Summary
توضح هذه المقالة طريقة اصطناعية للحصول على البزموت أوكسييوديدي الجزئي المجالات الخرز الصغير، التي وظيفية عالية لأداء بهوتوكاتاليتيك إزالة الملوثات العضوية الثابتة، مثل السيبروفلوكساسين، في المياه تحت إشعاع ضوء الأشعة فوق البنفسجية-أ/مرئية.
Abstract
أوكسيهاليدي البزموت (بيوي) مادة واعدة لأشعة الشمس-مدفوعة-البيئية فوتوكاتاليسيس. ونظرا لأن الهيكل المادي لهذا النوع من المواد العالية بأدائها على بهوتوكاتاليتيك، من الضروري توحيد الأساليب الاصطناعية بغية الحصول على أبنية أكثر وظيفية، ومن ثم بهوتوكاتاليتيك أعلى الكفاءة. هنا، نحن تقرير مسار موثوق بها للحصول على بيوي الجزئي المجالات الخرز الصغير عن طريق عملية سولفوثيرمال واستخدام ثنائية (لا3)3 ويوديد البوتاسيوم (كي) السلائف، وجليكول كقالب. يتم توحيد التوليف في اﻷوتوكﻻف 150 مل، في 126 درجة مئوية ح 18. هذه النتائج في 2-3 ميكرون الحجم ميسوبوروس الجزئي المجالات الخرز الصغير، مع مساحة سطحية محددة ذات صلة (/g 61.3 م2). تقصير أوقات رد الفعل في التوليف النتائج في هياكل غير متبلور، بينما يؤدي ارتفاع درجات الحرارة إلى زيادة طفيفة في التسلل الجزئي المجالات الخرز الصغير، مع أي تأثير في الأداء بهوتوكاتاليتيك. المواد الصورة النشطة تحت الأشعة فوق البنفسجية-أ/مرئية إشعاع الضوء لتدهور سيبروفلوكساسين مضاد حيوي في الماء. هذا الأسلوب أثبت فعاليته في الاختبارات اينترلبورتوري، الحصول على مماثل بيوي الجزئي المجالات الخرز الصغير في مجموعات البحوث المكسيكية والشيلي.
Introduction
تم تجميع عدد كبير من أشباه الموصلات قد حتى الآن، تهدف إلى فوتوكاتاليستس مع ارتفاع النشاط تحت إشعاع الضوء مرئياً، أما أن تتحلل المركبات العضوية أو لتوليد الطاقة المتجددة في شكل الهيدروجين1،2. أوكسيهاليديس البزموت بيوكس (X = Cl، Br، أو) هي المرشحة لمثل هذه التطبيقات بسبب كفاءتها العالية على بهوتوكاتاليتيك تحت أشعة الشمس الخفيفة أو محاكاة مرئية تشعيع3،4. طاقة فجوة النطاق (هز) أوكسيهاليديس البزموت يتناقص مع زيادة عدد الذرية هاليد؛ وهكذا، بيوي هي المادة عرض أدنى طاقة التنشيط (هز = 1.8 eV)5. ذرات يوديد، الرهينة عبر فإن دير فالس القوة لذرات البزموت، إنشاء مجال الكهربائي التي تفضل هجرة الناقلين التهمة إلى السطح أشباه الموصلات، مما آثار بهوتوكاتاليتيك العملية4،6. وعلاوة على ذلك، بنية كريستاليتي دور حاسم في صبرا، نشوئها شركات الشحن. هياكل موجه عالية في الطائرة (001) وهياكل ثلاثية الأبعاد (مثل الجزئي المجالات الخرز الصغير) تسهيل فصل الناقل المسؤول عند التشعيع، زيادة بهوتوكاتاليتيك الأداء7،،من89 , 10 , 11 , 12-وفي ضوء هذا، من الضروري تطوير الأساليب الاصطناعية يمكن الاعتماد عليها للحصول على الهياكل التي تعزز الصور-نشاط مواد أوكسيهاليدي البزموت.
