Summary
Bu makalede, siprofloksasin gibi organik kirleticilerin Fotokatalitik Temizleme su UV-A/görünür ışık ışınlama altında gerçekleştirmek için son derece işlevsel bizmut oxyiodide mikroküreler elde etmek için sentetik bir yöntemi.
Abstract
Bizmut oxyhalide (BiOI) güneş ışığı-tahrik-çevre photocatalysis için umut verici bir malzemedir. Malzeme bu tür fiziksel yapısını son derece Fotokatalitik performansını ilgili göz önüne alındığında, bu en işlevsel mimarileri ve böylece, en yüksek Fotokatalitik elde etmek için sentetik yöntemleri standartlaştırmak gereklidir verimlilik. Burada, BiOI mikroküreler solvothermal süreci ile elde etmek için güvenilir bir yol BI (NO3)3 ve potasyum iyodür (KI) öncüleri ve etilen glikol şablon olarak kullanarak raporu. Sentez 18 h için 126 ° C'de bir 150 mL otoklav standartlaştırılmıştır. 2-3 µm boyutunda mesoporous mikroküreler, ilgili belirli bir yüzey alanı (61.3 m2/g) ile sonuçlanır. Daha yüksek sıcaklıklarda Fotokatalitik performans etkisi ile mikroküreler porozite için hafif bir artış yol sentez tepki sürelerinin kısaltılması amorf yapılarda sonuçları. Fotoğraf-aktif malzemelerdir su antibiyotik siprofloksasin bozulması için UV-A/görünür ışık ışınlama altında. Bu yöntem interlaboratory testlerde, Meksika ve Şili araştırma gruplarındaki benzer BiOI mikroküreler alma etkili olduğu göstermiştir.
Introduction
Yarı iletken bir bolluk defa, görünür ışık ışınlama, organik bileşikler düşmesine veya hidrojen1,2şeklinde yenilenebilir enerji üretmek için altında yüksek aktivite ile photocatalysts için amaçlayan sentez. Bizmut oxyhalides BiOX (X = Cl, Br veya) görünür ışık veya simüle güneş ışığı ışınlama3,4onların yüksek Fotokatalitik verimliliği nedeniyle bu tür uygulamalar için aday olan. Bizmut oxyhalides grup boşluk enerji (Eg) halide atom sayısı artış ile azalır; Böylece, BiOI en düşük etkinleştirme enerji görüntüleme malzemedir (Eg 1.8 eV =)5. İyot atomları, bizmut atomlar, Van der Waals kuvvetleri ile gümrüklü Fotokatalitik işlemi4,6uyarının harekete geçirilmesine karşılık ücret taşıyıcılar yarı iletken yüzeye göç iyilik bir elektrik alanı oluşturun. Ayrıca, crystallite mimarisini separa, tion şarj taşıyıcıların kritik bir role sahiptir. (001) uçaktaki son derece odaklı yapıları ve 3D yapılar (örneğin mikroküreler) şarj taşıyıcı ayrılık ışınlama, Fotokatalitik performans7,8,9 artan üzerine kolaylaştırmak , 10 , 11 , 12. bu ışığında, bizmut oxyhalide malzemelerin fotoğraf etkinliği artırmak yapıları elde etmek için güvenilir sentetik yöntemleri geliştirmek gereklidir.
Solvothermal yöntemi, gereğidir, en sık kullanılan ve BiOI mikroküreler13,14,15,16elde etmek için yol okudu. Bu metodolojileri ile ilgili giderleri daha yüksek olmasına rağmen iyonik sıvılar kullanarak bazı yöntemleri de bildirilen17, olmuştur. Microsphere yapısı genellikle bir kademeli [Bi2O2]2 + türler18 ' kendi kendine montaj kaynaklanan metalik alkoxides oluşturmak için denetleyici bir ajan gibi davranan etilen glikol gibi organik çözücüler kullanılarak elde edilir , 19. solvothermal rota etilen glikol ile kullanarak sıcaklık ve reaksiyon süresi4,18gibi tepki anahtar parametreleri değiştirerek türleri farklı morfoloji oluşumunu kolaylaştırır. Edebiyat sentetik yöntemlerde çok fotoaktif yapıları elde etmek için zıt bilgiler gösteren BiOI mikroküreler elde etmek için geniş bir gövdesi vardır. Bu ayrıntılı iletişim kuralı BiOI mikroküreler su kirletici Fotokatalitik bozulması çok fonksiyonel elde etmek için güvenilir bir sentetik yöntemi göstermede hedefleniyor. Başarılı bir şekilde bu tür malzemeleri, elde etmek için yeni araştırmacılar yardım sentez işlemle ilişkili en ortak tuzaklar kaçınmak istiyoruz.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Not: Tüm malzeme güvenlik veri sayfaları (MSDS) kimyasal reaktifler kullanmadan önce okuyunuz. Güvenlik protokollerini önlük ve eldiven giyerek izleyin. UV koruma koruyucu gözlük photocatalysis testler sırasında giymek. Nanomalzemeler onların öncüleri için karşılaştırıldığında önemli tehlikeli etkileri mevcut unutmayın.
