Name: ההשפעה של מליטה כימית interfacial ב TiO 2 -SiO 2 מרוכבים על הביצועים שלהם NOX photatalyalytic הפחתה (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-07-04T15:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 47 s
Description: חקור את הקשר בין קשרי Ti-O-Si לבין יעילות הפוטוקטליזה בקומפוזיטים של TiO₂-SiO₂. מחקר זה מספק תובנות לפיתוח חומרים יעילים להפחתת זיהום NOx באוויר עירוני.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

המחברים מודים בהוקרה במימון של המועצה להנדסה ומדעי הפיסיקה של בריטניה (גרנט Ref: EP / M003299 / 1) וקרן מדעי הטבע של סין (מס &#39;51461135005) פרויקט מחקר משותף בינלאומי (EPSRC-NSFC).

1. סינתזה של TiO 2- SiO 2 מרוכבים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> דוגמאות המבוססות על קוורץ מסחרי הערה: קוורץ, עם גודל חלקיקים בטווח 20 - 100 מיקרומטר התקבל על ידי כרסום הכדור קוורץ מסחרי במשך 15 דקות וסנון. אבקות היו אז שונה עם TiO 2 על ידי שתי שיטות שונות. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> QT1 <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן פתרון של 10% של טיטניום (IV) butoxide (TBOT, 97%) באתנול כמו מבשר TiO 2 על ידי המסת TBOT (2.6 מ&quot;ל) באתנול (29.6 מ&quot;ל). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להשעות 3 גרם של אבקת קוורץ ב 30 גרם של פתרון מבושל טיטניום טרי על ידי ערבוב מתמשך. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוסף 0.3 מ&quot;ל של חומצה הידרוכלורית (32%). מערבבים את ההשעיה וכתוצאה מכך 5 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מוסיפים 30 מ&quot;ל של מים deionized ברציפות ומערבבים את התערובת בן לילה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מעבירים את כל ההשעיה צמיג על צלחת פטרי החנות בתנאים הסביבה untהממס התנדף לחלוטין. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשטוף את קוורץ מטופלים עם מים deionized מספר פעמים ולאחר מכן יבש ב 90 מעלות צלזיוס למשך הלילה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מחממים לטפל ב 400 מעלות צלזיוס למשך 20 שעות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מגניב את אבקות באוויר מסננת שוב לאסוף חלקיקים גדולים יותר מ 20 מיקרומטר. זה היה שונה קוורץ שונה מ TiOS 2 או לא מחובר. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> QT2 הערה: תמיכה photocatalyst מסחרי (PC105) על קוורץ דרך קלסר ג&#39;ל סיליקה נגזר tetraethyl אורתוסיליקט (TEOS) כדלקמן. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן פתרון אמא TEOS על ידי המסת TEOS (23.2 מ&quot;ל) באתנול (29.2 מ&quot;ל). לאחר מכן להוסיף מים deionized (7.2 מ&quot;ל) ו HCl (0.4 מ&quot;ל, 3.6 wt%) כדי לקבל אתנול הסופי: מים: תערובת HCl (1: 0.84: 0.78 x 10 -3 יחס טוחנת). מערבבים את התערובת במשך 10 ימים בטמפרטורת החדר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוסף כרכים מדויקים של הפתרון שהתקבל ל 100 מ&quot;ל של אתנול, שבו 0.2 גרם TIO 2 הושעו,כדי לקבל TiO 2 : TEOS של 1: 1. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מערבבים בעדינות בטמפרטורת החדר למשך הלילה ולאחר מכן מוסיפים את ההשעיה dropwise ל 2 גרם של קוורץ עם ערבוב מתמשך על 80 מעלות צלזיוס תחת לחץ מופחת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יבש את אבקות המתקבל על 90 מעלות צלזיוס לילה ואחריו טיפול בחום על 200 מעלות צלזיוס למשך 4 שעות. </li></ol></li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> דוגמאות המבוססות על סיליקה מסונתזת <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ST1 הערה: הפקדת TiO 2 חלקיקים על משטחים של SiO זירז 2 שהוכנו על ידי טכניקה הידרווליזה נשלט ג&#39;ל. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לסנתז microspheres monodisperse סיליקה באמצעות שיטת Stoeber-Bohn-Fink 14 . </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ממיסים TEOS (5 מ&quot;ל) באתנול (40 מ&quot;ל) ומערבבים במשך 30 דקות (פתרון א). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן פתרון ב על ידי ערבוב פתרון אמוניה (8 מ&quot;ל, 25% wt%) עם מים deionized (30 מ&quot;ל) ואתנול (18 מ&quot;ל) עם ערבוב מתמשך במשך 30 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוסף במהירות אלL של פתרון א &#39;לפתרון B ומערבבים בטמפרטורת החדר למשך 3 שעות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאסוף את SiO וכתוצאה מכך על ידי צנטריפוגה (1,252 xg). לשטוף 3 פעמים עם אתנול מוחלט ויבש על 105 מעלות צלזיוס למשך 48 שעות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן ההשעיה של SiO המיוצר 2 על ידי השעיית 1 גרם 30 מ&quot;ל של אתנול באמבט קולי במשך 10 דקות. מערבבים את ההשעיה למשך 30 דקות נוספות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בזהירות להוסיף 1 מ&quot;ל של TBOT (97%) את ההשעיה SiO 2 אתנוליים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> גיל את התערובת בטמפרטורת החדר תחת ערבוב במשך 24 שעות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מוסיפים מים deionized (2 מ&quot;ל) ואתנול (8 מ&quot;ל) ולאחר מכן מערבבים את התערובת נוספת עבור 2 ח. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> איסוף אבקה שונה על ידי צנטריפוגה לשטוף 3 פעמים עם אתנול. יבש ב 105 מעלות צלזיוס למשך 48 שעות ואחריו טיפול בחום על 500 מעלות צלזיוס למשך 3 שעות. הערה: T1: לשם השוואה, TiO 2 הוכן על ידי אותה שיטה אבל בהעדר סיליקה. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ST2 </stRong&gt; הערה: בדגימות אלה, לסנתז ג&#39;ל הומוגני של SiO 2 / TiO 2 יחס טוחנת 0.25 מתערובות stoichiometric של ארתוסיליקט tetraethyl (TEOS) ו טיטראסופרופוקסיד טיטניום (TTIP) כמבשרים Si ו Ti, בהתאמה כדלקמן. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מוסיפים את הכמות הנדרשת של טיפות (0.89 מ&quot;ל) לירידה באתנול: מים: תערובת HCl (73.6 מ&quot;ל, 1: 0.84: 0.78 x 10 -3 ). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מערבבים בטמפרטורת החדר למשך שעה אחת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מוסיפים את הסכום הרצוי של TTIP (4.74 מ&quot;ל) ומערבבים את התערובת נוספת בטמפרטורת החדר למשך הלילה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השג המרה ג&#39;ל המרה על ידי ערבוב ב 80 מעלות צלזיוס למשך 1 שעות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מחממים לטפל ג&#39;ל שהתקבל כדלקמן: לילה ייבוש ב 90 מעלות צלזיוס, 450 מעלות צלזיוס למשך 5 שעות, ו 500 מעלות צלזיוס למשך 5 שעות. הערה: T2 : טהור TiO 2 הוכנה גם על ידי אותה שיטת ג&#39;ל סול אבל בהעדר TEOS. </li></ol></li></ol></li></ol> 2. characterizatioN <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שיא IR ספקטרום באמצעות ספקטרופוטומטר מצויד UATR (יחיד רפלקציה יהלום) 15 . </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השג X-ray עיכוב (XRD) דפוסי באמצעות diffractometer אנאלי PAN מצויד עם CuKa1 1.54 מקור רנטגן Å. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לנתח את המורפולוגיה של דגימות באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM), מצויד ED Analyzer רנטגן גלאי BSE עם מתח הפעלה בין 10-20 קילו וולט. השתמש באנרגיה רנטגן ניתוח רנטגן ללכוד תמונות עם תמונה דיגיטלית רכישת מערכת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ביצוע מיקרוסקופ אלקטרונים הילוכים (TEM) על מיקרוסקופ המופעל עם מתח מאיץ של 200 קילו וולט. צלם תמונות באמצעות מצלמה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הקלט UV- ויס מפוזר ספקטרום ההחזרה של דגימות באמצעות ספקטרופוטומטר UV-Vis מצויד מצמד סיבים אופטיים. השתמש בריום סולפט כנקודת התייחסות בטווח של 250-600 ננומטר. לשנות את הספקטרום ההחזרה וכתוצאה מכך לתוך קליטה לכאורהספקטרה באמצעות הפונקציה Kubelka -Munk F (R∞) = (1 - R∞) 2 / 2R∞ 17 . </li></ol> 3. בדיקות ביצועים Photatalytic <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בדוק את הפעילות photocatalytic של החומרים מוכנים באמצעות הסרת NOx מ מזוהם מבחן האוויר 18 . <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> למטרה זו, יש להקים מתקן בדיקה לטיהור אוויר (ראה איור 1 ) המורכב מאספקת גז, מכשיר אדים (2), בקרי זרימת גז (1), כור פוטוקליטי (3), מקור אור UV (A) ו - NOX Analyzer (5). אספקת הגז היו NO (100 ppm) ב N 2 , אוויר סינתטי (BOC). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בבקרי זרימת מסה (1) כדי לספק NO ב 1 ppmv (0.5 ppmv, עבור דגימות ST1 ו T1) ואת הלחות היחסית ל ca. 40%, שאושרו על ידי היגרופולם של Rotronic, לכור הזרימה למינרית (3) בנפח של 5 x 10 -5 m 3 * s -1 (1.675 x 10 -5 m) <suP&gt; 3 * s -1 במקרה של דגימות ST1 ו- T1). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לבנות photoreactor מ PMMA (פולי (מתיל methacrylate)) ו לכסות על ידי זכוכית borosilicate. מקמו אותו מתחת לפלט של SS0.5 קילוואט, 500 וולט השמש סימולטור רפלקטיבי מלא מצויד מסנן 1.5 AM כדי להבטיח כי מדגם הבדיקה (6) קיבלו עוצמת אור של 10 WM -2 ב λ &lt;420 ננומטר, כפי שנמדד על ידי גלאי thermopile פס רחב. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צג את הריכוזים של NO, NO 2 ו NOX הכולל את זרימת הגז לשקע באמצעות NO-NO 2- NOx Analyzer. </li></ol></li></ol><img alt="איור 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56070/56070fig1.jpg" /> איור 1: המערכת הניסויית המשמשת לבדיקות פוטוקטליטיות: (1) בקרי זרימת מסה (2) אדים (3) כור פוטוקליטי (4) מקור אור UV <stronG&gt;) 5 (מנתח נוקס) 6 ( מדגם בדיקה ) 7 ( ו ) 8 (- שסתומים, ) 9 ( שקע זרם הגז. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56070/56070fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <ol start="2" style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן דוגמאות הבדיקה על ידי לחיצה על 0.8 גרם (0.3 גרם במקרה של ST1 ו - T1 דגימות) של החומר לתוך בעל PMMA מלבני (0.2 ס&quot;מ גובה, רוחב 3 ס&quot;מ, אורך 8 ס&quot;מ). <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מסננים את briquettes וכתוצאה מכך שטח גיאומטרי שטח של 2.4 × 10 -3 מ &#39;לילה עם UV (320 ננומטר) כדי להסיר כל מזהמים אורגניים adsorbed על המשטחים שלהם. </li></ol></li></ol>