الأسلوب سولفوثيرمال هو، إلى حد بعيد، الأكثر شيوعاً المستخدمة ودرس الطريق للحصول على بيوي الجزئي المجالات الخرز الصغير13،14،،من1516. بعض المنهجيات باستخدام السوائل الأيونية تم أيضا الإبلاغ عن17، على الرغم من النفقات المرتبطة بهذه المنهجيات يمكن أن تكون أعلى. هيكل ميكروسفيري عادة يتم الحصول عليها باستخدام المذيبات العضوية مثل جليكول، الذي يعمل بمثابة عامل تنسيق لتشكيل الكوكسيديس معدنية، أسفر عن ذاتية تجميع تدريجي [بي2س2]2 + الأنواع18 , 19-استخدام الطريق سولفوثيرمال مع جليكول تسهل تشكيل مورفولوجيس مختلفة عن طريق تغيير البارامترات الرئيسية في رد الفعل، مثل درجة الحرارة ووقت رد الفعل4،18. وهناك مجموعة واسعة من المؤلفات حول الأساليب الاصطناعية للحصول على بيوي الجزئي المجالات، الخرز الصغير الذي يظهر المعلومات المتناقضة تحقيق درجة عالية من فوتواكتيفي الهياكل. ويهدف هذا البروتوكول مفصلاً عرض أسلوب اصطناعية يمكن الاعتماد عليها للحصول على بيوي الجزئي المجالات الخرز الصغير وظيفية عالية في تدهور بهوتوكاتاليتيك الملوثات في المياه. ونعتزم تساعد الباحثين جديدة بنجاح الحصول على هذا النوع من المواد، وتجنب المزالق الأكثر شيوعاً المقترنة بعملية التوليف.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
ملاحظة: الرجاء قراءة (MSDS) جميع صحائف بيانات السلامة المادية قبل استخدام الكواشف الكيميائية. اتبع جميع البروتوكولات السلامة بارتداء معطف مختبر والقفازات. ارتداء نظارات السلامة حماية الأشعة فوق البنفسجية أثناء اختبارات فوتوكاتاليسيس. كن على علم أن المواد النانوية قد تعرض الآثار الخطرة هامة مقارنة بسلائفها.
1-إعداد الجزئي المجالات الخرز بيوي الصغير
- 1 الحل، حل ز 2.9104 من بينتاهيدراتي نترات البزموت (Bi (لا3)3∙5H2س) في 60 مل من الإثيلين غليكول في كوب زجاج. 2 الحل، حل ز 0.9960 لكي في 60 مل من الإثيلين غليكول في كوب زجاج.
ملاحظة: من المهم أن تذوب تماما الأملاح غير عضوية في المذيبات العضوية؛ قد يستغرق حوالي 60 دقيقة سونيكاتيون قد تكون مفيدة لحل كل السلائف. - دروبويسي، إضافة إلى حل 1 2 الحل (بمعدل تدفق حوالي 1 مل/دقيقة). سيتم تغيير عديم اللون 2 الحل لتعليق مصفر. في بعض الأحيان، عندما يتم حل 2 فجأة المضافة، قد تظهر لون أسود، بسبب تشكيل المجمع4– BiI. وفي مثل هذه الحالات، ويجب إحباط التوليف وبدأت مرة أخرى.
ملاحظة: مواد المختبر يجب أن تكون تماما المجففة منذ حدوث المياه تعزز هطول الأمطار غير المنضبط لأكسيد البزموت (بي2س3). - يقلب المخلوط باستخدام بسرعة معتدلة لمدة 30 دقيقة في درجة حرارة الغرفة. ثم قم بنقل الخليط إلى مفاعل اﻷوتوكﻻف 150 مل. دوامة الكأس لإزالة تعليق المتبقية من سيديوالس بعناية. فمن الممكن لإضافة 1 إلى 5 مل جليكول شطف قنينة. تأكد من أحكام إغلاق المفاعل.
ملاحظة: ينبغي ملء في اﻷوتوكﻻف من 40% إلى 80% طاقتها من أجل تحقيق ظروف الضغط الأمثل لتشكيل الجزئي المجالات الخرز بيوي الصغير. قد يؤدي إلى فقدان للضغط، وإفساد التوليف ختم ناعمة من المفاعل. - توفير المعالجة الحرارية للمفاعل في فرن، من درجة حرارة الغرفة إلى 126 درجة مئوية، استخدام منحدر درجة حرارة 2 درجة مئوية/دقيقة للحفاظ على درجة الحرارة النهائية 18 ح10. ثم تبريد مفاعل اﻷوتوكﻻف لدرجة حرارة الغرفة.
