants et une blouse de laboratoire. Porter des lunettes de protection UV protection lors des essais de la photocatalyse. Sachez que les nanomatériaux peut-être présenter des effets nocifs importants par rapport à leurs précurseurs.
1. préparation des microsphères BiOI
- Pour la Solution 1, dissoudre 2,9104 g de nitrate de bismuth pentahydrate (Bi (NO3)3∙5H2O) dans 60 mL d’éthylène glycol dans un bécher en verre. Pour la Solution 2, dissoudre 0,9960 g de KI dans 60 mL d’éthylène glycol dans un bécher en verre.
Remarque : Il est important de se dissoudre complètement les sels inorganiques dans un solvant organique ; Cela peut prendre environ 60 min. Sonication peut être utile de dissoudre les deux précurseurs. - Goutte à goutte, ajouter 2 Solution 1 Solution (à un débit d’environ 1 mL/min). L' incolore 2 Solution passera à une suspension jaunâtre. Parfois, quand les 2 Solution est brusquement ajouté, peut apparaître une couleur noire, due à la formation du complexe4– BiI. Dans ce cas, la synthèse doit être abandonnée et a recommencé.
Remarque : Matériel de laboratoire doit être complètement sec depuis l’apparition de l’eau favorise la précipitation non contrôlée d’oxyde de bismuth (Bi2O3). - Remuez le mélange, en utilisant une vitesse modérée pendant 30 min à température ambiante. Ensuite, transvaser le mélange dans un réacteur autoclave de 150 mL. Soigneusement agiter le bécher pour supprimer la suspension restante de flancs. Il est possible d’ajouter de 1 à 5 mL d’éthylène glycol pour rincer les béchers. Assurez-vous de bien fermer le réacteur.
Remarque : L’autoclave doit être rempli de 40 % à 80 % de sa capacité afin de réaliser les conditions de pression optimale à la formation des microsphères BiOI. Un joint souple du réacteur peut entraîner la perte de pression, gâter la synthèse. - Fournir un traitement thermique vers le réacteur dans un four, de la température ambiante à 126 ° C, grâce à une rampe de température de 2 ° C/min. maintenir la température finale à 18 h10. Ensuite, laissez refroidir le réacteur autoclave à température ambiante.
Remarque : Ne pas préchauffer le four ou fournir un chauffage rapide puisqu’il pillera la formation des microsphères.
Attention : Ne pas provoquer le refroidissement en lavant l’autoclave à l’eau froide, car elle peut causer la déformation de l’autoclave. N’essayez pas d’ouvrir le réacteur alors qu’il est encore chaud, car cela peut entraîner le rejet de gaz de l’iode.
2. laver les microsphères BiOI
- Séparer la matière solide par décantation et le laver pour enlever autant que possible de l’éthylène glycol. Préparer un système de filtration composé d’un 0,8 μm papier-filtre (Grade 5, exempt de cendres) correctement respecté les murs d’un entonnoir de verre. Se connecter à un Erlenmeyer à l’aide d’un bouchon de Liège percé. Procéder à l’étape de filtration par gravité.
- (Facultatif) Lorsque vous versez la suspension du réacteur à l’entonnoir, utiliser l’eau déminéralisée pour rincer le réacteur autoclave.
- Laver le produit solide retenu dans le filtre en papier, d’une couleur orange intense — plusieurs fois avec l’eau distillée et éthanol absolu (qualité technique). Remplaçant le solvant de lavage jusqu'à ce que le lixiviat est incolore.
Remarque : Veuillez noter que l’eau désionisée supprime ions inorganiques, tandis que l’éthanol absolu supprime le restant de l’éthylène glycol ; ainsi, les deux solvants doivent être utilisés. - Utilisez l’eau déionisée dans les deux dernières étapes de lavage pour enlever toute trace d’éthanol absolu et sécher le produit orange intense-couleur à 80 ° C pendant 24 h. Enfin, stocker les matériaux en bouteilles en verre ambré, dans l’obscurité, de préférence dans un dessicateur.
3. caractérisation des microsphères BiOI
- Effectuer l’analyse de la diffraction des rayons x de la matière en poudre, en utilisant une source lumineuse de Cu-Kα monochrome, avec λ = 1.5406 Å, exploité à 30 kV et 15 mA.