<ol><li>Folli, A., et al. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1551-2916.2010.03838.x/abstract">Understanding TiO2 Surface Chemistry to Control and Modulate Photocatalytic Performances.</a> J Am Ceram Soc. 93 (10), 3360-3369 (2010).</li>
<li>Wang, F. Z., Yang, L., Sun, G. X., Guan, L. Y., Hu, S. G. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0950061814003900">The Hierarchical Porous Structure of Substrate Enhanced Photocatalytic Activity of TiO2/Cementitious Materials.</a> Constr Build Mater. 64, 488-495 (2014).</li>
<li>Fateh, R., Dillert, R., Bahnemann, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Preparation+and+Characterization+of+Transparent+Hydrophilic+Photocatalytic+TiO2%2FSiO2+Thin+Films+on+Polycarbonate%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Preparation and Characterization of Transparent Hydrophilic Photocatalytic TiO2/SiO2 Thin Films on Polycarbonate.</a> Langmuir. 29 (11), 3730-3739 (2013).</li>
<li>Dillert, R., Engel, A., Grosse, J., Lindner, P., Bahnemann, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Light+Intensity+Dependence+of+the+Kinetics+of+the+Photocatalytic+Oxidation+of+Nitrogen%28II%29+Oxide+at+the+Surface+of+TiO2%5BTitle%5D)+AND+%22Phys+Chem+Chem+Phys%22%5BJournal%5D)">Light Intensity Dependence of the Kinetics of the Photocatalytic Oxidation of Nitrogen(II) Oxide at the Surface of TiO2.</a> Phys Chem Chem Phys. 15, 20876-20886 (2013).</li>
<li>Shi, H. B., Magaye, R., Castranova, V., Zhao, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Titanium+Dioxide+Nanoparticles%3A+A+Review+of+Current+Toxicological+Data%5BTitle%5D)+AND+%22Part+Fibre+Toxicol%22%5BJournal%5D)">Titanium Dioxide Nanoparticles: A Review of Current Toxicological Data.</a> Part Fibre Toxicol. 10, (2013).</li>
<li>Freitag, J., et al. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jp5108069">Nitrogen(II) Oxide Charge Transfer Complexes on TiO2: A New Source for Visible-Light Activity.</a> J Phys Chem C. 119 (9), 4488-4501 (2015).</li>
<li>Ma, J. Z., Wu, H. M., Liu, Y. C., He, H. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jp500116n">Photocatalytic Removal of NOx over Visible Light Responsive Oxygen-Deficient TiO2.</a> J Phys Chem C. 118 (14), 7434-7441 (2014).</li>
<li>Mendoza, C., Valle, A., Castellote, M., Bahamonde, A., Faraldos, M. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0926337314006134">TiO2 and TiO2-SiO2 Coated Cement: Comparison of Mechanic and Photocatalytic Properties.</a> Appl Catal B-Environ. 178, 155-164 (2015).</li>
<li>Kamaruddin, S., Stephan, D. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/s11270-014-1948-3">Sol-gel Mediated Coating and Characterization of Photocatalytic Sand and Fumed Silica for Environmental Remediation.</a> Water Air Soil Poll. 225, 1948(2014).</li>
<li>Bloh, J. Z., Folli, A., Macphee, D. E. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2014/RA/c4ra07916g">Photocatalytic NOx Abatement: Why the Selectivity Matters.</a> Rsc Adv. 4, (2014).</li>
<li>Macphee, D. E., Folli, A. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0008884615301150">Photocatalytic Concretes - the Interface Between Photocatalysis and Cement Chemistry.</a> Cement Concrete Res. 85, 48-54 (2016).</li>
<li>Yang, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0169433216318918">The Influence of Zeolites Fly Ash Bead/TiO2 Composite Material Surface Morphologies on Their Adsorption and Photocatalytic Performance.</a> Appl Surf Sci. 392, 687-696 (2017).</li>
<li>Pinho, L., Elhaddad, F., Facio, D. S., Mosquera, M. J. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0169433212018831">A Novel TiO2-SiO2 Nanocomposite Converts a Very Friable Stone into a Self-Cleaning Building Material.</a> Appl Surf Sci. 275, 389-396 (2013).</li>
<li>Stöber, W., Fink, A., Bohn, E. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0021979768902725">Controlled Growth of Monodisperse Silica Spheres in Micron Size Range.</a> J Colloid Interf Sci. 26 (1), 62-69 (1968).</li>
<li>Yamashita, H., et al. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jp981343a">Characterization of Titanium-Silicon Binary Oxide Catalysts Prepared by the Sol-Gel Method and Their Photocatalytic Reactivity for The Liquid-Phase Oxidation of 1-Octanol.</a> J Phys Chem B. 102 (30), 5870-5875 (1998).</li>
<li>Tokarský, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894713002222">A Low-Cost Photoactive Composite Quartz Sand/TiO2.</a> Chem Eng J. 222, 488-497 (2013).</li>
<li>Beranek, R., Kisch, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tuning+the+optical+and+photoelectrochemical+properties+of+surface-modified+TiO2%5BTitle%5D)+AND+%22Photochem+Photobiol+Sci%22%5BJournal%5D)">Tuning the optical and photoelectrochemical properties of surface-modified TiO2.</a> Photochem Photobiol Sci. 7 (1), 40-48 (2008).</li>
<li>Kisch, H., Bahnemann, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Best+Practice+in+Photocatalysis%3A+Comparing+Rates+or+Apparent+Quantum+Yields%3F%5BTitle%5D)+AND+%22J+Phys+Chem+Lett%22%5BJournal%5D)">Best Practice in Photocatalysis: Comparing Rates or Apparent Quantum Yields?</a> J Phys Chem Lett. 6 (10), 1907-1910 (2015).</li>
</ol>