ملاحظة: لا يسخن الفرن أو توفير التدفئة السريعة نظراً لأنها سوف تفسد تشكيل الجزئي المجالات الخرز الصغير.
تنبيه: الحث على عدم التبريد عن طريق غسل اﻷوتوكﻻف بالماء البارد، كما أنه قد يسبب تشوه اﻷوتوكﻻف. لا تحاول فتح المفاعل في حين أنها لا تزال ساخنة، وهذا قد يؤدي إلى إطلاق غاز اليود.
2-غسل الجزئي المجالات الخرز بيوي الصغير
- فصل المواد الصلبة التي والصفق وغسله لإزالة جليكول بقدر الإمكان. وإعداد نظام ترشيح تتكون 0.8 ميكرومتر ورق الترشيح (الصف 5، خالية من رماد) بشكل صحيح التقيد بجدران القمع الزجاج. قم بتوصيل قارورة Erlenmeyer استخدام سداده فلين اخترقت. القيام بخطوة الترشيح بالجاذبية.
- (اختياري) عند سكب التعليق من المفاعل للقمع، استخدام المياه شطف مفاعل اﻷوتوكﻻف.
- غسل المنتج الصلبة الإبقاء عليها في ورقة تصفية — اللون البرتقالي مكثفة-المقطر عدة مرات مع الماء والايثانول المطلق (الدرجة التقنية). البديل المذيب الغسيل حتى المادة المرتشحة عديم اللون.
ملاحظة: الرجاء ملاحظة أن المياه بإزالة الأيونات غير العضوية، بينما يزيل الإيثانول المطلقة جليكول المتبقية؛ وبالتالي، يجب استخدام كلا المذيبات. - استخدام المياه في الغسيل آخر خطوتين لإزالة أي أثر الإيثانول المطلقة وتجفيف المنتج اللون البرتقالي مكثفة عند 80 درجة مئوية ح 24. وأخيراً، تخزين المواد في زجاجات، في الظلام، ويفضل أن يكون ذلك في مجفف.
3. وصف الجزئي المجالات الخرز بيوي الصغير
- القيام بتحليل حيود الأشعة السينية لمسحوق، استخدام مصدر ضوء Cu-Kα مونوتشروميك، مع λ = 1.5406، تعمل على 30 كيلو فولت و 15 mA.
- تحديد مساحة محددة بواسطة الأسلوب برنار – اميت – الصراف (الرهان)، عن طريق الامتزاز من ن2.
- Outgas مسحوق العينات (500 ملغ) في 80 درجة مئوية بين عشية وضحاها قبل التحليل. إجراء القياسات الامتزاز2 ن في-75ºC. حساب مساحة محددة وحجم المسام من إيسوثيرمس الامتزاز.
- تحديد أطياف الانعكاس منتشر الأشعة فوق البنفسجية-المرئية للمواد باستخدام جهاز المطياف الضوئي مع ملحق فرس.
- الجاف لعينات مسحوق، في فرن مختبر، في 105ºC بين عشية وضحاها. بعد ذلك، وضعت بعناية 30 ملغ في الميناء عينة من الملحقات فرس.
- تشعيع عينات مسحوق مع مصدر ضوء ضمن المجموعة من 200 إلى 800 نانومتر بغية الحصول على طيف امتصاص الضوء من المواد. حساب طاقة الفجوة باند (Eg) استخدام طيف امتصاص العينة.
- تحديد حجم الجزئي المجالات الخرز بيوي الصغير الثانوية عن طريق فحص المجهر الإلكتروني.
- وضع مسحوق العينة على شريط الكربون، ومن ثم في كعب الروتين المجهر لتنفيذ الملاحظات.
- تحديد التركيب الكيميائي للعينات بواسطة التحليل الطيفي (EDS) الأشعة السينية المشتتة الطاقة.