1. BiOI mikroküreler hazırlanması
- Çözüm 1için bizmut nitrat pentahydrate (Bi (NO3)3∙5H2O) 60 ml Cam ölçek etilen glikol 2.9104 g geçiyoruz. Çözüm 2için KI 0.9960 g etilen glikol bir cam ölçek 60 ml geçiyoruz.
Not: Organik çözücü içinde inorganik tuzlar tamamen erimesi önemlidir; o-ebilmek almak yaklaşık 60 dk. Sonication her iki öncüleri çözülmeye yararlı olabilir. - Dropwise, Çözüm 2 Çözüm 1 ' e (akış oranında yaklaşık 1 mL/dk) ekleyin. Renksiz Çözüm 2 sarımsı bir süspansiyon için değişecektir. Bazen, Çözüm 2 ne zaman aniden eklendi, siyah renk, BII4- kompleks oluşumu nedeniyle görünebilir. Bu gibi durumlarda, bir sentez iptal edildi ve yeniden başladı.
Not: bizmut oksit (Bi2O3) kontrolsüz yağış su oluşumunu teşvik bu yana laboratuvar malzeme tamamen kurumuş gerekir. - Oda sıcaklığında 30 dakika orta hız kullanarak karışımı ilave edin. Ardından karışımı 150 mL otoklav reaktör aktarın. Dikkatle kalan süspansiyon yanağında kaldırmak için kabı girdap. Etilen glikol kadehler durulama için 1-5 mL eklemek mümkündür. Reaktör sıkıca kapattığınızdan emin olun.
Not: Otoklav % 40 BiOI mikroküreler oluşumu için en uygun basınç koşulları elde etmek için kapasitesini % 80'i için doldurulmalıdır. Reaktör yumuşak bir mühür baskısı, sentez bozulmadan kaybına neden olabilir. - Bir fırın reaktöre ısıl işlem kaynağı, 126 ° c Oda sıcaklığından son sıcaklık 18 h10sürdürmek bir sıcaklık rampa 2 ° C/dak, kullanarak. Sonra oda sıcaklığında otoklav reaktöre cool.
Not: Fırında veya mikroküreler oluşumu yağma edecektir bu yana hızlı bir Isıtma sağlar.
Dikkat: otoklav soğuk suyla yıkayarak otoklav deformasyon neden olabilir gibi soğutma neden değil. Bu iyot gaz sürümde neden olabileceğinden hala sıcak iken reaktör açmaya çalışmayın.
2. BiOI mikroküreler yıkama
- Sağlam malzeme decantation tarafından ayırmak ve etilen glikol mümkün olduğu kadar kaldırmak için yıkayın. Bir 0.8 oluşan bir filtreleme sistemi hazırlamak mikron filtre kağıdı (Grade 5, küllerinden ücretsiz) düzgün bir cam huni duvarlara yapıştırılır. Bir Erlenmeyer flask deldi Mantar tıpa kullanarak bağlayın. Filtrasyon adım yerçekimi tarafından taşırlar.
- (İsteğe bağlı) Reaktör üzerinden süspansiyon için huni dökme, deiyonize su basınçlı kap reaktör durulama için kullanın.
- Filtre kağıdı muhafaza katı ürün yıkama — yoğun bir turuncu renk — su ve mutlak etanol (teknik notu) ile birkaç kez distile. Sızıntı renksiz olana çamaşır solvent alternatif.
Not: Lütfen mutlak etanol kalan etilen glikol kaldırırken inorganik iyonlar, deiyonize su kaldırır Böylece, her iki çözücüler kullanılması gerekir. - Çıkarmak tüm izini sürmek-mutlak etanol ve turuncu renkli yoğun ürün 24 h için 80 ° C'de kuru için iki son yıkama adımda deiyonize su kullanın. Son, kehribar cam şişelerde, karanlıkta, tercihen bir desiccator malzemesi saklayın.
