वर्तमान काम का ध्यान केंद्रित करने के लिए तिवारी-ओ-सी लिंक के स्तर को मापने और मात्रा निर्धारित करने के लिए और समर्थित टीओओ 2 के फोटोकेटalytिक गुणों के साथ इन्हें सहूलित करने का मतलब है।
भौतिक सतहों का समर्थन करने के लिए कण फोटोकैटालिस्ट के रासायनिक संबंध, इंजीनियरिंग में अधिक कुशल और व्यावहारिक फोटोकेटेटिकल संरचनाओं का बहुत महत्व है। हालांकि, फोटोकैटालिस्ट के ऑप्टिकल और सतह गुणों पर इस तरह के रासायनिक बंधन का प्रभाव है और इस प्रकार इसकी फोटोकेटलाइटिक गतिविधि / प्रतिक्रिया चुनिंदा व्यवहार को व्यवस्थित रूप से अध्ययन नहीं किया गया है। इस जांच में, टीओओ 2 को दो अलग-अलग तरीकों के माध्यम से एसआईओ 2 की सतह पर समर्थन दिया गया है: (i) टीओओ 2 की स्थिति में रेत क्वार्ट्ज की उपस्थिति में एक एसएल-जेल विधि के माध्यम से टेट्राब्युटिल ऑर्थोटेटियम (टीबीओटी) ); और (ii) क्वार्ट्ज़ पर टीएआरओ 2 पाउडर को बाइंडिंग करके क्वार्ट्ज़ को सतह सिलिका जेल परत पर बाइट करके टेट्राइथिलोर्लोसिलिसेट (टीईओएस) के साथ क्वार्ट्ज की प्रतिक्रिया से बनता है। तुलना के लिए, टीओओ 2 नैनोकणों को एक अधिक प्रतिक्रियाशील SiO 2 की सतह पर जमा किया गयाहाइड्रोलाइज़िस-नियंत्रित सोल-जेल तकनीक के साथ ही टीओ 2 और सीओ 2 के अग्रदूतों से सोल-जेल मार्ग के माध्यम से। टीओओ 2 और एसआईओ 2 के संयोजन, इंटरफेसियल ति-ओ-सी बांड के माध्यम से, एफटीआईआर स्पेक्ट्रोस्कोपी द्वारा पुष्टि की गई थी और प्राप्त कंपोजिट्स की फोटोकेटलाइटिक गतिविधियों को आईएसओ मानक पद्धति (आईएसओ 22197-1) के अनुसार NO के फोटोकेटलाइटिक डिग्रेडेशन के लिए परीक्षण किया गया था। । प्राप्त सामग्री के इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप की छवियों से पता चलता है कि समर्थन की सतह के चर फोटोकेटलाइस्ट कवरेज को सफलतापूर्वक प्राप्त किया जा सकता है, लेकिन कोई हटाने की दिशा में फोटोकेटलाइटिक गतिविधि को तैयारी विधि से प्रभावित पाया गया था और नाइट्रेट चयनात्मकता टी-ओ-सी द्वारा प्रतिकूल रूप से प्रभावित है संबंध।
कंक्रीट संरचनाएं हमारे समाज में सर्वव्यापी हैं आम तौर पर हमारे शहरी केंद्रों से जुड़ा हुआ है, उनका महत्वपूर्ण क्षेत्रफल शहरी माहौल 1 , 2 के साथ एक महत्वपूर्ण इंटरफ़ेस का प्रतिनिधित्व करता है। बिगड़ती शहरी हवा की गुणवत्ता के आर्थिक और स्वास्थ्य प्रभावों पर बढ़ती चिंताओं के साथ यह इंटरफ़ेस वायुमंडलीय उपायों के लिए एक महत्वपूर्ण अवसर प्रस्तुत करता है। टीओओ 2- आधारित फोटोकेटिस्टिस्ट का उपयोग एनओएक्स-दूषित हवा के उपचार में कुछ समय के लिए किया गया है, और इन उच्च सतह क्षेत्र के ठोस संरचनाओं पर उनका समर्थन, फोटोकेटalytिक सामग्रियों से जुड़ी अतिरिक्त कार्यक्षमता को ठोस प्रदान करता