למחברים אין מה לחשוף.

איור 8 מראה הבדלים משמעותיים למדי בין יעילות פוטוניים NO עבור כל אחד מהחומרים photocatalytic. היתרונות של תמיכה photocatalyst כדי להגדיל את הנגישות על פני השטח תגובתי עכשיו הוקמה היטב, ראוי לציין את ההבדל בין יעילות פוטוניים עבור NO חמצון נמדד PC105 ו עבור PC105 נתמך על קוורץ מטופלים (QT2). Ξ NO (QT2) נמדד ב -73% מזה של PC105, אך QT2 היה רק ​​6.5% מהטעינה של ה- TiO 2 . ברור ששיפורים בפעילות הם משמעותיים במערכות הנתמכות, אך יש ליישם את הטיפול כאשר מפרשים מדידות עם הבדלים מורפולוגיים משמעותיים. מאפיין מפתח של מערכת הבדיקה photocatalytic אשר ניתן לצפות להשפיע על המדידה היא מרקם פני השטח של המדגם נתמך בכור photocatalyst. זה משפיע על פני השטח יעיל. החישובשל ξ כולל מונח שטח אך זהו אזור דו מימדי של תאורה שהוגדר על ידי בעל מדגם הכור. התפלגות גודל החלקיקים של אבקות TiO 2 , כלומר PC105, T1 ו T2, הם שונים למדי מרוכבים, שבו TiO 2 &#39;אבקה&#39; נתמך על SiO 2 של קוטר בטווח 0.4-50 מיקרומטר. משמעות הדבר היא כי photocatalyst משטח textures הם די משתנה והם צפויים להשפיע על יעילות photonic דיווחו. זה גם משפיע על תזרים זורם המאפיינים. מחוספס המרקם, בשל מאפייני האריזה, כך סביר יותר כי זרם זרימה למינרית נדרש מופרע. זה צפוי להשפיע על שיעורי דיפוזיה מולקולת גז על פני השטח וכתוצאה מכך את יעילות יעילות פוטונית. כתוצאה של השפעות אלה, השוואה שימושי ביותר של סוגי photocatalyst חייב להיות מבוסס על מאפיינים הנגזרים מדידות על זרזים בודדים. במחקר זה,סלקטיביות חנקתית, המבוססת על ξ NO ξ NO 2 (משוואה 10), הנמדדים באותו מדגם משמשים לדיון בהמשך. <img alt="משוואה 3" src="/files/ftp_upload/56070/56070eq3.jpg" /> (10) <img alt="איור 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56070/56070fig9.jpg" /> איור 9: סלקטיביות לקראת הסרת סך של NOx, כלומר , סלקטיביות חנקתי, נרשמה עבור TiO 2 ו TiO 2- SiO 2 אבקות מרוכבים. מערכות דומות ישירות מזוהות עם אותם סמלים, נתמכים לעומת זוגות שאינם נתמכים. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56070/56070fig9large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> הגורמים השולטים בסלקטיביות של חנקתית הם משתנים מורכבים ורלוונטייםדה TiO 2 פולימורפיזם, מצב פגם, זמינות של מים, וכו &#39; 7 , אבל את התפקיד של מחייב מחייב, שנחשב לעתים קרובות יתרון על ביצועי photocatalytic, עכשיו גם יכול להיחשב. זה מועיל ולכן לדון בהבדלים סלקטיביות חנקתי בין שאינם מלוכדות ומערכות מלוכדות, כלומר photocatalyst עצמאית לעומת photocatalyst תמיכה מרוכבים, למשל PC105 לעומת QT2; שבו QT2 מייצג PC105 נתמך בציפוי סיליקט על קוורץ. הבדלים אלה סלקטיביות חנקתי מסוכמים בטבלה 1 . <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td> photocatalyst </td><td> תמיכת photatalyst </td><td> DSelectivity (%); (הפחתה סלקטיבית יחסית (%)) </td><td> FTIR שיא אזור יחס; (Ti-O-Si) / SiO2 </td><td> Ti-O-Si peAk cent (cm -1 ) </td></tr><tr><td> PC105 </td><td> QT2 </td><td> (38.8-28.3) = 10.5; (-27) </td><td> 0.0088 </td><td> 960 </td></tr><tr><td> T1 </td><td> ST1 </td><td> (16.0-10.6) = 5.4; (-34) </td><td> 0.0184 </td><td> 960 </td></tr><tr><td> T2 </td><td> ST2 </td><td> (33.4-0) = 33.4; (-100) </td><td> 0.6566 </td><td> 920 </td></tr><tr><td> T1 </td><td> QT1 </td><td> (16.0-15.6) = 0.4; (-3) </td><td> 0.0014 </td><td> 930 </td></tr></tbody></table> טבלה 1: ההשפעה של גיבוש מורכב ו Ti-O-Si מליטה על ביצועי photatalyst. רקע תיקן אזורי שיא FTIR עבור פסגות שהוקצו Ti-O-Si (920 - 960 ס&quot;מ -1 ) ו עבור SiO 2 (990 - 1230 ס&quot;מ -1 ) התקבלו איור 5 באמצעות מקור ניתוח שיא ניתוח. האזור חסר הממדיםAtio המצוין בטבלה 1 נלקח כמדד של מידת Ti-O-Si מליטה במערכות מרוכבים. כמו כן מוצגים עמדות מרכז שיא הקשורים הצמדה Ti-O-Si. נתונים אלה מסוכמים באיור 10 . <img alt="איור 10" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56070/56070fig10.jpg" /> איור 10: הפחתה יחסית ב סלקטיביות חנקתי עבור חומרים שונים TiO 2 בשילוב עם SiO 2 כפונקציה של Ti-O-Si מליטה ב Photatalyst-Composites. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56070/56070fig10large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> הפחתת הסלקטיביות הגדולה ביותר על היווצרות מרוכבים, כלומר , אשר יראה את ההשפעה השלילית הגדולה ביותר על איכות האוויר הסביבה, מצוין עבור photocatalyst T2 כאשר הוא משולבעם מבשר סיליקט. ג &#39;ל מפוזרים מאוד מיוצר שבו Ti-O-Si קשרים הם מוגדל. אזור השיא מנתח מציין כי סביב 65% השומה של TIO 2 קשורה SiO 2 דרך Ti-O-Si קשרים, אשר מתקרב tio stoichiometric 2 : SiO 2 יחס ההכנה (80%) ו מתן אמון ניתוח יחס שטח שיא. כמו כן ראוי לציין כי מרכז שיא Ti-O-Si ממוקם בכתובת wavenumber הנמוכה ביותר שנצפתה עבור מרוכבים ומציע כי מידע ההלחנה עשויה להיות מוטבע המאפיינים שיא Ti-O-Si. כל מרוכבים אחרים להציג נמוך משמעותית (Ti-O-Si) / SiO 2 יחסי שטח שיא, המציין רמות נמוכות יותר של Ti-O-Si מליטה. איור 10 מראה כי רמה זו של מליטה הוא בקורלציה עם סלקטיביות, מבוטא כאחוז ירידה מן הסלקטיביות החופשית עומד זרז, המציין כי Ti-O-Si מחייב יש השפעה שלילית על הפחתת NOx photocatalytic. ההשלכות של ממצאים אלה הן כי יש לעמוד בפשרה כדי להבטיח עמידות פיזית של מערכת מלוכדות ללא הפסד משמעותי של ביצועים photocatalytic. גישות אפשריות יכול לכלול: (i) הגדלת נתמך TiO 2 גודל החלקיקים כך מיתוג Ti-O-Ti מועיל, אשר מגדיר את המאפיינים photocatalytic מהותי של photocatalysts עצמאית &quot;, אינם מדולל על ידי Ti-O-Si ו / או (ii) הנדסה דק, ציפוי נקבובי ועמיד משטח עבור המצע כך photocatalyst לכוד בתוך הנקבוביות נגישים מולקולות הגז המגינים ותאורה. סיליקה בצורה של חול קוורץ או תחומים סיליקה תגובתי שונה בהצלחה עם TiO 2 או באמצעות מחייב TIO 2 photocatalyst מסחרי (PC105), תוך ניצול קלסר מבוסס סיליקט או באמצעות תגובות hydrolysis- עיבוי של מבשרי Ti שונים. PhotocatalytiC הביצועים של composites וכתוצאה מכך הושווה לזה של ג &#39;ל סוליד נגזר מעורבים מערכת מעורבת קידום רמות גבוהות של קשורות Ti-O-Si מחייב. הממצאים העיקריים מראים כי: (i) מידת טיו 2- סיו 2 מחייב בהכנת תחמוצת מעורבת גבוהה (65%) כצפוי מתקרב stoichiometric TiO 2 : SiO 2 יחס בהכנה. מערכת זו ג&#39;ל מרוכבים לא הציג סלקטיביות חנקתי לעומת ג &#39;ל סוליד נגזר נגזר TiO 2 (T2) אשר הראו סלקטיביות של 33%, (ii) כמו תגובתיות של משטח סיליקט מפחית, את מידת Ti-O-Si מחייב מפחית; הסדר הוא תגובתי סיליקה כדורי (ST1)&gt; סיליקט ג&#39;ל שכבת על קוורץ (QT2)&gt; קוורץ חשוף, ו (iii) סלקטיביות חנקתי של TiO 2 מושפע לרעה על ידי רמת Ti-O-Si מליטה.