3. BiOI mikroküreler karakterizasyonu
- Monochromic Cu Kα ışık kaynağı kullanarak toz malzeme, x-ışını kırınım Analizi gerçekleştirmek, 1.5406 ile λ = Å, 30'işletilen kV ve 15 anne.
- Brunauer-Emmett-Teller (bahis) yöntemle N2adsorpsiyon tarafından belirli yüzey alanı belirleyin.
- Önce analiz örnekleri (500 mg) 80ºC adlı gecede toz outgas. N2 adsorpsiyon ölçümleri, - 75ºC gerçekleştirin. Belirli yüzey alanı ve adsorpsiyon isotherms gözenek birimden hesaplayın.
- UV-görünür diffüz yansıma spectra malzemelerin bir Spektrofotometre ile bir peygamber devesi Aksesuar kullanarak belirleyin.
- Toz örneklerinde 105ºC gecede bir laboratuvar fırında kuru. Daha sonra dikkatli bir şekilde 30 mg peygamber devesi Aksesuar örnek bağlantı noktası koyun.
- 200-800 aralığında bir ışık kaynağı ile toz örnekleri ışınlatayım nm ışık emilimi yelpazenin malzeme elde etmek için. Soğurma spektrumu örnek kullanılarak Grup boşluk enerji (Eg) hesaplar.
- Elektron mikroskobu tarama tarafından BiOI mikroküreler ikincil boyutunu belirler.
- Toz örnek bir karbon kaset ve ardından gözlemleri gerçekleştirmek için mikroskop saplama koymak.
- Örnekleri kimyasal bileşimi göre enerji dağıtıcı x-ışını spektroskopisi (EDS) analiz belirlemek.
4. Fotokatalitik etkinlik testi
- Çözüm sınamakiçin 7.5 mg siprofloksasin 250 ml distile su 30 ppm çözüm elde etmek için geçiyoruz. Ardından test çözüm cam Fotokatalitik reaktöre aktarın. İyice sıcaklık 25 ° C'de tutan bir manyetik karıştırıcı ile belgili tanımlık eriyik, heyecan Kabarcık hava hava doygunluk korumak için 100 mL/dk çözüm için.
- BiOI photocatalyst 62,5 mg 0,25 g/l bir konsantrasyon hemen ulaşmak, bir cam şırınga kullanarak ilk örneği (8 mL) almak için test ekleyin. Karıştırma karanlıkta 30 dk sonra ikinci örnek almak ve ışık kaynağı açın.
- Deneyler UV-A/görünür ışık koşulları altında gerçekleştirilen göz önüne alındığında, bir 70 W lamba photocatalysis testlerinde kullanın. Işık kaynağı 5 cm yukarıda photoreactor bulun.
- Sıvı örnekleri (8 mL) 5, 10, 15, 20, 30, 45, 60, 90, 120, 180, 240 ve radyoterapi 300 dk sonra al. İçine kapanık örnekleri onları 0,22 µm naylon membran analiz önce sıvı katı herhangi bir parçacık kaldırmak için geçirerek filtre. Filtre uygulanmış örnekleri analiz kadar kehribar cam şişeleri 4 ° C'de depolayın.
- Siprofloksasin Qafqaz Fotokatalitik süreci boyunca sıvı örnekleri kalan toplam organik karbon (TOC) konsantrasyon analiz ederek belirlemek.
- Toplam karbon (TC, mg/L) Pt katalizör ve hava atmosfer huzurunda 720 ° C'de ıslak yanma yoluyla konsantrasyon ölçmek. Bu koşullar altında tüm karbon CO2 ' ye okside ve TOC aygıta birleştiğinde bir FTIR dedektörü olarak sayılabilir.
- Asitleştirme dönüştürme karbonat ve bikarbonat CO2· önde gelen 1 M HCl ile örnekleri ile inorganik karbon konsantrasyonu (IC, mg/L) belirlemek FTIR dedektörü sayısal H2O.
- Su örnekleri aşağıdaki denklemle kalan TOC konsantrasyonu hesaplayın.