है: (i) आसान-सफाई, जिससे सामग्री जो सतहों के लिए गंदगी बाँधते हैं, उन्हें पानी से बारिश के पानी के साथ आसानी से धोने के लिए गंदगी को सक्षम करने से फोटोकेटलास्टिक रूप से अपमानित किया जाता है; (Ii) फोटो प्रेरित हाइड्रोफिलिसिटी, जो स्व-सफाई प्रभाव 3 को भी बढ़ाता है; और (iii) शहरी माहौल की शुद्धि आज, जो आमतौर पर वाहन उत्सर्जन द्वारा उन स्तरों पर प्रदूषित होती है जो कि अधिकतम स्वीकार्य स्तरों से अधिक है, खासकर नॉक्स 4 के संबंध में। टीओओ 2 , पर्यावरण संबंधी स्थिरता, अपेक्षाकृत कम कीमत, उच्च फोटोकेटलाइटिक गतिविधि, और वर्तमान में उपलब्ध टीओ 2 टॉक्सिकोलॉजी डेटा 5 द्वारा दर्शाए गए अनुसार सबसे ज्यादा महत्वपूर्ण रूप से पर्यावरण सुरक्षा के कारण पर्यावरणीय अनुप्रयोगों में सर्वाधिक सामान्यतः नियोजित फोटोकैटालिस्ट है।
Photocatalytic concretes ने यूरोप और अन्य जगहों पर परीक्षण साइटों पर वायुमंडलीय उपायों के लिए अपनी क्षमता का प्रदर्शन किया है। पिछले दो दशकों में फोटोकेटलाइटिक सीनिएंटियस सामग्री पर कई अध्ययन मुख्यतः उत्प्रेरक गतिविधि से निपटाया जाता है, जो आमतौर पर एनओएक्स एकाग्रता में कमी 1 , 6 , 7 के संदर्भ में प्रकट होता है <sup>, 8 , 9 हालांकि, अकेले गतिविधि फोटोकेटalytिक प्रभाव का एक अपर्याप्त संकेत है। वायुमंडलीय नाइट्रोजन आक्साइड की सांद्रता के योग के रूप में परिभाषित एनओएक्स एकाग्रता में कमी, वायु की गुणवत्ता पर उपयोगी प्रभाव का प्रतिनिधित्व नहीं करता है क्योंकि घटक गैसों के रिश्तेदार विषाक्तता 10 के बराबर नहीं हैं।
NOx गैसों के फोटोकेटalytिक ऑक्सीकरण क्रम का अनुसरण करते हैं
सं → हनो → नं 2 → हनो 2 (नं 3 – )
NO के संबंध में सं 2 के उच्च विषाक्तता (3, 10 के एक कारक के रूप में, conservatively) का मतलब है कि नाइट्रेट ( अर्थात नाइट्रेट चयनात्मकता ) के माध्यम से NO के ऑक्सीडेटिव रूपांतरण को अधिकतम किया जाना चाहिए। नतीजतन, दोनों उच्च गतिविधियों और उच्च नाइट्रेट वितरित करने का मतलब है चुनिंदा को लक्षित करना चाहिए
सामान्य रूप से उत्प्रेरित करने के लिए, प्रतिक्रियाओं के अणुओं के सोखना के लिए उच्च सतह के क्षेत्रों की आवश्यकता होती है। नैनोपार्टिक्यूलेट टियो 2 उच्च फोटोकेटलाइटिक गतिविधि के लिए आवश्यक उच्च विशिष्ट सतह क्षेत्र सुनिश्चित करता है कण पर्याप्त रूप से 9 छितरी हुई है हालांकि, जब सीमेंट बाइंडरिंग में मिश्रण करके कॉंक्रीटस पर लगाया जाता है, तो ढेर लग सकता है, प्रभावशाली सतह क्षेत्र को कम किया जा सकता है, और सीमेंट हाइड्रेशन प्रतिक्रियाओं से फोटोकैटिलेस्ट रोड़ा हो सकता है, जिससे पहुंच क्षेत्र को कम किया जा सकता है और उत्प्रेरक को सूरज की रोशनी 1 , 11 से सक्रिय करने से रोक दिया जा सकता है।