4-على بهوتوكاتاليتيك نشاط الاختبار
- اختبار حل، حل 7.5 ملغم سيبروفلوكساسين في 250 مل ماء المقطر للحصول على حل 30 صفحة في دقيقة. ثم قم بنقل الاختبار حل على بهوتوكاتاليتيك الزجاج المفاعل. دقة تحريك الحل، مع محرض مغناطيسي، الحفاظ على درجة الحرارة عند 25 درجة مئوية. فقاعة هواء للحل في 100 مل/دقيقة من أجل الحفاظ على تشبع الهواء.
- إضافة 62.5 ملغ فوتوكاتاليست بيوي في حل الاختبار لتحقيق تركيز 0.25 g/l. فورا، وأخذ العينة الأولى (8 مل) استخدام المحاقن زجاجية. وبعد 30 دقيقة من إثارة في الظلام، أخذ العينة الثانية وتشغيل مصدر الضوء.
- نظراً لأن التجارب التي تتم تحت ظروف الإضاءة الأشعة فوق البنفسجية-أ/مرئية، استخدم مصباح W 70 في الاختبارات فوتوكاتاليسيس. تحديد موقع مصدر الضوء 5 سم فوق فوتوريكتور.
- أخذ العينات السائلة (8 مل) بعد 5 و 10، 15، 20، 30، 45، 60، 90، 120، 180، 240، و 300 دقيقة التشعيع. تصفية جميع العينات المسحوبة بتمريرها عبر غشاء نايلون 0.22 ميكرومتر، بغية إزالة أي جسيمات صلبة من السائل قبل التحليل. تخزين العينات التي تمت تصفيتها في قارورة الزجاج العنبر في 4 درجات مئوية حتى التحليل.
- تحديد التمعدن سيبروفلوكساسين عن طريق تحليل تركيز الكربون العضوي الكلي (TOC) المتبقية في العينات السائلة خلال عملية على بهوتوكاتاليتيك.
- قياس تركيز الكربون الكلي (TC، في مغ/لتر) عن طريق الاحتراق الرطب في 720 درجة مئوية، ووجود مناخ محفز والهواء Pt. في ظل هذه الظروف، تتأكسد إلى CO2 جميع الكربون وكمياً في كشف فتير الاقتران بالجهاز جدول المحتويات.
- تحديد تركيز الكربون غير العضوي (IC، في مغ/لتر) عبر التحمض العينات مع 1 م HCl، مما يؤدي إلى تحويل كربونات وبيكربونات إلى CO2· ح2س، الذي يتم تحديده كمياً في كشف فتير.
- حساب تركيز جدول المحتويات المتبقية في عينات المياه بالمعادلة التالية.
ملاحظة: تفاديا للتدخلات، ومن ثم نتائج غير صحيحة، مهم جداً لإزالة أي أثر للشوائب العضوية بدقة تنظيف جميع المواد المستخدمة في إعداد عينة الزجاج. هذا قد يكون له ما يبرره بالغسيل عدة مرات بالماء الساخن. - حساب العائد التمعدن عبر استنفاد الكربون العضوي الكلي في جميع أنحاء رد الفعل باستخدام المعادلة:
هنا، هو جدول المحتوياتس تركيز الكربون العضوي الكلي في بداية التشعيع، بينما جدول المحتويات هو تركيز الكربون العضوي الكلي في أي وقت للرد بهوتوكاتاليتيك.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
تم توليفها المجهرية 3D من بيوي بنجاح بالطريقة الاصطناعية المقترحة. وهذا ما أكده الصور SEM هو مبين في الشكل 1 ألف–ج. الجزئي المجالات الخرز الصغير تتشكل من هياكل الصفحي [بي2س2]2 +، التي هي المستعبدين من قبل اثنين من ذرات يوديد1. تشكيل الجزئي المجالات الخرز الصغير يعتمد على درجة الحرارة والوقت من إجراء سولفوثيرمال، كمعلمات هذه القاعدة بلورة أوكسيهاليدي3،4،،من56. [ثنائية2س2] 2 + ألواح تبدأ بالتفاعل مع ذرات يوديد لتشكيل هياكل الصفحي عند درجة الحرارة في نهج سولفوثيرمال يذهب فوق 120 درجة مئوية1. ثم، ارتفاع درجة الحرارة و/أو أطول وقت رد الفعل، lamellae عشوائياً مرتبة بناء الجزئي المجالات الخرز الصغير1،2،3،،من45،6 ،،من78. عندما تم توفير درجة حرارة 130 درجة مئوية ح 12، لوحظ وجود هياكل غير متبلور (الشكل 1a)، ويوديد كان لا يشبه تماما على شعرية الذري، الناتجة في تشكيل5س بي7مواد. ثم، عندما كانت معاملة حرارية 126 درجة مئوية ح 18، تم الحصول على هياكل كروية تماما على شكل (الشكل 1b). وتحققت أيضا ميسوبوروس الجزئي المجالات الخرز الصغير من بيوي عندما تم إجراء لعلاج سولفوثيرمال على 160 درجة مئوية ح 18 (الشكل 1 ج). استناداً إلى تحليل وزارة شؤون المرأة، تم العثور على القطر يعني هياكل في نطاق 2 إلى 3 ميكرومتر.