Not: etkileşimler ve böylece, hatalı sonuçlar önlemek için bu örnek hazırlanmasında kullanılan tüm cam malzeme iyice temizleyerek organik yabancı maddelerin herhangi bir iz kaldırmak çok önemlidir. Bu birkaç kez sıcak su ile yıkayarak garanti. - Toplam organik karbon reaksiyon denklemi kullanarak boyunca tükenmesi ile Qafqaz verim Hesapla:
İçindekiler tablosu toplam organik karbon konsantrasyonu Fotokatalitik tepki herhangi bir zamanda ise, TOCo ışınlama başında toplam organik karbon konsantrasyonu işte.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
BiOI 3D microstructures başarılı bir şekilde önerilen sentetik yöntemi tarafından sentezlenen. Bu Şekil 1a-cgösterilen SEM görüntüleri tarafından doğrulandı. Mikroküreler [Bi2O2]2 +, hangi iki iyot atomları1tarafından bağlı bulunmaktadır Laminer yapılardan oluşur. Bu parametreler oxyhalide3,4,5,6kristalleşme kural gibi mikroküreler oluşumu sıcaklık ve zaman solvothermal yordam üzerinde bağlıdır. [Bi2O2] solvothermal yaklaşım sıcaklığı 120 ° C1gittiğinde iyot atomları form Laminer yapıları için etkileşimli olarak 2 + döşeme başlatın. Sonra bir daha yüksek sıcaklık ve/veya uzun tepki süresi, lamellae rastgele mikroküreler1,2,3,4,5,6 oluşturmak için düzenlenir ,7,8. 130 ° C sıcaklık için 12 h sağlandığında, amorf yapıları (Şekil 1a) gözlendi ve iyodür tamamen kaynaklanan Bi5O7oluşumunda ben malzeme atomik kafes üzerinde asimile değil. O zaman, ne zaman 18 h için 126 ° C Termal tedavi oldu, mükemmel şekilli küresel yapıları (Şekil 1b) elde edilmiştir. Solvothermal tedavi için 18 h (şekil 1 c) 160 ° C'de gerçekleştirildiğinde BiOI Mesoporous mikroküreler da elde edildi. SEM analize dayalı, yapıların ortalama çapı 2-3 µm aralığında bulundu.
X-ışını kırınım göre analiz belirtilen tetragonal kristal faz (Tablo 1), yaygınlığı (110) ve (012) yüksek bir sergi ile uçak, JCPDS göre kartı 73-2062. Mikroküreler kuruldu crystallite yönünü nedeniyle düştü kendinden montajlı 3D yapılar BiOI levhalar hangi yaygın olarak gözlenen önceki işleri1,2,3,15 , 16 , 17. Resim 2 126 ° C ve 160 ° C 0 D BiOI malzeme XRD desen ile elde edilen BiOI mikroküreler x-ışını kırınım (XRD) şekillerinin karşılaştırır. Bu bilgileri, BiOI malzeme kristalleşme 100 ° C üzerindeki sıcaklıklarda başlar sonuçlandırmak mümkündür ve o, [Bi2O2]+ plaka rasgele düzenlemek BiOI mikroküreler hiçbir yönünü ile oluşturmak Kristal faz.
Mikroküreler (61.28 m2/g) belirli yüzey alanı genellikle photocatalysis, TiO2 (Tablo 1) gibi istihdam diğer yarı iletkenler için bildirilen oldukça benzer. Organik moleküllerin daha yüksek bir sayı şarj taşıyıcıları (örneğin, •OH, tarafından üretilen Reaktif oksijen türleri (ROS) ile tepki yarı iletken yüzeyinde adsorbe geniş yüzey alanı Fotokatalitik sürecinde yararlı olabilir • O2-ve H2O2).
Sıcaklık ve solvothermal tedavisinde 9,61 m2/g 126 ° C ve 18 h kullanılan zaman 61.28 m2/g amorf aşamasına gelen tepki süresi ile belirli yüzey alanı ve gözenek hacmi arttı. Belirli yüzey alanındaki önemli bir farkı yok ne zaman sentezlenmiş 126 ve 160 ° C mikroküreler karşılaştırıldı bulundu; Böylece, 126 ° C 18 h için sentez optimal koşullar ayarla. Tip IV isotherms BiOI mikroküreler mesoporous malzeme olduğunu gösteren bahis analizi (şekil 3), elde edilmiştir. Mikroküreler optik karakterizasyonu Tablo 1' de gösterdi grup boşluk değerine göre belirtildiği gibi görünür ışık ışınlama altında fotoaktif olmak onların kapasite açıkladı.