מבני בטון נמצאים בכל מקום בחברה שלנו. בדרך כלל המשויך למרכזים העירוניים שלנו, שטח הפנים המשמעותי שלהם מהווה ממשק חשוב עם אווירה עירונית 1 , 2 . עם חששות גוברים על ההשפעות הכלכליות והבריאותיות של הידרדרות איכות האוויר העירוני ממשק זה מהווה הזדמנות חשובה עבור תיקון באטמוספירה. TiO 2 מבוססי photocatalysts נוצלו במשך זמן מה ב תיקון של אוויר מזוהם NOx, ואת תמיכתם על אלה משטח משטח בטון גבוה המבנים מציע בטון פונקציונליות נוספת שקשורה בעבר עם חומרים photocatalytic: (i) ניקוי קל, לפיו חומרים אשר לאגד לכלוך משטחים הם השפלה photocatalytically המאפשר לכלוך לשטוף בקלות עם מי גשמים 3 ; (Ii) hydrophilicity תמונה המושרה, אשר גם משפר את האפקט העצמי ניקוי 3; וכן (iii) טיהור האווירה העירונית אשר כיום מזוהמת בדרך כלל על ידי פליטת כלי רכב ברמות החורגות באופן משמעותי מרמות מותרות מותרות, במיוחד ביחס ל- NOX 4 . TiO 2 הוא photocatalyst הנפוץ ביותר בשימוש ביישומים סביבתיים בשל היציבות הכימית שלה, מחיר נמוך יחסית, פעילות photocatalytic גבוהה, וחשוב יותר בטיחות אקולוגית שלה כפי שצוין על ידי זמין כיום TiO 2 נתונים toxicology 5 . בטון קונקרטי כבר הוכיחו את הפוטנציאל שלהם תיקון באטמוספירה באתרי המשפט ברחבי אירופה ובמקומות אחרים. מחקרים רבים על חומרים photitatalytic צמנטיות במהלך שני העשורים האחרונים עסקו בעיקר בפעילות זרז, לעתים קרובות לידי ביטוי במונחים של ירידה ריכוז NOx 1 , 6 , 7 <sup&gt;, 8 , 9 . עם זאת, הפעילות לבד היא אינדיקציה מספקת של יעילות photocatalytic. ירידה בריכוז ה- NOx, המוגדר כסכום הריכוזים של תחמוצות החנקן האטמוספריות, אינה מייצגת כשלעצמה השפעה מועילה על איכות האוויר משום שהרעילות היחסית של הגזים המרכיבים אינה מקבילה ל -10 . חמצון photatalyalytic של גזים NOX בצע את הרצף NO → HONO → NO 2 → HONO 2 (NO 3 - ) הרעילות הגבוהה יותר של NO 2 ביחס ל- NO (על-ידי גורם שמרני של 3), פירושה שההמרה החמצונית של NO עד ניטראט ( כלומר סלקטיביות הניטראט ) חייבת להיות מוגברת. כתוצאה מכך, האמצעים לספק הן פעילויות גבוהות חנקתי גבוה<html> יש לבחור במיקוד. באשר קטליזה באופן כללי, שטחים פנימיים גבוהים נדרשים עבור ספיחה של מולקולות מגיבים. Nanoparticulate TiO 2 מבטיח את השטח משטח ספציפי גבוה נדרש פעילות photocatalytic גבוהה בתנאי חלקיקים כראוי מפוזרים 9 . עם זאת, כאשר מוחל על בטון על ידי ערבוב לתוך בנדר קלסר, agglomeration יכול להתרחש, הפחתת שטח פני השטח יעיל, תגובות מלט הידר יכול להוביל חסימה photocatalyst, הפחתת שטח נגיש יותר וחסימת הזרז מ הפעלת אור ראשון 1 , 11 . ביצועים משופרים באופן משמעותי ולכן ניתן לצפות כאשר זמין השטח זרז נגיש נשמר טוב יותר מבנים photocatalytic יעיל יותר. אלה כללו זרזים נתמך על פני השטח בטון חשופים אגרגטים במבני zeoliteהתחת = &quot;xref&quot;&gt; 2 , 12 . עמידות של מבנים אלה תלוי מאוד על כמה טוב קשורה הזרז הוא תומך שונים. היתרונות של מליטה כימית TiO 2 על מצעים לעתים קרובות כבר התייחס בספרות 8 , 13 אבל האמצעים של אפיון דרגת הכריכה היה מעורפל. אף על פי כן, שלמות הקשר הכימי ביחס למשיכה פיזית מהווה הזדמנות לפתח מבנים חזקים על פני הבטון. עם זאת, ההשפעה של קשר כימי בין TiO 2 לבין המצע, למשל קוורץ, כדי לספק הצמדה Ti-O-Si, על תכונות אופטי ו photocatalytic של TiO נתמך 2 לא נחקרו בעבר. לכן, את המיקוד של העבודה הנוכחית כבר בהקמת אמצעים כדי לייצר לכמת רמות של Ti-O-Si קשרים וקורלציה אלה עם photocatalyticתכונות של TiO נתמך 2 . לשם כך, מסחרי כמו גם מסונתז TiO 2 כבר מלוכדות, בשיטות שונות, על קוורץ SiO 2 חול (Q, כדוגמה פשוטה של ​​צבירה).