इस बात की उम्मीद की जा सकती है कि सुलभ उत्प्रेरक सतह क्षेत्र बेहतर कुशल फोटोकेटेटिकल संरचनाओं में संरक्षित है। इनमें कंक्रीट की सतह पर उभरने वाले समुच्चय और जिओलाइट संरचनाओं में समर्थित उत्प्रेरक शामिल हैंAss = "xref"> 2 , 12 इन संरचनाओं की स्थायित्व इस बात पर बहुत अधिक निर्भर करती है कि विभिन्न समर्थनों के लिए उत्प्रेरक कितनी अच्छी तरह बाध्य है रासायनिक बंधन TiO 2 को substrates के लाभ को अक्सर साहित्य 8 , 13 में संदर्भित किया गया है लेकिन बाध्यकारी की डिग्री को परिभाषित करने का मतलब अस्पष्ट है। फिर भी, शारीरिक आकर्षण के सापेक्ष एक रासायनिक बांड की अखंडता कंक्रीट की सतह पर मजबूत संरचनाओं को विकसित करने का एक अवसर प्रस्तुत करती है। हालांकि, समर्थित तिओ 2 के ऑप्टिकल और फोटोकेटलाइटिक गुणों पर टीओओ 2 और एक सब्सट्रेट, क्वार्ट्ज जैसे , के बीच एक रासायनिक बंधन का प्रभाव, तिवारी-ओ-सी लिंक प्रदान करने के लिए पहले से अध्ययन नहीं किया गया है। इसलिए, वर्तमान कार्य का फोकस तिऑ-ओ-लिंक के स्तर को उत्पन्न करने और मात्रा निर्धारित करने के लिए स्थापित करने के लिए किया गया है और इन्हें फोटोकेटाचलिकसमर्थित टियो 2 के गुण इस प्रयोजन के लिए, वाणिज्यिक और साथ ही संश्लेषित टियो 2 को क्वार्ट्ज सीओ 2 रेत पर (एक कुल का एक सरल उदाहरण के रूप में) विभिन्न तरीकों से बंधित किया गया है।
चित्रा 8 प्रत्येक photocatalytic सामग्री के लिए कोई फोटोनिक क्षमता के बीच काफी महत्वपूर्ण अंतर दिखाता है। प्रतिक्रियाशील सतह के लिए पहुंच बढ़ाने के लिए फोटोकैटालिस्ट का समर्थन करने के फायदे अब अच्छी तरह से स्थापित हैं और यह PC105 के लिए मापा गया कोई ऑक्सीकरण के लिए फोटोनिक दक्षता और इलाज क्वार्ट्ज (क्यूटी 2) पर समर्थित पीसी 105 के लिए अंतर के बारे में ध्यान देने योग्य है। Ξ सं (QT2) को पीसी 105 के लिए 73% से मापा गया था लेकिन QT2 में केवल TiO 2 लोडिंग का 6.5% था। स्पष्ट रूप से, समर्थित सिस्टम पर गतिविधि में सुधार महत्वपूर्ण होता है, लेकिन महत्वपूर्ण रूपात्मक मतभेदों के साथ माप की व्याख्या करते समय देखभाल लागू की जानी चाहिए।
Photocatalytic परीक्षण प्रणाली की एक प्रमुख विशेषता जो कि माप को प्रभावित करने की उम्मीद की जा सकती है, photocatalyst रिएक्टर में समर्थित नमूने की सतह बनावट है। यह प्रभावी सतह क्षेत्र को प्रभावित करता है। हिसाबΞ में एक क्षेत्र शब्द शामिल होता है लेकिन यह रिएक्टर नमूना धारक द्वारा परिभाषित रोशनी का एक दो-आयामी क्षेत्र है। टीओओ 2 पाउडर, यानी पीसी 105, टी 1 और टी 2 का कण आकार वितरण कम्पोजिट्स से बहुत अलग है, जहां टीओओ 2 'पाउडर' सीओ 2 व्यास के व्यास में 0.4-50 माइक्रोन में समर्थित है। इसका मतलब यह है कि फोटोकैटालिस्टिक सतह बनावट काफी चर है और रिपोर्ट की गई फोटोनिक क्षमता को प्रभावित करने की उम्मीद है। यह रिएक्टर प्रवाह विशेषताओं को भी प्रभावित करता है। पैकिंग विशेषताओं की वजह से रौशर बनावट, अधिक संभावना है कि लामिना का प्रवाह व्यवस्था आवश्यक है। इससे सतह पर सतह पर गैस अणु प्रसार की दर को प्रभावित करने की उम्मीद है और परिणामस्वरूप फोटोनिक दक्षता माप।