Malzemeler kimyasal bir karakterizasyonu EDS ile bir kompozisyon analizi tarafından gerçekleştirildi. Solvothermal sentez bir düşük sıcaklıkta (Tablo 2) yürütülen stokiometrik oranı sürekli BiOI malzeme bileşimi devam edildi. Öte yandan, solvothermal sentezi sıcaklık arttı zaman iyodür-yükleme azalmıştır. Bu halide atomlar yüzeyi halide atomların daha düşük bir miktar sonuçlanan yarı iletken kafes içinde dahil ilişkilendirilebilir. Ne zaman solvothermal rotasındaki solvent olarak değiştirildi suya,5O7BI elde etmek için önemli ölçüde azalmıştır iyodür asimilasyon ben.
126 ° C ve 18 h at sentezlenmiş mikroküreler Fotokatalitik aktivitesi UV-A/görünür ışık ışınlama altında saf suda antibiyotik siprofloksasin Qafqaz takip değerlendirildi. Şekil 4' te görüldüğü gibi mikroküreler Fotokatalitik süreci ile suda antibiyotik bileşik mineralize edebildik. Bu nasıl photolysis Qafqaz, BiOI bir photocatalyst kullanarak farklı düzeylerde elde edilebilir iken tamamen organik molekül CO2 (şekil 4, mavi), okside bulamadı açıktır. Bu sonuçlar tamamen siprofloksasin gibi karmaşık organik moleküllerin okside sentezlenmiş malzeme photoactivity göstermektedir. Qafqaz oranı karşılaştırması etanol ve (protokol belirtildiği gibi) su ve sadece su ile (şekil 4, kırmızı ve siyah) yıkanmış diğer microsphere malzemeler ile yıkanmış BiOI kullanılarak yapıldı. Nasıl eksik olarak yıkanmış malzeme Qafqaz işleminin yanı sıra, su örnekleri TOC ölçümlerde ile müdahale çözüm için organik karbon serbest bırakmak başardı gözlendi.
Karıştırma karanlıkta sağlandığında photocatalyst organik karbon sürümünden photocatalysis deneyleri ilk aşamada gözlendi. Şekil 5 , sadece su ve etanol/su karışımı ile tedavi ile yıkanmış BiOI mikroküreler yüzeyinde siprofloksasin adsorpsiyon oranını gösterir. Mikroküreler organik karbon sürümü sadece su ile yıkanmış malzeme için algılandı organik molekülünün bazı adsorpsiyon gösterdi etanol/su karışımı ile yıkanır. Bu etilen glikol ve diğer yandan bunun sonucunda düşüş ile siprofloksasin, alt adsorpsiyon de bir yandan sonuçlanan sadece su ile yıkanmış BiOI malzeme adsorpsiyon sitelerinde eksik temizleyerek açıklanabilir Fotokatalitik aktivitesi.
Şekil 1: SEM görüntüleri malzemeler. (Bir) 130 ° C 12 h, (b) için 126 ° C 18 h için 160 ° C 18 h ve (c) için elde. Yakınlaştırılmış içinde imge sağ taraftaki sağlanan iken sol tarafta, düşük çözünürlüklü görüntüler, gösterilir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 2: x-ışını kırınım desenler. (Bir) 0 D BiOI (001) yönelik malzeme, (b) BiOI mikroküreler 18 h için 126 ° C'de sentezlenmiş ve (c) BiOI mikroküreler 18 h için 160 ° C'de sentezledim. Mikroküreler elde edilmiştir bu kristallerin yönünü kaybı gösterilir. Kırınım desenleri başvuru JCPDS kartı 73-2062 ile karşılaştırılır. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 3: N2 adsorpsiyon isotherms bizmut oxyhalide microsphere malzemelerin sentezlenmiş 126 ve 160 ° C ve (001) tarafı odaklı 0 D BiOI ile karşılaştırıldığında. Tip IV isotherms, mesoporous malzemeleri, açıklayan bu grafikte gösterilir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 4: siprofloksasin photolysis ve photocatalysis Qafqaz oranı ile ve etanol-su karışımı kullanarak çamaşır adım olmadan elde BiOI mikroküreler kullanarak sınar. Deneysel hata standart sapma çubuklarla verilir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 5: Toplam organik karbon (TOC) konsantrasyon su örneklerinde başına deneyler ve karıştırma karanlıkta 30 dk sonra. Deneysel hata standart sapma çubuklarla verilir. Bu çözüm BiOI mikroküreler karıştırma karanlıkta 30 dakika süre ile temas vardı sonra TOC belirlenmesi örnek test çözüm gerçekleştirildi. Işık kaynağı sadece olmadan önce içindekiler tablosuL karıştırma karanlıkta 30 dk sonra organik karbon içeriği temsil ederken y ekseni üzerinde TOCB testin çözümünde, organik karbon anlamına gelir. Sadece (değil yıkanmış) su ile yıkanmış malzeme organik sürümü anlamına gelir bir negatif adsorpsiyon ifade ederken nasıl bir pozitif adsorpsiyon çözümden organik karbon etanol ve (yıkanmış) su ile yıkanmış malzeme sunuyor grafik gösterir çözüm içine karbon. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
| PARAMETRE | DEĞER |
| Kristal yapı | Tetragonal |
| crystallite boyutu (nm) | 4.12 |
| Alan (m2/g) bahis | 61.28 |
| gözenek çapı (nm) | 17,7 |
| Örneğin (eV) | 1,94 |
Tablo 1: Önerilen yöntem tarafından sentezlenen BiOI mikroküreler karakterizasyonu.