<table><tbody><tr><td>קוורץ</td><td>Aldrich</td><td>31623</td><td></td></tr><tr><td>tetrabutylorthotitania (TBOT)</td><td>Aldrich</td><td>244112</td><td></td></tr><tr><td>אתנול</td><td>Aldrich</td><td></td> אלכוהול <td>מוחלט</td></tr><tr><td>חומצה הידרוכלורית</td><td>Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>מים</td><td></td><td></td> נטולי יונים <td>18.2 MW&Omega;. ס"מ</td></tr><tr><td>Seives</td><td>Endecott</td><td></td><td></td></tr><tr><td>tetraethylorthosilicate (TEOS)</td><td>Aldrich</td><td>86578</td><td></td></tr><tr><td>PC105 (TiO2)</td><td>Cristal Global</td><td></td><td></td></tr><tr><td>תמיסת אמוניה</td><td>Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>טיטניום טטרה איזופרופוקסיד (TTIP)</td><td>Aldrich</td><td>87560</td><td></td></tr><tr><td>בריום סולפט</td><td>Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>לא ב-N2&nbsp; </td><td>BOC</td><td></td><td>100 עמודים לדקה</td></tr><tr><td>ספקטרופוטומטר FTIR</td><td>ספקטרום פרקין אלמר</td><td>Two&nbsp;</td><td>מצויד ב-UATR</td></tr><tr><td>דיפרקטומטר רנטגן</td><td>PAN אנליטי&nbsp;</td><td>אבקת X'Pert3</td><td>מצוידת ב-CuKa1 1.54 &Aring; מקור רנטגן</td></tr><tr><td>מיקרוסקופ אלקטרונים סורק</td><td>ISI</td><td>ABT55</td><td>ED מנתח רנטגן וגלאי BSE אנליטי לינק&nbsp;</td></tr><tr><td>מיקרוסקופ אלקטרונים שידור</td><td>Jeol</td><td>JEM-2000EX&nbsp;</td><td>שימוש במצלמת Gatan Erlangshen ES500W</td></tr><tr><td>ספקטרופוטומטר החזר מפוזר UV-vis</td><td>Agilent Technology</td><td>Cary 60&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>בקרי זרימת מסה</td><td>Bronkhorst</td><td></td><td></td></tr><tr><td>צג לחות</td><td>Rotronic</td><td>Hygropalm</td><td></td></tr><tr><td>סימולטור סולארי</td><td>Sciencetech</td><td>SS0.5kW</td><td>1.5 AM מסנן בשימוש</td></tr><tr><td>גלאי תרמופיל פס רחב</td><td>Gentec EO</td><td>XLP12-3S-H2-D0</td><td></td></tr><tr><td>מנתח NOx</td><td>מוניטורים אוויר בע"מ</td><td>Thermo Scientific דגם 42i-HL</td><td></td></tr></tbody></table>

ההשפעה של מליטה כימית interfacial ב tio<sub&gt; 2</sub&gt; -sio<sub&gt; 2</sub&gt; מרוכבים על הביצועים שלהם nox photatalyalytic הפחתה

The Effect of Interfacial Chemical Bonding in TiO2-SiO2 Composites on Their Photocatalytic NOx Abatement Performance

מליטה כימית של photocatalysts חלקיקים למשטחים חומר תמיכה הוא בעל חשיבות רבה בהנדסה יעיל יותר מבנים מעשיים photocatalytic. עם זאת, ההשפעה של מליטה כימית כזו על המאפיינים האופטיים פני השטח של photocatalyst ולכן פעילות photocatalytic שלה / תגובה סלקטיביות התגובה לא נחקרה באופן שיטתי. בחקירה זו, TiO 2 נתמך על פני השטח של SiO 2 באמצעות שתי שיטות שונות: (i) על ידי היווצרות באתרו של TiO 2 בנוכחות קוורץ חול דרך שיטת ג&#39;ל סול מעסיקה tetrabutyl אורתוטטיניום (TBOT ); ו (ii) על ידי מחייב את המסחרי אבקת TiO 2 כדי קוורץ על פני השטח סיליקה ג&#39;ל שכבת נוצר מתגובה של קוורץ עם tetraethylorthosilicate (TEOS). לשם השוואה, חלקיקי TiO 2 הופקדו גם על משטחים של SiO תגובתיים יותר 2 שהוכן על ידיהידרווליזה נשלט טכניקה ג&#39;ל סולארית, כמו גם דרך מסלול ג&#39;ל סול מ TiO 2 ו מבשרי SiO 2 . השילוב של TiO 2 ו- SiO 2 , באמצעות קשרי טאי-סי-אינטרפייאליים, אושר על ידי ספקטרוסקופיית FTIR והפעולות הפוטוקליטיות של חומרים מרוכבים שהתקבלו נבדקו על פירוק פוטוקטליטי של NO בהתאם לשיטת תקן ISO (ISO 22197-1) . תמונות מיקרוסקופ אלקטרונים של החומרים שהתקבלו הראו כי כיסוי photocatalyst משתנה של משטח התמיכה יכול להיות מושגת בהצלחה אבל הפעילות photocatalytic כלפי הסרת NO נמצא להיות מושפע שיטת הכנה ואת סלקטיביות חנקתי מושפע לרעה על ידי Ti-O-Si קשר.