- Déterminer la surface spécifique par la méthode Brunauer-Emmett-Teller (BET), par l’intermédiaire de l’adsorption du N2.
- Outgas la poudre des échantillons (500 mg) à 80 ° c durant la nuit avant l’analyse. Effectuer les mesures d’adsorption2 N à - 75 ° c. Calculer la surface spécifique et le volume de pore des isothermes d’adsorption.
- Déterminer les spectres de réflectance diffuse UV-visible des matériaux à l’aide d’un spectrophotomètre avec un accessoire de la mante religieuse.
- Faire sécher les échantillons de poudre, dans un four de laboratoire, à 105ºC du jour au lendemain. Ensuite, rangez soigneusement 30 mg dans le port de l’échantillon de l’accessoire de la mante religieuse.
- Irradier les échantillons de poudre avec une source lumineuse dans la gamme de 200 à 800 nm afin d’obtenir le spectre d’absorption lumineux du matériau. Calculer l’énergie de gap band (Eg) en utilisant le spectre d’absorption de l’échantillon.
- Déterminez la taille secondaire des microsphères BiOI par microscopie électronique à balayage.
- Mettre l’échantillon de poudre sur une bande de carbone, puis dans le stub de microscope pour effectuer les observations.
- Déterminer la composition chimique des échantillons par analyse par énergie dispersive x-Ray spectroscopy (EDS).
4. test d’activité photocatalytique
- Pour l' essai de solution, dissoudre 7,5 mg de ciprofloxacine dans 250 mL d’eau distillée, pour obtenir une solution de 30 ppm. Ensuite, transférer la solution d’essai dans le réacteur photocatalytique de verre. Bien remuer la solution avec un agitateur magnétique, maintenir la température à 25 ° C. Air bulle à la solution à 100 mL/min pour maintenir la saturation de l’air.
- 62,5 mg de la photocatalyse BiOI s’ajoute la solution de test pour obtenir une concentration de 0,25 g/L. immédiatement, prendre le premier échantillon (8 mL) à l’aide d’une seringue en verre. Après 30 min d’agitation dans l’obscurité, prenez le second échantillon et allumez la source de lumière.
- Étant donné que les expériences sont effectuées dans des conditions de lumière visible et UV-A, utiliser une lampe 70 W dans les tests de la photocatalyse. Localiser la source de lumière à 5 cm au-dessus du photoréacteur.
- Prélever des échantillons de liquides (8 mL) après 5, 10, 15, 20, 30, 45, 60, 90, 120, 180, 240 et 300 min d’irradiation. Filtrer tous les échantillons retirés en les passant à travers une membrane de nylon de 0,22 µm, afin d’éliminer toute particule solide dans le liquide avant l’analyse. Conserver les échantillons filtrés en flacon de verre ambré à 4 ° C jusqu'à l’analyse.
- Déterminer la minéralisation de la ciprofloxacine en analysant la concentration de carbone organique total (cot) restant dans les échantillons de liquides durant tout le processus photocatalytiques.
- Mesurer la concentration de carbone total (TC, en mg/L) par l’intermédiaire de combustion humide à 720 ° C, en présence d’une atmosphère d’air et catalyseur Pt. Dans ces conditions, tout le carbone est oxydé en CO2 et quantifié dans un détecteur FTIR couplé à l’appareil TOC.
- Déterminer la concentration de carbone inorganique (IC, en mg/L) par l’intermédiaire de l’acidification des échantillons avec du 1 HCl M, conduisant à la conversion de carbonate et de bicarbonate en CO2· H2O, qui a été quantifié dans le détecteur FTIR.
- Calculer la concentration de cot restant dans des échantillons d’eau selon l’équation suivante.
NOTE : Afin d’éviter les interférences et, par conséquent, des résultats incorrects, il est très important d’enlever toute trace d’impuretés organiques en nettoyant soigneusement tous les matériaux de verre utilisés dans la préparation de l’échantillon. Cela peut être justifié en lavant plusieurs fois avec de l’eau chaude. - Calculer le rendement de la minéralisation par l’intermédiaire de l’appauvrissement de la couche de carbone organique total tout au long de la réaction à l’aide de l’équation :
Ici, TOCo est la concentration de carbone organique total au début de l’irradiation, tandis que le TOC est la concentration de carbone organique total à tout moment de la réaction photocatalytique.