इन प्रभावों के परिणामस्वरूप, फोटोकेटलाइस्ट प्रकारों की सबसे उपयोगी तुलना अलग-अलग उत्प्रेरक पर माप से प्राप्त गुणों पर आधारित होना चाहिए। इस अध्ययन में,नाइट्रेट चयनात्मकता, जो ξ नहीं और ξ सं 2 (समीकरण 10) पर आधारित है, दोनों ही नमूने पर मापा गया है, बाद में चर्चा में उपयोग किया जाता है।
(10)
9 चित्रा: NOx, अर्थात् , नाइट्रेट चयनशीलता, विभिन्न टीओओ 2 और टीओओ 2 -सिओ 2 संमिश्र पाउडर के लिए रिकॉर्ड किए गए कुल निकासी की तरफ चुनिंदा। सीधे तुलनीय सिस्टम समान प्रतीकों के साथ पहचाने जाते हैं, समर्थित बनाम गैर-समर्थित जोड़े। इस आंकड़े के एक बड़े संस्करण को देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें
नाइट्रेट चयन को नियंत्रित करने वाले कारक जटिल और प्रासंगिक चर inclu होते हैंडे टियो 2 बहुरूपता, दोष राज्य, पानी की उपलब्धता आदि। 7 , लेकिन सब्सट्रेट बाध्यकारी की भूमिका, जिसे अक्सर फोटोकेटalytिक प्रदर्शन के लिए लाभदायक माना जाता है, अब भी माना जा सकता है। इसलिए गैर-बंधुआ और बंधुआ प्रणालियों के बीच नाइट्रेट चयनात्मकता मतभेदों पर चर्चा करना फायदेमंद है, यानी अकेला फोटोकैटालिस्ट बनाम फोटोकैटिलिस्ट-समर्थन कंपोजिट, जैसे पीसी 105 बनाम क्यूटी 2; जहां QT2 क्वार्ट्ज पर एक सिलिकेट कोटिंग में समर्थित PC105 का प्रतिनिधित्व करता है। ये नाइट्रेट चयनात्मकता अंतर तालिका 1 में संक्षेप हैं
photocatalyst | Photocatalyst-समर्थन | DSelectivity (%); (सापेक्ष चयन कमी (%)) | एफटीआईआईआर पीक क्षेत्र अनुपात; (तिवारी-ओ-सी) / सीओ 2 | ती-ओ-सी पेएक केंद्र (सेमी -1 ) |
PC105 | QT2 | (38.8-28.3) = 10.5; (-27) | 0.0088 | 960 |
टी 1 | ST1 | (16.0-10.6) = 5.4; (-34) | 0.0184 | 960 |
टी 2 | ST2 | (33.4-0) = 33.4; (-100) | 0.6566 | 920 |
टी 1 | QT1 | (16.0-15.6) = 0.4; (-3) | 0.0014 | 930 |
तालिका 1: समग्र संरचना का प्रभाव और फोटोकेटिस्टिस्ट प्रदर्शन पर तिवारी-ओ-सी बॉन्डिंग। पृष्ठभूमि में टीओ-ओ-सी (9 20 – 960 सेमी -1 ) को सिखाने वाली चोटियों के लिए एफटीआईआर शिखर क्षेत्रों को सही किया गया और एसआईओ 2 (9 090 से 1230 सेमी -1 ) के लिए चित्रा 5 से मूल पीक विश्लेषण सॉफ्टवेयर का इस्तेमाल किया गया। आयाम रहित क्षेत्र आरसारिणी 1 में संकेतित एटियोऑफ़ समग्र प्रणालियों में ति-ओ-सी बंधन की डिग्री के रूप में लिया जाता है। यह भी दिखाया गया है कि ती-ओ-सी लिंक से जुड़े शीर्ष केंद्र स्थितियां हैं। ये आंकड़े चित्रा 10 में संक्षेपित हैं