קרני רנטגן (XRD) דפוסי XRD של חול קוורץ uncoated (ש), מוכן TiO 2- Sii 2 מרוכבים ו TiO 2 בהעדר קוורץ מוצגים באיור 2 . עמדות שיא לאשר את נוכחותו של anatase ב TIO 2 רק מדגם כמו גם TiO 2- סיו 2 מרוכבים, למעט הכנה ב 400 ° C (QT1) שבו לא ברור TiO 2 פסגות הם נצפו. במקרים אחרים, ההבדלים בין הדגימות השונות בעוצמות השיא ורוחב הם בשל ההבדלים בגודל החלקיקים ואת מידת הקריסטליניטי. עבור QT1, היעדר של TiO 2 פסגות ניתן לייחס גם לרמה נמוכה של crystallinity או כמות נמוכה מאוד של TIO 2 טעון על קוורץ בתנאים אלה הכנה. עם זאת, שידור מיקרוסקופית אלקטרונים ( איור 3 ) מראה QT1כדי להיות מעוטר nanoparticulate Tio 2 חלקיקים, אשר, תחת הגדלה גבוהה, מוצגים להיות nanospheres מגובבים. <img alt="איור 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56070/56070fig2.jpg" /> איור 2: XRD דפוסי טהור TiO 2 ו TiO 2- SiO 2 מרוכבים הוכן על ידי שיטות שונות. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56070/56070fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56070/56070fig3.jpg" /> איור 3: תמונות TEM של Titania מצופה SiO 2 דוגמאות; (א) QT1 (ב) QT2 ו (ג) ST1 ב נמוך (1) גבוה (2) magnify<html> קטיון תמונות. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56070/56070fig3large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> מפזר ספקטרוסקופיה מפוזר איור 4 מציג את ספקטרום הקליטה מול UV של הדגימות שהוכנו, כפי שבאה לידי ביטוי בתפקוד Kubelka-Munk ששונה [F (R ∞ ) h] 1/2 , מתויג כפונקציה של אנרגיית פוטון במקרה הנדרש למוליכים למחצה עקיפים. הספקטרום הם גם בקנה אחד עם נוכחות של TiO 2 ולהראות כי TiO 2 טוען על פני השטח של SiO 2 יש השפעה זניחה על הפער הלהקה. עם זאת, משמרת קטנה לרמת אנרגיה גבוהה יותר (כ 3.3 eV) נצפתה עבור מדגם תחמוצות מעורבים (ST2) המציין אפקט פער פער הלהקה. <html> Tp_upload / 56070 / 56070fig4.jpg &quot;/&gt; איור 4: המרה מפוזר מפנה ספקטרה (מגרשים Tauc) עבור TiO 2 ו TiO 2- Sii 2 מרוכבים. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56070/56070fig4large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> פורייה המרה ספקטרוסקופיה אינפרא אדום (FTIR) איור 5 מציג את הספקטרום FTIR של SiO 2 / TiO 2 דגימות תחמוצת מעורבת של TiO 2- S מרוכבים. עדויות עבור מחייב כימי של TiO 2 כדי SiO 2 ניתן לראות בטווח בין 900 - 960 ס&quot;מ -1 להקצות את Si-O-Ti מתיחה מצב vibrational 15 ; כצפוי, לא שיא הקליטה בשל מצב זה נצפתה עבור SiO 2 או TiO 2 . -together.within-page = &quot;1&quot;&gt; <img alt="איור 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56070/56070fig5.jpg" /> איור 5: ספקטרה FTIR של Tio 2 (T1), SiO 2 , סיליקה תגובתי שונה עם TiO 2 (ST1), SiO 2- Tio 2 תחמוצת מעורבת שהוכנו באמצעות סול ג &#39;ל שיטה (ST2), קוורץ (Q) ו TiO 2 - שונה דוגמאות קוורץ (QT1, QT2) . לשם הבהירות, הספקטרום של T2 אינו מוצג, אך הוא זהה ל- T1. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56070/56070fig5large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> טיו 2- מרוכבים קוורץ למרות המידול המולקולרי על ידי Tokarsky et al. 16 הצביע על האפשרות של Ti-O-Si על קוורץ חול, הם לא היו מסוגלים לראות ראיות ברורות עבור Ti-O-Si ניסיוני בעקבות הידרוליזה תרמית שלגופרית titanyl בנוכחות קוורץ. עם זאת, כפי שניתן לראות בתרשים 5 , ספיגה נמוכה מאוד IR ניתן להבחין בטווח 920 - 960 ס&quot;מ -1 עבור מרוכבים QT1 דומה במחקר זה המציין כמות קטנה של מליטה Ti-O-Si. QT2 מציגה ספיגה משמעותית יותר עשוי להיות קשורה אינטראקציה של TiO 2 עם יותר תגובת TEOS ציפוי משטח קוורץ. סביר להניח כי TiO 2 קשורה עם סיליקט מבוסס סיליקט מבוסס במקום משטח קוורץ. מערכות תחמוצת מעורבת ספיגת FTIR הגבוהה ביותר שנמדדה במחקר זה נצפתה עבור ST2, נגזר התגובה של מבשרי אורגני. מערכת כזו צפויה למקסם את הפיזור ואת ערבוב של המגיבים אשר עולה בקנה אחד עם הנתונים FTIR. ST1 ניצלה מראש סיליקה מראש אבל למרות המשטח תגובתי, וכתוצאה מכך ספיגת FTIR אנימצביע על רמה נמוכה יחסית של מליטה. סריקת מיקרוסקופיה אלקטרונית (SEM) האפקטיביות של הסרט מבוסס סיליקט על קוורץ (QT2) לתמיכה יעילה של TiO 2 נבדקה על ידי SEM. הרבה תלוי כמה טוב הסרט עצמו מעילים את המצע קוורץ. איור 6 משווה את SEM-EDS של Tio 2 מסחרי (PC105) מפוזרים בתוך הסרט הזה נגזר TEOS עם TiO 2 ביחס 1: 1 טוחנת (QT2). הסרט סיליקט נמצא כי היה משותק inhomogenously על גרגרי כמו באזורים מסוימים להישאר נקי של ציפוי סיליקט. כתוצאה מכך, במקרה זה, TiO 2 , הקשורים שלב סיליקט מבוסס ג&#39;ל, הוא גם מופץ inhomogeneously ולא מלוכדות ישירות על משטח קוורץ. זה עולה בקנה אחד עם תמונה TEM באיור 3 ב (2). ציפוי סיליקט (הימנית העליונה של התמונה) נותן EDSניתוחים דומים עם זה שדווח באיור 6 (ד) המציין את הקשר של TiO 2 עם שכבת סיליקט. <img alt="איור 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56070/56070fig6.jpg" /> איור 6: תמונות SEM עבור (א) קוורץ חשוף (ב) מדגם QT2. נתוני EDS מקבילים מוצגים ב c ו- d בהתאמה. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56070/56070fig6large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> ביצועים photatalyalytic איור 7 מראה דוגמה של השינויים בריכוזים של NO, NOx, ו NO 2 בזרם הגז זורם על Tio 2 (PC105) בחושך מתחת חולההארה. כאשר האור היה מופעל, הריכוז הראשונית NO נופל על ידי כ. 48% עם היווצרות סימולטני של NO 2 . כתוצאה מכך, הריכוז של NOx, המבטא בעיקר את ריכוזי NO ו- NO 2 , מצטמצם בזמן הארה. מסלול ההמרה המוצע של NO לאחר ספיגתו על מואר photoatalyst TiO 2 מבוסס ניתן לסכם את התוכנית הבאה: NO → HONO → NO 2 → HONO 2 (NO 3 - ) זה גם יכול להיות שם לב מ איור 7 כי ריכוז NO גדל מעט ומתמיד במהלך כל זמן הקרנה. זה ממחיש גישה למצב מצב יציב ניתן לייחס את הצבירה על availablE אתרים פעילים של photocatalytically NO מוצרים חמצון, כלומר HNO 2 / NO 2 - ; NO 2 ; ו HNO 3 / NO 3 - , אשר עשויים להשפיע על שיעורי ספיחה לא. Bloh et al. דיווחו כי השגת מצב יציב במערכת זו דורשת מספר שעות של תאורה. <img alt="איור 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56070/56070fig7.jpg" /> איור 7: וריאציות ריכוז עבור NO, NO 2 , ו NOx כפונקציה של זמן: (א) ללא photocatalyst או תמיכה (ב) קוורץ בלבד, ו (ג) PC105. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56070/56070fig7large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> כדי לקבוע ולהשוות את הפעילות של TiO שהושג <suB&gt; 2-SiO 2 מרוכבים עבור הפחתה NOx, יעילות פוטוניים (ξ) להסרת NO, NOx ואת היווצרות של NO 2 חושבה באיור 8 . <img alt="הספרה 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56070/56070fig8.jpg" /> איור 8: יעילות פוטונית של TiO 2 ו TiO 2- SiO 2 אבקות מרוכבים NO ו NOx להסרת ו NO 2 גיבוש. מערכות דומות ישירות מזוהות עם אותם סמלים, נתמכים לעומת זוגות שאינם נתמכים. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56070/56070fig8large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> Ξ מוגדר כיחס בין קצב התגובה לבין שטף הפוטוןעל פי Eq. (9) 18 , שם <img alt="משוואה 1" src="/files/ftp_upload/56070/56070eq1v2.jpg" /> הוא קצב הזרימה הנפחתי; C d הריכוז של NO, NOx, או NO 2 בתנאים חשוכים; ג 1 ריכוז אותו גז תחת תאורה; P הלחץ; N קבוע אבוגדרו; H הוא קבוע פלנק; C היא מהירות האור; אני עוצמת הקרינה האירוע, λ אורך הגל המועסקים בהנחה אור מונוכרומטי (365 ננומטר), אזור מוקרן; R קבוע הגז; ו- T הטמפרטורה המוחלטת. <img alt="משוואה 2" src="/files/ftp_upload/56070/56070eq2.jpg" /> (9)

ההתמקדות של העבודה הנוכחית היא להקים אמצעים כדי לייצר לכמת רמות של Ti-O-Si קשרים וקורלציה אלה עם המאפיינים photocatalytic של TiO נתמך 2 .

ההשפעה של מליטה כימית interfacial ב TiO<sub&gt; 2</sub&gt; -SiO<sub&gt; 2</sub&gt; מרוכבים על הביצועים שלהם NOX photatalyalytic הפחתה

The chemical bonding of particulate photocatalysts to supporting material surfaces is of great importance in engineering more efficient and practical ...