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Representative Results
Les microstructures 3D de BiOI ont été synthétisés avec succès par le procédé de synthèse proposé. Cela a été confirmé par les images de SEM illustrés à la Figure 1 a–c. Les microsphères sont formés à partir des structures laminaires [Bi2O2]2 +, qui sont liés par deux iodure atomes1. La formation des microsphères dépend de la température et la durée de la procédure de solvothermal, ces paramètres de la règle de la cristallisation de l’oxyhalogénure3,4,5,6. [Bi2O2] 2 + dalles commencent à interagir avec les atomes de l’iodure pour former des structures laminaire lorsque la température dans l’approche de solvothermal dépasse 120 ° C1. Puis, à une température plus élevée ou temps de réaction plus long, lamelles sont disposées au hasard pour construire les microsphères1,2,3,4,5,6 ,7,8. Lorsqu’une température de 130 ° C a été fournie pendant 12 h, on observe des structures amorphes (Figure 1 a), et l’iodure n’était pas complètement assimilé sur un réseau atomique, conduisant à la formation de la Bi5O7I matériel. Puis, lorsque le traitement thermique a été de 126 ° C pour 18 h, structures sphériques parfaitement en forme ont été obtenus (Figure 1 b). Microsphères mésoporeux de BiOI ont été également atteints lorsqu’un traitement de solvothermal s’est déroulée à 160 ° C pendant 18 h (Figure 1C). Le diamètre moyen des structures est ressorti de l’analyse de SEM, de l’ordre de 2 à 3 µm.
L’analyse par diffraction des rayons x indique la prévalence de la phase cristalline tétragonale (tableau 1), avec une grande exposition de la (110) et (012) avions, selon le JCPDS carte 73-2062. Comme microspheres ont été formés, l’orientation de la cristallite abandonné dû à l’auto-assemblage des dalles BiOI dans structures 3D, qui est fréquemment observé dans les précédentes œuvres1,2,3,15 , 16 , 17. figure 2 compare les patrons de diffraction des rayons x (DRX) des microsphères BiOI obtenus à 126 ° C et 160 ° C, sur le modèle d’un matériau de BiOI 0 D XRD. De cette information, il est possible de conclure que la cristallisation de la matière BiOI commence à des températures supérieures à 100 ° C et ensuite, [Bi2O2]+ dalles organiser au hasard pour former les microsphères BiOI avec aucune orientation de la phase cristalline.
La surface spécifique des microsphères (61,28 m2/g) était assez similaire à celle rapportée pour d’autres semi-conducteurs employés en général dans la photocatalyse, comme TiO2 (tableau 1). Une surface large spécifique peut être bénéfique dans le processus photocatalytiques puisqu’un plus grand nombre de molécules organiques peut être adsorbé à la surface de semi-conducteurs de réagir avec les espèces réactives de l’oxygène (ROS) produites par les porteurs de charge (p. ex., •OH, • O2–et H2O2).
Le volume spécifique de zone et pore surface augmente avec la température et le temps de réaction dans le traitement de solvothermal, de 9,61 m2/g dans la phase amorphe à 61,28 m2/g lorsqu’ont utilisait les 126 ° C et 18 h. Aucune différence significative dans la surface spécifique ne trouvées lorsque les microsphères synthétisés à 126 et 160 ° C ont été comparées ; ainsi, 126 ° C pendant 18 h ont été fixées dans les conditions optimales de synthèse. Les isothermes de type IV ont été obtenus dans l’analyse de pari (Figure 3), indiquant que BiOI microsphères sont des matériaux mésoporeux. La caractérisation optique des microsphères de dévoiler leur capacité à être photoactifs sous irradiation de lumière visible, comme l’a souligné la valeur du gap band a montré dans le tableau 1.