चित्रा 10: Photocatalyst- समर्थन सम्मिश्रण में तिवारी- O- सी बंधन के एक समारोह के रूप में SiO 2 के साथ संयुक्त विभिन्न टीओओ 2 सामग्री के लिए नाइट्रेट चयन में सापेक्ष कमी। इस आंकड़े के एक बड़े संस्करण को देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें
समग्र गठन पर सबसे बड़ी चुनौतीत्मक कमी, यानी जो कि परिवेशी वायु की गुणवत्ता पर सबसे बड़ा नकारात्मक प्रभाव दिखाएगा, इसे संयुक्त रूप से फोटोकैटलिस्ट टी 2 के लिए दर्शाया गया हैएक सिलिकेट अग्रदूत के साथ एक बेहद फैलकर जेल का उत्पादन होता है जिसमें तिओ-ओ-सी लिंक को अधिकतम किया जाता है। पीक क्षेत्र का विश्लेषण यह दर्शाता है कि टीओओ 2 के लगभग 65 तिल% एसआईओ 2 के साथ तिओ-ओ-सी कनेक्शन के साथ जुड़ा हुआ है, जो स्टेइचीओमेट्रिक टीओओ 2 : सिओ 2 अनुपात तैयारी (80%) के पास है और में आत्मविश्वास प्रदान करते हैं। पीक क्षेत्र अनुपात विश्लेषण यह भी उल्लेखनीय है कि तिओ-ओ-सी शिखर केंद्र कंपोजिट के लिए मनाया जाने वाला सबसे कम वावेम्बर पर स्थित है और सुझाव देता है कि रचनात्मक जानकारी तिवारी-ओ-सी पीक विशेषताओं में एम्बेड की जा सकती है। अन्य सभी कंपोजिट काफी-कम (ती-ओ-सी) / एसआईओ 2 पीक क्षेत्र अनुपात प्रदर्शित करते हैं, जो तिवारी-ओ-सी के निचले स्तर का संकेत देते हैं। चित्रा 10 से पता चलता है कि संबंध के इस स्तर को चुनिंदा के साथ सहसंबंधित किया जाता है, जो मुक्त खड़े उत्प्रेरक चयनात्मकता से प्रतिशत में कमी के रूप में व्यक्त किया गया है, यह दर्शाता है कि ति-ओ-सी बाध्यकारी का फोटोकेटalytिक NOx कमी पर नकारात्मक प्रभाव पड़ता है।
इन निष्कर्षों के परिणाम यह है कि एक बंधन प्रणाली के भौतिक स्थायित्व को सुनिश्चित करने के लिए एक समझौता किया जाना चाहिए ताकि फोटोकेटalytिक प्रदर्शन के महत्वपूर्ण नुकसान के बिना हो। संभावित तरीकों में शामिल हो सकते हैं: (i) समर्थित तिओ 2 कण आकार बढ़ाना जैसे कि 'स्टैंड-अलोन' फोटोकेटिस्टिस्ट के आंतरिक फोटोकेटलास्टिक गुणों को परिभाषित करने वाला फायदेमंद ति-ओ-टीआई बाँध, टी-ओ-सी द्वारा पतला नहीं है लिंकेज, और / या (ii) सब्सट्रेट के लिए एक पतली, छिद्रपूर्ण और टिकाऊ सतह कोटिंगिंग जैसे कि फोटोकेटलाइस्ट रिएक्टेंट गैस अणुओं और रोशनी के लिए सुलभ pores में फंस जाता है।