| BI (adlı. %) | Ey (vasıl. %) | Ben (de. %) | |
| BiOI | 33.65 ± 0.86 | 33.59 ± 0.54 | 32.76 ± 0,58 |
| Bi5O7ben | 40.43 ± 0.21 | 52.37 ± 0,38 | 7,19 ± 0.18 |
| 126ºC @ BiOI | 37.09 ± 0,98 | 38,50 ± 0,35 | 24.41 ± 0.37 |
| 160ºC @ BiOI | 26.81 ± 0,42 | 58.97 ± 0.51 | 14.21 ± 0,46 |
Tablo 2: EDS tarafından belirlenen BiOI malzemeler kimyasal bileşimi.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Biz öncüleri karışımı kritik adımı BiOI mikroküreler solvothermal sentezi olarak düşünün. KI çözüm çok yavaş bir damlama BI (NO3)3 çözüm (en fazla 1 mL/dk), içine mesoporous mikroküreler, yavaş oluşumu sağlar beri ve [Bi2O2]+ 2 plaka, kendinden montajlı elde etmek çok önemlidir , bağ BiOI laminat oluşturmak için iyot atomları ile izledi. Lamellae (şekil 1). solvothermal adım mikroküreler tuğla vardır. Sıcaklık ve reaksiyon süresi olan en önemli faktörler solvothermal sentez yüksek sıcaklıklarda başlangıçta [Bi2O2] kristalleşme izin beri+ levha ve sonra mikroküreler oluşturmak için bu döşeme düzenlenmesi 1 , 3. Mesoporous mikroküreler reaksiyon süresi 18 h altında iken 3D yapılar eksik olarak kuruldu ise sıcaklığı 120 ° C üzerinde devam edildi zaman elde. Benzer şekilde, daha düşük sıcaklık ve daha kısa tepki süresi, sonuçlanan iyodür eksik malzemeleri BI4O5gibi ben2 (sarı renkli) iyodür asimilasyon tamamlanmadı.
BiOI malzemelerin doğru yıkama sadece su (sıcak suyla bile) ile yıkanır zaman etilen glikol malzeme yüzeyinde geçerli olabilir bu yana fonksiyonel photocatalysts elde etmek için gerçekleştirilmelidir. Fotokatalitik testleri başladı, ışık kaynağı açık olduğunda bozulması ve siprofloksasin Qafqaz engelleyici önce etilen glikol kalıntıları çözüm içine serbest bırakılabilir. Alkoller TOC analizi ile orantısız ölçülen karbon içeriği yükseltmek yetkisi akılda tutmak önemlidir. Bu nedenle, etanol ve su ile dönüşümlü olarak malzemeleri yıkama çok önemlidir. Suda organik karbon konsantrasyonu Fotokatalitik sürecinde arttığında, malzeme kurtarma ve etanol ve sıcak su ile yıkama tarafından çözülebilir.
Önerilen yöntem otoklav büyüklüğü açısından değiştirilebilir. Burada, 150 mL Parr reaktör ile sentezi bildiriliyor; Ancak, daha büyük bir tepki odası kullanarak immobilizasyonu gerçekleştirilebilir. Bizim deneyime dayalı, 250 mL Parr reaktörler mikroküreler belirli yüzey alanı hafif bir artış içinde kaynaklanan sentezi, kullanılabilir. Ancak, böyle bir değişiklik malzeme Fotokatalitik performansını etkilemez. Solvothermal reaktörler piyasada daha yüksek birimleri en yüksek hacmi yöntemine kadar ölçekleme 2000 mL olduğunu dikkate almak önemlidir-daha fazla deney gerektirir.