Une caractérisation chimique des matériaux a été réalisée par une analyse de la composition par EDS. La composition des matériaux BiOI abritant un rapport stoechiométrique a été maintenue lors de la synthèse de solvothermal a été menée à basse température (tableau 2). En revanche, lorsque la température de la synthèse de solvothermal a augmenté, l’iodure de chargement a diminué. On peut attribuer à l’inclusion des atomes halogénure dans le lattice semiconductor, résultant en une faible quantité des atomes halogénure sur la surface. Quand le solvant dans la route de solvothermal a été changé à l’eau, l’assimilation de l’iodure de potassium diminue significativement pour obtenir Bi5O7I.
L’activité photocatalytique des microsphères synthétisés à 126 ° C et 18 h a été évaluée à l’issue de la minéralisation de l’antibiotique ciprofloxacine dans l’eau pure sous irradiation de lumière visible et UV-A. Comme peut être vu dans la Figure 4, microsphères étaient capables de minéraliser l’antibiotique composé dans l’eau via le procédé photocatalytique. Il est clair comment la photolyse n’a pas pu oxyder complètement la molécule organique de CO2 (Figure 4, bleu), tandis que la minéralisation pourrait être atteint, à différents niveaux, à l’aide de BiOI comme un photocatalyseur. Ces résultats démontrent la photoactivité des matériaux synthétisés pour oxyder complètement des molécules organiques complexes, tels que la ciprofloxacine. Une comparaison du taux de minéralisation a été effectuée à l’aide de la BiOI lavé avec de l’éthanol et l’eau (comme indiqué dans le protocole) et d’autres matériaux microsphères qui ont été lavés qu’avec l’eau (Figure 4, rouge et noir). Il a été observé comment la matière partiellement lavée a réussi à libérer le carbone organique de la solution, interférer avec les mesures de la table des matières dans des échantillons d’eau, ainsi qu’avec le processus de minéralisation.
La libération du carbone organique par la photocatalyse a été observée à la première étape des essais photocatalyse lors de l’agitation dans l’obscurité a été fournie. La figure 5 montre le taux d’adsorption de la ciprofloxacine sur la surface des microsphères BiOI lavés uniquement avec l’eau et ceux traités avec le mélange eau/éthanol. Microsphères lavé avec le mélange eau/éthanol ont montré une adsorption de la molécule organique, alors que la libération du carbone organique a été détectée pour le matériel lavé uniquement avec de l’eau. Cela peut s’expliquer par le nettoyage incomplet des sites d’adsorption sur le matériau BiOI lavé uniquement avec de l’eau, ce qui entraîne d’une part la libération de l’éthylène glycol et d’autre part dans l’adsorption inférieure de la ciprofloxacine, avec la baisse conséquente l’activité photocatalytique.
Figure 1 : des images des matériaux SEM. Obtenus à (une) à 130 ° C pendant 12 h, (b) 126 ° C pour 18 h et (c) 160 ° C pendant 18 h. Sur la gauche, des images basse résolution apparaissent, tandis que le zoom-in images sont fournies sur le côté droit. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 2 : diffraction de rayons x. (Un) 0D BiOI (001) matériel, (b) BiOI microsphères synthétisés à 126 ° C pendant 18 h, et (c) BiOI microsphères synthétisés à 160 ° C pendant 18 h. On montre la perte de l’orientation des cristaux lorsque microspheres ont été obtenus. Les patrons de diffraction sont comparées avec la notice d’installation JCPDS 73-2062. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 3 : isothermes d’adsorption N2 des matériaux microsphères bismuth oxyhalogénure synthétisés à 126 et 160 ° C et par rapport à 0 D BiOI, orientés dans la facette (001). Les isothermes de type IV, décrivant des matériaux mésoporeux, apparaissent dans ce graphique. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 4 : taux de minéralisation de la ciprofloxacine à la photolyse et photocatalyse teste les microsphères de BiOI obtenues avec et sans l’étape de lavage en utilisant le mélange éthanol-eau. L’erreur expérimentale est donnée par l’écart-type de barres. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 5 : concentration de carbone organique (cot) dans des échantillons d’eau au début des expériences et après 30 min d’agitation dans l’obscurité totale. L’erreur expérimentale est donnée par l’écart-type de barres. La détermination de la table des matières a été réalisée sur un échantillon de la solution d’essai après que cette solution avait été en contact avec des microsphères BiOI tout en remuant pendant 30 min à l’obscurité. Sur l’axe des ordonnées, TOCB désigne carbone organique en solution du test, alors que le TOCL représente la teneur en carbone organique après 30 min d’agitation dans l’obscurité, juste avant que la source de lumière est allumée. Le graphique montre comment le matériel lavé avec de l’éthanol et l’eau (lavé) présente une adsorption positive du carbone organique de la solution, tandis que le matériel lavé uniquement avec de l’eau (non lavé) a exprimé une adsorption négative, ce qui signifie la libération d’organique carbone dans la solution. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
| PARAMÈTRE | VALEUR |
| structure cristalline | Tétragonal |
| taille de cristallites (nm) | 4.12 |
| Zone (m2/g) de mise | 61.28 |
| diamètre des pores (nm) | 17,7 |
| Par exemple (eV) | 1,94 |
Tableau 1 : Caractérisation des microsphères BiOI synthétisés par la méthode proposée.