क्वार्ट्ज रेत या रिएक्टिव सिलिका क्षेत्रों के रूप में सिलिका को सफलतापूर्वक टीओओ 2 के साथ या तो बाध्यकारी व्यावसायिक टीओओ 2 फोटोकैटालिस्ट (पीसी 105) के माध्यम से संशोधित किया गया है, एक सिलिकेट-आधारित बाइंडर का इस्तेमाल किया गया है या विभिन्न तिवारी अग्रदूतों के हाइड्रोलिस-कंडेनसेशन प्रतिक्रियाओं के माध्यम से। फोटोकैटालिटीपरिणामस्वरूप कंपोजिट के सी प्रदर्शन की तुलना तिवारी-ओ-सी बाध्यकारी संबंधों के उच्च स्तर को बढ़ावा देने वाले सोल-जेल व्युत्पन्न मिश्रित ऑक्साइड प्रणाली के साथ की गई है। महत्वपूर्ण निष्कर्ष बताते हैं कि: (i) मिश्रित ऑक्साइड की तैयारी में टीओओ 2- सिओ 2 बाइंडिंग की डिग्री उच्च (65%) अपेक्षित है और तैयारी में स्टोइचीओमेट्रिक टीओओ 2: सीओ 2 अनुपात तक पहुंच जाता है। इस मिश्रित जेल प्रणाली ने तुलनीय एसएल-जेल व्युत्पन्न टीओओ 2 (टी 2) की तुलना में नाइट्रेट चयनात्मकता प्रदर्शित की, जिसमें 33% की चयनात्मकता दिखायी गयी, (ii) के रूप में सिलिकेट की सतह की प्रतिक्रिया कम हो जाती है, तिवारी-ओ-सी बाध्यकारी की डिग्री कम कर देता है; यह आदेश प्रतिक्रियाशील सिलिका क्षेत्रों (एसटी 1)> क्वार्ट्ज पर सिलिकेट जेल परत (क्यूटी 2)> बेयर क्वार्ट्ज, और (iii) टीओओ 2 की नाइट्रेट चयनात्मकता टी-ओ-सी बोडिंग के स्तर से प्रतिकूल रूप से प्रभावित होती है
The authors have nothing to disclose.
लेखक यूके इंजीनियरिंग और फिजिकल साइंस रीसर्च काउंसिल (अनुदान रिफ: ईपी / एम 0032/1 99) और चीन के प्राकृतिक विज्ञान फाउंडेशन (संख्या 51461135005) अंतर्राष्ट्रीय संयुक्त अनुसंधान परियोजना (ईपीएसआरसी-एनएसएफसी) से आभारी हैं।
quartz | Aldrich | 31623 | |
tetrabutylorthotitania (TBOT) | Aldrich | 244112 | |
ethanol | Aldrich | absolute alcohol | |
hydrochloric acid | Aldrich | ||
deionised water | 18.2 MWΩ.cm | ||
seives | Endecott | ||
tetraethylorthosilicate (TEOS) | Aldrich | 86578 | |
PC105 (TiO2) | Cristal Global | ||
ammonia solution | Aldrich | ||
titanium tetraisopropoxide (TTIP) | Aldrich | 87560 | |
barium sulphate | Aldrich | ||
NO in N2 | BOC | 100 ppm | |
FTIR spectrophotometer | Perkin Elmer | Spectrum Two | equipped with UATR |
X-ray diffractometer | PAN analytical | X'Pert3 Powder | equipped with a CuKa1 1.54 Å X-ray source |
Scanning electron microscope | ISI | ABT55 | ED X-ray analyser and Link Analytical BSE detector |
Transmission electron microscope | Jeol | JEM-2000EX | utilising a Gatan Erlangshen ES500W camera |
UV-vis diffuse reflectance spectrophotometer | Agilent Technology | Cary 60 | |
Mass flow controllers | Bronkhorst | ||
Humidity monitor | Rotronic | Hygropalm | |
Solar simulator | Sciencetech | SS0.5kW | 1.5 AM filter used |
Broadband thermopile detector | Gentec EO | XLP12-3S-H2-D0 | |
NOx analyser | Air Monitors Ltd | Thermo Scientific Model 42i-HL |