Verilen bu büyük reaktörler piyasada zor bulunan önerilen yöntemi sınırlamaları daha yüksek birimleri için yükseltme düşük potansiyel yalan. Otoklav reaktör sıkıca kapalı değil de, yukarıda belirtildiği gibi etilen glikol kayıpları ortaya çıkabilir. Herhangi bir organik çözücü sentez sürecinde, ürün bozulmadan önlemek için leaching unutmayın; bazı otoklav reaktörler bir Manometre ile bu görevi kolaylaştırmak için donatılmıştır. Kaçak durumunda, otoklav reaktör soğutma önlenmesi ve yeterli güvenlik donanımları ile kapatılabilir. Sentez ilk 2 saat içinde bu sorunu çözüldüğünde, kabul edilebilir Fotokatalitik aktivitesi mikroküreler hala elde edilebilir.
Diğer organik solventler (gliserol, metanol, etanol) kullanıldığında (beyaz-bkz. colour) malzeme su sonuçları iyodür BI5O7oluşumu için lider, en düşük fiyat asimilasyon kullanırken mikroküreler zar zor oluşur. Reaksiyon ısısı (yukarıda 180 ° C) daha fazla bir artış bizmut kimyasal azalma etilen glikol indirgeyici Ajan hareket tarafından kolaylaştırılmış olacak metalik bizmut neden olabilir.
Şimdiye kadar birkaç alternatif yöntem BiOI mikroküreler sentezi raporlama vardır. Örneğin, Montoya-Zamora ve ark.20 yağış EDTA, düzensiz mikroküreler düşük bahis alan ile sonuçlanan ile gerçekleştirilen. Öte yandan, o ve ark.21 araştırma odaklı kristalleri bu çalışmada gözlenen daha düşük bir bahis yüzey alanı ile elde oda sıcaklığında BiOI mikroküreler mekanik sentezi yönelik. Bu çalışmada önerilen sentetik yöntemi şu anda BiOCl22 ve BiOBr23, su ve hiçbirorganik kirleticilerin Fotokatalitik çıkarılması verimli olması için gösterdiği gibi diğer bizmut oxyhalides sentez için kullanılır x hava20yanı sıra hidrojen19evrimi. En son araştırma bizmut oxyhalides CO2 molekül azalma hidrojen ve hafif hidrokarbonlar (yapay fotosentez)24üretmek için kullanılan amaçlamaktadır. Bu sentez solvothermal yöntemi tarafından dikkate alınarak başarılı bir şekilde bu yöntem ölçeklendirilebilir beklenen iki farklı ülkelerde (Meksika ve Şili), tekrarlanabilir sonuçlar ve kendi uygulamasında gelişmiş su arıtma tesisleri ile yapılmıştır.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarlar ifşa gerek yok.
Acknowledgments
Yazarlar Secretaría de Ciencia teşekkür etmek istiyorum, Tecnología e Innovación de la Ciudad de México kaynaklar için bu çalışma sayesinde tarafından finanse edilen proje SECITI/047/2016 ve Ulusal Fon bilimsel ve teknolojik gelişme için yürütmek sağlanan Şili (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
- Yu, C., Zhou, W., Liu, H., Liu, Y., Dionysiou, D. D. Design and fabrication of microsphere photocatalysts for environmental purification and energy conversion. Chemical Engineering Journal. 287, 117-129 (2016).
- Wang, H., et al. Semiconductor heterojunction photocatalysts: Design, construction, and photocatalytic performances. Chemical Society Reviews. 43 (15), 5234-5244 (2014).
- Chou, S. Y., Chen, C. C., Dai, Y. M., Lin, J. H., Lee, W. W. Novel synthesis of bismuth oxyiodide/graphitic carbon nitride nanocomposites with enhanced visible-light photocatalytic activity. RSC Advances. 6, 33478-33491 (2016).
- Siao, C. W., et al. Controlled hydrothermal synthesis of bismuth oxychloride/bismuth oxybromide/bismuth oxyiodide composites exhibiting visible-light photocatalytic degradation of 2-hydroxybenzoic acid and crystal violet. Journal of Colloid and Interface Science. 526, 322-336 (2018).
- Meng, X., Zhang, Z. Bismuth-based photocatalytic semiconductors: Introduction, challenges and possible approaches. Journal of Molecular Catalysis A: Chemical. 423, 533-549 (2016).