| Bi (à. %) | O (à. %) | J’ai (à. %) | |
| BiOI | 33.65 ± 0,86 | 33.59 ± 0,54 | 32.76 ± 0,58 |
| Bi5O7j’ai | 40.43 ± 0,21 | 52.37 ± 0,38 | 7.19 ± 0,18 |
| BiOI @ 126ºC | 37.09 ± 0,98 | 38,50 ± 0,35 | 24.41 ± 0,37 |
| BiOI @ 160 ºC | 26,81 ± 0,42 | 58,97 ± 0,51 | 14.21 ± 0,46 |
Tableau 2 : Composition chimique des matériaux BiOI déterminé par EDS.
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Discussion
Nous considérons le mélange des précurseurs comme l’étape critique dans la synthèse de solvothermal des microsphères BiOI. Une très lente goutte de la solution KI dans la solution de3 Bi (N°3) (avec un maximum de 1 mL/min) est crucial pour obtenir des microsphères mésoporeux, puisqu’elle permet la formation lente et auto-assemblage des dalles [Bi2O2]+ 2 , suivi par les liaisons avec les atomes de l’iodure pour former les stratifiés BiOI. Les lamelles sont les briques des microsphères dans l’étape de solvothermal (Figure 1). Température et temps de réaction sont les facteurs clés dans la synthèse de solvothermal étant donné que les hautes températures permettent au départ de la cristallisation de la [Bi2O2]+ dalles et, ensuite, la disposition de ces dalles pour créer les microsphères 1 , 3. mésoporeux microspheres ont été obtenus lorsque la température a été maintenue au-dessus de 120 ° C, tandis que structures 3D ont été incomplètement formés lorsque le temps de réaction était inférieur à 18 h. De même, l’assimilation de l’iodure était incomplète à une température plus basse et le temps de réaction plus court, résultant en iodure déficiente des matériaux tels que le Bi4O5I2 (couleur jaune).
Le lavage correct des matériaux BiOI doit être effectué afin d’obtenir les photocatalyseurs fonctionnel étant donné que l’éthylène glycol peut l’emporter sur la surface du matériau lorsqu’il est lavé uniquement avec de l’eau (même avec de l’eau chaude). Les restes de l’éthylène glycol peuvent être libérés dans la solution avant que les tests photocatalytiques sont démarrés, entravant la dégradation et la minéralisation de la ciprofloxacine lorsque la source lumineuse est allumée. Il est important de garder à l’esprit que les alcools sont en mesure d’augmenter la teneur en carbone mesurée par analyse de cot disproportionnée. Pour cette raison, il est très important de laver les matières en alternant avec l’éthanol et d’eau. Lorsque la concentration de carbone organique dans l’eau augmente à travers le processus photocatalytiques, il peut être résolu en récupérant le matériel et le laver avec l’éthanol et d’eau chaude.
La méthode proposée peut être modifiée en fonction de la taille de l’autoclave. Ici, nous rapportons la synthèse avec un réacteur de Parr 150 mL ; Toutefois, les synthèses en utilisant une plus grande chambre de réaction peuvent être effectuées. Selon notre expérience, réacteurs Parr 250 mL peuvent être utilisés dans la synthèse, ce qui entraîne une légère augmentation de la surface spécifique des microsphères. Toutefois, une telle modification n’a aucun effet sur les performances de photocatalytique du matériau. Il est important de considérer que l’intensification de la méthode à supérieur volumes, le volume le plus élevé des réacteurs de solvothermal sur le marché est 2 000 mL-exige de nouvelles expériences.