המטרה הכללית של הליך זה היא להעריך באופן כמותי את היתרונות של פוטוקטליזים נתמכים ביישומים סביבתיים, ולהבין את ההשלכות של הקשירה הכימית בין הקטליזים לתומכים שלהם על היבטי DeNOx של ניהול איכות. שטח הפנים הנגיש הגדול יותר המוצע על ידי פוטוקטליזים נתמכים מרמז על יכולת יעילה יותר להפחית ריכוזי NOx באטמוספירה. עם זאת, מעט ידוע על השפעת התומך על ביצועי הקטליז והתכונות שלו.NOx מורכב בעיקר מ-NO ו-NO2. ל-NO2, הרעיל יותר, יש את ההשפעה השלילית הגדולה ביותר על איכות האוויר, ולכן פוטוקטליזטורים חייבים להפגין סלקטיביות גבוהה מאוד לחמצון של NOx לניטרטים. הדסקריפטור הטכני המוצג כאן מספק תובנות שניתן להשתמש בהן בתכנון ובפיתוח פתרונות לניהול איכות האוויר העירוני, כגון תמיכה של פוטוקטליזטורים על פני השטח של תשתיות בטון.להכנת הקומפוזיט QT1, ראשית טחנו בטחנת כדורים קוורץ מסחרי למשך 15 דקות. נפו את אבקת הקוורץ הטחונה כדי לקבל חלקיקי קוורץ בגדלים שבין 20 ל-100 מיקרון. לאחר מכן, ערבבו 2.6 milliliters של 97% titanium butoxide עם 29.6 milliliters של אתנול מוחלט כדי להכין תמיסת פרקורסור של טיטניום.השעה שלושה גרמים של אבקת קוורץ טחונה ומנופה ב-30 גרם של תמיסת סמן הטיטניום. הוסף לתמיה 0.3 מיליליטר של חומצה כלוריסטית 32% וערבב במשך חמש דקות. לאחר מכן, הוסף 30 מיליליטר של מים דאיוניים וערבב את התמיה למשך הלילה.בשלב הבא, העבירו את התו suspension הצמיגי לצחנת פטרי. המתינו למהלכה של אידוי הממס שנותר למשך הלילה בתנאי סביבה. לאחר מכן, שטפו את הקוורץ שעבר טיפול בטיטניום על ידי השעיה חוזרת של הקוורץ המטופל במים דה-יוניים, צנטריפוגציה של התו suspension ושפיכת הנוזל העליון (supernatant).ייבשו את האבקה בטמפרטורה של 90 °C למשך לילה, ולאחר מכן בצעו טיפול תרמי לאבקה היבשה בטמפרטורה של 400 °C למשך 20 שעות. קררו את אבקת הקומפוזיט שעברה טיפול תרמי באוויר וסננו את האבקה כדי להסיר חלקיקים שגודלם קטן מ-20 microns. אחסנו את האבקה במכל אטום.להכנת הקומפוזיט QT2, ראשית ערבבו 23.3 milliliters של TEOS עם 29.2 milliliters של אתנול מוחלט. הוסיפו לתמיסה זו 7.2 milliliters של מים דה-יוניים ו-0.4 milliliters של חומצה כלורית בריכוז 3.6 weight percent, וערבבו במשך 10 ימים בטמפרטורת החדר. לאחר מכן, השעו 0.2 grams של טיטנייה אנאטז פוטוקטליטית בתוך 100 milliliters של אתנול מוחלט.הוסיפו לכך 1.46 milliliters של תמיסת TEOS כדי להגיע ליחס מולרי של טיטניה ל-TEOS של אחד לאחד. ערבבו בעדינות את התושה בטמפרטורת החדר למשך לילה. לאחר מכן, הניחו שני גרמים של קוורץ מסחרי מסונן וטחון בבקבוק תחתית עגולה.ציידו את הבקבוק במעבה, במגנט Stir bar ובשואב מים (water aspirator). התחילו להוסיף את תערובת ה-TEOS והטיטניה בטיפות אל הקוורץ בטמפרטורה של 80 °C תחת לחץ מופחת. כאשר נוסף נפח מספיק כדי להשעות את הקוורץ, התחילו לערבב את התו suspension.המשיכו בערבוב עד להשלמת ההוספה. ייבשו את האבקה שנוצרה בטמפרטורה של 90 °C למשך לילה, ולאחר מכן בצעו טיפול תרמי במשך ארבע שעות בטמפרטורה של 200 °C. קררו את האבקה באוויר והסירו חלקיקים קטנים באמצעות נפה.להכנת תרכובת ה-ST1, יש להוסיף תחילה 5 milliliters של TEOS ל-40 milliliters של אתנול מוחלט ולערבב את התמיסה במשך 30 דקות. במכל נפרד, יש לערבב 8 milliliters של אמוניה בריכוז של 25% משקל עם 30 milliliters של מים דה-יוניים ו-18 milliliters של אתנול מוחלט, ולערבב גם זאת במשך 30 דקות. יש להוסיף את תמיסת ה-TEOS לתמיסת האמוניה ולערבב במשך שלוש שעות בטמפרטורת החדר כדי להפיק מיקרו-ספירות של סיליקה.סבבו את ת сусפנזיית הסיליקה בצנטריפוגה ב-1,252 ×g למשך 30 דקות ושפכו את הנוזל העליון. שטפו את הסיליקה על ידי סבב בצנטריפוגה עם מנות של 40 milliliters של אתנול מוחלט שלוש פעמים, ולאחר מכן ייבשו את הסיליקה ב-105 °C למשך 48 שעות. לאחר מכן, השביו גרם אחד של מיקרו-ספירות סיליקה יבשות ב-30 milliliters של אתנול מוחלט.בצע סוניקציה לתמיחה באמבט אולטרסוני למשך 10 דקות ולאחר מכן ערבב את התמיחה למשך 30 דקות. הוסף בזהירות מיליליטר אחד של 97% titanium butoxide לתמיחת הסיליקה וערבב את התערובת בטמפרטורת החדר למשך 24 שעות. לאחר מכן, הוסף לתערובת שני מיליליטרים של מים דאיוניים ושמונה מיליליטרים של אתנול מוחלט והמשך בערבוב למשך שעתיים נוספות.סבב את התערובת בצנטריפוגה, שפוך את הנוזל העליון ושטוף את האבקה שלוש פעמים במנות של 40 mL של אתנול מוחלט. ייבש את האבקה בטמפרטורה של 105 °C למשך 48 שעות ולאחר מכן בצע טיפול תרמי באבקה בטמפרטורה של 500 °C למשך שלוש שעות. קרר ונפה את האבקה.להכנת הקומפוזיט ST2, ראשית ערבבו 58.4 milliliters של אתנול מוחלט, 14.4 milliliters של מים דה-יוניים ו-0.8 milliliters של חומצה כלורית בריכוז 3.6 weight percent. הוסיפו לפתרון זה בטפטוף 0.89 milliliters של TEOS וערבבו את התערובת בטמפרטורת החדר למשך שעה אחת. לאחר מכן, הוסיפו 4.74 milliliters של titanium tetraisopropoxide וערבבו בטמפרטורת החדר למשך הלילה.בשלב הבא, חממו את התערובת ל-80 °C וערבבו במשך שעה אחת כדי להשלים את המרת הסול-ג'ל. ייבשו את הג'ל ב-90 °C למשך לילה. בצעו טיפול תרמי בג'ל למשך חמש שעות בכל אחת מהטמפרטורות 450 ו-500 °C כדי לקבל את אבקת הקומפוזיט.קררו את אבקת התרכובת באוויר ונסננו את האבקה כדי להסיר חלקיקים קטנים. לביצוע בדיקות פעילות פוטוקטליטית, ארזו את אבקת התרכובת הרלוונטית בתוך מחזיק דגימה של מכשיר לבדיקה פוטוקטליטית. הקרינו את הדגימה באור UV באורך גל של 320 nanometer למשך לילה.יש לחשוף כל דגימה לקרינה פולטת לפני הכנסתה לריאקטור Heraeus. פעולה זו מבטלת את השפעתם של מזהמים שנספגו מראש על הביצועים הפוטוקטליטיים. מיקום הדגימה הוא קריטי אף הוא על מנת להשיג את תנאי הזרימה הנדרשים.כסו את הדגימה שהוקרנה בזכוכית בורוסיליקט. מקמו את הדגימה תחת סימולטור שמש וחברו את הפטוראקטור לקווי הכניסה והיציאה של הגז במערכת הבדיקה. לאחר מכן, העבירו NO ו-N2 באוויר דחוס מעל הדגימה בלחות של 40%.יש לנטר ולתעד את ריכוזי ה-NO, NO2 ו-NOx בזרימת הגז ביציאה. עקיפת קרני X (X-ray diffraction) של הקומפוזיטים של טיטניה טהורה וקוורץ לא מצופה הראתה כי טיטניה נוכחת כ-anatase כמעט בכל הקומפוזיטים במידה משתנה. מיקרוסקופיית אלקטרונים חודרת (Transmission electron microscopy) אישרה את נוכחותן של ננו-ספירות טיטניה מאוגלמרים בכל דגימות הקומפוזיט.ספקטרומי FTIR של החומרים המרוכבים הראו שיאים המיוחסים למצב רטט מתיחה של סיליקון-חמצן-טיטניום. מידת הקישור הכימי בין הסיליקה לטיטניה נאמדה עבור כל חומר מרוכב על סמך היחס בין השטחים תחת שיאי הסיליקון-חמצן-טיטניום לבין שיאי הסיליקה המתאימים. נצילות פוטוניות חושבו עבור החומרים המרוכבים, הקוורץ התומך ואבקות הטיטניום ממדידות של המרת NO ו-NOx ומיווצרות NO2.הנצילות ביחס לאחוז טעינת הטיטניה הייתה גבוהה יותר עבור כל חומרי הקומפוזיט. באופן בולט, חומר ה-QT2 השיג 73% מביצועי חמצון ה-NO של הפוטוקטליזטור המקביל, עם 6.5% בלבד ממסת הפוטוקטליזטור. הסלקטיביות לחנקות של כל חומר קומפוזיט הושוותה לזו של אבקת הטיטניה המקדימה המקבילה.הירידה הגדולה ביותר בסלקטיביות נצפתה בין T2 ל-ST2. לקומפוזיט ST2 היה יחס גבוה יחסית של קשרי טיטניום-חמצן-סיליקון, מה שמעיד על כך שרמת הקישור משפיעה על הסלקטיביות לחנקתים. הליך זה מציע אמצעי יעיל לתכנון ותיקוף של מבני קומפוזיט פוטוקטליטיים בעלי יעילות גבוהה.ניתן להנחית פוטוקטליזטורים אלו על מבני בטון במרכזי ערים שבהם זיהום NOx מפליטות רכב הוא גבוה במיוחד.