- Wang, Y., Deng, K., Zhang, L. Visible light photocatalysis of BiOI and its photocatalytic activity enhancement by in situ ionic liquid modification. Journal of Physical Chemistry C. 115 (29), 14300-14308 (2011).
- Xiao, X., Zhang, W. De Facile synthesis of nanostructured BiOI microspheres with high visible light-induced photocatalytic activity. Journal of Materials Chemistry. 20 (28), 5866-5870 (2010).
- Chen, C. C., et al. Bismuth oxyfluoride/bismuth oxyiodide nanocomposites enhance visible-light-driven photocatalytic activity. Journal of Colloid and Interface Science. 532, 375-386 (2018).
- Xia, J., et al. Self-assembly and enhanced photocatalytic properties of BiOI hollow microspheres via a reactable ionic liquid. Langmuir. 27 (3), 1200-1206 (2011).
- Mera, A. C., Contreras, D., Escalona, N., Mansilla, H. D. BiOI microspheres for photocatalytic degradation of gallic acid. Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry. 318, 71-76 (2016).
- Pan, M., Zhang, H., Gao, G., Liu, L., Chen, W. Facet-dependent catalytic activity of nanosheet-assembled bismuth oxyiodide microspheres in degradation of bisphenol A. Environmental Science and Technology. 49 (10), 6240-6248 (2015).
- Hu, J., et al. Solvents mediated-synthesis of BiOI photocatalysts with tunable morphologies and their visible-light driven photocatalytic performances in removing of arsenic from water. Journal of Hazardous Materials. 264, 293-302 (2014).
- Ye, L., Su, Y., Jin, X., Xie, H., Zhang, C. Recent advances in BiOX (X = Cl, Br and I) photocatalysts: Synthesis, modification, facet effects and mechanisms. Environmental Science: Nano. 1 (2), 90-112 (2014).
- Qin, X., et al. Three dimensional BiOX (X=Cl, Br and I) hierarchical architectures: Facile ionic liquid-assisted solvothermal synthesis and photocatalysis towards organic dye degradation. Materials Letters. 100, 285-288 (2013).
- Chou, S. Y., et al. A series of BiO x I y/GO photocatalysts: synthesis, characterization, activity, and mechanism. RSC Advances. 6 (86), 82743-82758 (2016).
- Shi, X., Chen, X., Chen, X., Zhou, S., Lou, S. Solvothermal synthesis of BiOI hierarchical spheres with homogeneous sizes and their high photocatalytic performance. Materials Letters. 68, 296-299 (2012).
- Di, J., et al. Reactable ionic liquid-assisted rapid synthesis of BiOI hollow microspheres at room temperature with enhanced photocatalytic activity. Journal of Materials Chemistry A. 2 (38), 15864-15874 (2014).
- Ren, K., et al. Controllable synthesis of hollow/flower-like BiOI microspheres and highly efficient adsorption and photocatalytic activity. CrystEngComm. 14 (13), 4384-4390 (2012).
- Lei, Y., et al. Room temperature, template-free synthesis of BiOI hierarchical structures: Visible-light photocatalytic and electrochemical hydrogen storage properties. Dalton Transactions. 39 (13), 3273-3278 (2010).
- Montoya-Zamora, J. M., Martínez-de la Cruz, A., López Cuéllar, E. Enhanced photocatalytic activity of BiOI synthesized in presence of EDTA. Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers. 75, 307-316 (2017).
- He, R., Zhang, J., Yu, J., Cao, S. Room-temperature synthesis of BiOI with tailorable (0 0 1) facets and enhanced photocatalytic activity. Journal of Colloid and Interface Science. 478, 201-208 (2016).
- Song, J. M., Mao, C. J., Niu, H. L., Shen, Y. H., Zhang, S. Y. Hierarchical structured bismuth oxychlorides: self-assembly from nanoplates to nanoflowers via a solvothermal route and their photocatalytic properties. CrystEngComm. 12, 3875-3881 (2010).
- Mera, A. C., Váldes, H., Jamett, F. J., Meléndrez, M. F. BiOBr microspheres for photocatalytic degradation of an anionic dye. Solid State Science. 65, 15-21 (2017).
- Kong, X. Y., Lee, W. C., Ong, W. J., Chai, S. P., Mohamed, A. R. Oxygen-deficient BiOBr as a highly stable photocatalyst for efficient CO2 reduction into renewable carbon-neutral fuels. ChemCatChem. 8, 3074-3081 (2016).