Limites de la méthode proposée résident dans le faible potentiel d’évolution vers le haut à des volumes plus importants, étant donné que les plus gros réacteurs sont difficilement trouver sur le marché. En outre, comme mentionné ci-dessus, pertes de l’éthylène glycol peuvent se produire lorsque le réacteur autoclave n’est pas bien fermé. Être au courant de tout lessivage du solvant organique pendant tout le processus de synthèse afin d’éviter d’abîmer le produit ; certains réacteurs autoclave sont équipés d’un manomètre pour rendre cette tâche plus facile. En cas de fuite, l’autoclave peut être fermé avec l’équipement de sécurité adéquat, empêche le refroidissement du réacteur. Lorsque ce problème est résolu au cours des 2 premières heures de la synthèse, microsphères avec activité photocatalytique acceptable peuvent encore être obtenues.
Microsphères sont à peine formés lorsque sont utilisés des solvants organiques (méthanol, éthanol, glycérol), tout en utilisant l’eau entraîne l’assimilation plus bas de l’iodure de potassium, conduisant à la formation de la Bi5O7I matériel (couleur blanche). Une augmentation supplémentaire de la température de réaction (supérieures à 180 ° C) peut entraîner la réduction chimique du bismuth de bismuth métallique, qui peut être facilité par l’éthylène glycol, agissant comme agent réducteur.
Jusqu’ici, il y a quelques méthodes alternatives rapports la synthèse des microsphères BiOI. Par exemple, Montoya-Zamora et coll.20 réaliser précipitation avec EDTA, ayant pour résultat des microsphères irrégulières avec une zone de mise basses. En revanche, les recherches de He et al.21 visait à la synthèse mécanique des microsphères BiOI à température ambiante, parvenir à cristaux orientés avec une surface pari plus faible que celui observé dans cette étude. Le procédé de synthèse proposé dans cet ouvrage est actuellement utilisé pour synthétiser d’autres oxyhalogénures de bismuth, tels que BiOCl22 et23de BiOBr, qui ont démontré être efficace dans l’élimination de photocatalytique des polluants organiques dans l’eau et aucunx air20, ainsi que dans l’évolution de l’hydrogène,19. Recherches les plus récentes a pour but d’utiliser oxyhalogénures de bismuth dans la réduction de la molécule de CO2 pour produire l’hydrogène et hydrocarbures légers (photosynthèse artificielle)24. Considérant que la synthèse par la méthode solvothermal a été exécuté avec succès avec des résultats reproductibles dans deux pays différents (Mexique et le Chili), il est prévu que cette méthode peut être entartrée et son application dans les usines de traitement de l’eau amélioré.
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Disclosures
Les auteurs n’ont rien à divulguer.
Acknowledgments
Les auteurs veulent remercier le Secretaría de Ciencia, Tecnología e Innovación de la Ciudad de México pour les ressources fournies pour effectuer ce travail à travers le projet financé SECITI/047/2016 et le Fonds National de développement scientifique et technologique Chili (FONDECYT 11170431).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Bismuth(III) nitrate pentahydrate | Sigma Aldrich | 383074 | ACS reagent, ≥98.0% |
| Potassium iodide | Sigma Aldrich | 746428 | ACS reagent, ≥98.0% |
| Ethylene glycol | Sigma Aldrich | 324558 | Anhydrous, 99.8% |
| Ethanol | Meyer | 5405 | Technical Grade, 96% |
| Ciprofloxacin | Sigma Aldrich | 17850 | HPLC, ≥98.0% |
| Cary 5000 UV-Vis-NIR spectrophotometer | Agilent | Used for the Band gap determination by the Tauc model. | |
| JSM-5600 Scanning Electron Microscope | JOEL | Used for the SEM images. | |
| Autosob-1 | Qantachrome Instruments | Used for the determination of surface area and pore diameter. | |
| TOC-L Total Organic Carbon Analyzer | Shimadzu | Used for determination of total organic carbon in water samples. | |
| Bruker AXS D8 Advance - X-ray Diffraction | Bruker | Determination of crystal structure and crystallite size |
References
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