the-effect-interfacial-chemical-bonding-tio2-sio2-composites-on-their

Research

JoVE Journal

Chemistry

כימיה

מתוארת סינתזת הסול-ג'ל בתיווך פעילי שטח של מונוסודיום טיטנאט בגודל ננומטר, יחד עם הכנת החומר המתאים שהשתנה במי חמצן. מוצגת גם תגובת חילופי יונים עם Au(III).

כימית סינתזת תגובה של nanosize מונוסודיום Titanate

פרוטוקול למדידה מירויות להבת תערובת תגובתי המורכבת nonoxide tetraiodine (לי 4 O 9) ואלומיניום (Al) מוצג. שיטה לפתרון קינטיקה תגובה באמצעות סריקת calorimetry דיפרנציאלי (DSC) מוצגת אף הוא. נמצא כי לי 4 O 9 הם 150% תגובתי יותר יוד אחרות (V) תחמוצות.

קינטיקה התגובה ו שרפה Dynamics של לי<sub&gt; 4</sub&gt; O<sub&gt; 9</sub&gt; ותערובות אלומיניום

כאן, אנו מציגים פרוטוקול לסינתזה באתרו של חלקיקי זהב (AuNPs) בתוך מרחב interlayer של סרטי titanate שכבתיים ללא הצבירה של AuNPs. אין שינוי ספקטרלי נצפה גם לאחר 4 חודשים. החומר המסונתז יש לצפות יישומי קטליזה, צילום-קטליזה, לבין ההתפתחות של מכשירי plasmonic חסכוניים.

באתרו הסינתזה של זהב חלקיקים ללא צבירה במרחב Interlayer של סרטים שקופים Titanate Layered

כתב יד זה מציע שיטה בכימיה רכה לסינתזה של מיקרוספירות זכוכית חלולות (HGM) סופר-הידרופוביות בציפוי TiO2 עם תכונות רפלקטיביות IR גבוהות.

טיו<sub&gt; 2</sub&gt; מיקרוסכמות זכוכית החלולה מצופית עם מאפיינים הידרופוביים ו- High IR-רעיוניים מסונתז על ידי שיטת Soft-כימיה

עבודה זו מספק הליך ניסיוני מפורט עם העדות של Sb2S3 בשכבה mesoporous TiO2 באמצעות SbCl3-פתרונות מורכבים thiourea עבור יישומים Sb2S3-רגיש תאים סולריים. מאמר זה קובע גם גורמים מרכזיים המסדירים את התהליך התצהיר.

מפתח גורמים המשפיעים על הביצועים של Sb2S3-רגיש תאים סולריים במהלך Sb2S3 התצהיר ויה SbCl3-עיבוד פתרון מורכב thiourea

כאן, אנו מציגים פרוטוקול כדי להכין הן העברת תשלום המבוסס על קרום polyoxometalate/פולימרים מרוכבים.

הכנה של ממברנות צילום תגובה מבוססת-Polyoxometalate צילום-הפעלת זרזים תחמוצת מנגן

מוצג כאן פרוטוקול לחקר סדרה אוניברסלית של הליכים ניסיוניים להערכת מעבדה מקיפה של פוטוזרזים בתחום הטיהור הסביבתי, תוך שימוש בדוגמה של הסרה פוטוקטליטית של מולקולות מזהמים אורגניים אנטיביוטיים ממים על ידי תרכובות פוספט כסף רגישות לפתלוציאנין.

שיטה מלאה להערכת הביצועים של photocatalysts עבור השפלה של אנטיביוטיקה בתיקון סביבתי

פרוטוקול זה מתאר את ההערכה האם מריחת טיטניום דו חמצני על בטון משפרת את תכונותיו הפיזיקליות, ובכך מגבירה את עמידותו בפני השפעות אסונות טבע הנגרמים על ידי אירועי קיצון.

הערכת עמידות אסונות של בטון עם ננו-חלקיקי טיטניום דו חמצני

מוצגת טכניקת סינתזה להכנת ה-ZnCoS/ZnCdS המגיב לאור הנראה עם פוטו-קטליזטור במבנה גבישי תאום וטכניקת בדיקת תגובת הפוטו-רדוקס של הפעילות הפוטו-קטליטית והסלקטיביות שלו באבולוציה של H2 וייצור בנזלדהיד.

סינתזה והערכות ביצועים של ZnCoS/ZnCdS עם מבנה גביש תאום עבור פוטו-קטליזה רב-תכליתית של חמצון חיזור ביישומי אנרגיה

קורות תלת ממדי (3D) microstructured מרוכבים מיוצרים באמצעות החדירה המכוונת והמקומית של nanocomposites לרשתות microfluidic נקבוביים 3D. הגמישות של שיטת ייצור זו מאפשרת הניצול של חומרי תרמופלסטיים שונים וnanofillers כדי להשיג מגוון רחב של מוצרי nanocomposite חיזקו 3D הפונקציונלי מקרוסקופית.

ייצור של Nanocomposites microstructured תלת ממדי באמצעות Microfluidic הסתננות

חקור את הקשר בין קשרי Ti-O-Si לבין יעילות הפוטוקטליזה בקומפוזיטים של TiO₂-SiO₂. מחקר זה מספק תובנות לפיתוח חומרים יעילים להפחתת זיהום NOx באוויר עירוני.

ההשפעה של מליטה כימית interfacial ב TiO

גלה סרטונים נוספים