وأشار تحليل حيود الأشعة السينية إلى انتشار المرحلة البلورية tetragonal (الجدول 1)، مع معرض عالية من (110) و (012) الطائرات، وفقا جكبدس بطاقة 73-2062. كما شكلت الجزئي المجالات الخرز الصغير، توجه كريستاليتي وانخفض نظراً للتجميع الذاتي من ألواح بيوي في هياكل ثلاثية الأبعاد، الذي يلاحظ عادة في السابق يعمل1،،،من23،15 , 16 , 17-ويقارن الرقم 2 أنماط حيود الأشعة السينية (XRD) حصل على 126 درجة مئوية و 160 درجة مئوية مع نمط زرد من مادة د 0 بيوي بيوي الجزئي المجالات الخرز الصغير. من هذه المعلومات، فمن الممكن لإبرام أن تبلور المواد بيوي ويبدأ عند درجات حرارة فوق 100 درجة مئوية، ومن ثم، [بي2س2]+ ألواح ترتيب عشوائي لتشكيل بيوي الجزئي المجالات الخرز الصغير مع لا اتجاه المرحلة البلورية.
الجزئي المجالات الخرز الصغير (/g 61.28 م2) مساحة محددة كانت مشابهة جداً للتي ذكرت لأشباه الموصلات الأخرى المستخدمة عادة في فوتوكاتاليسيس، مثل TiO2 (الجدول 1). مساحة سطحية واسعة محددة قد تكون مفيدة في عملية على بهوتوكاتاليتيك نظراً لعدد أكبر من الجزيئات العضوية يمكن أن تمتز على سطح أشباه الموصلات لتتفاعل مع أنواع الأكسجين التفاعلية (روس) أنتجت شركات شحن (مثلاً •أوه، • س2–، وح2س2).
زيادة حجم المنطقة والمسام السطحية محددة مع درجة الحرارة ووقت رد الفعل في علاج سولفوثيرمال، من 9.61 m2/g في المرحلة غير متبلور إلى 61.28 م2/g عندما استخدمت 126 درجة مئوية وح 18. تم العثور على لا اختلافات كبيرة في مساحة محددة عندما قورنت الجزئي المجالات الخرز الصغير توليفها في 126 و 160 درجة مئوية؛ وهكذا، تم تعيين 126 درجة مئوية ح 18 كالظروف المثلى للتوليف. وتم الحصول على النوع الرابع إيسوثيرمس في بيت التحليل (الشكل 3)، مما يشير إلى أن بيوي الجزئي المجالات الخرز الصغير مواد ميسوبوروس. وصف بصري الجزئي المجالات الخرز الصغير كشف النقاب عن قدرتها على أن تكون فوتواكتيفي تحت إشعاع الضوء المرئي، وكما لاحظ قيمة الفجوة الفرقة يظهر في الجدول 1.
توصيف المواد كيميائية للمواد التي كان يؤديها تحليلاً تركيبية خلال بطولة العالم. وأبقى على تكوين مواد بيوي أن تظل نسبة المقايسة عندما أجرى توليف سولفوثيرمال عند درجة حرارة منخفضة (الجدول 2). من ناحية أخرى، عندما ارتفعت درجة حرارة التوليف سولفوثيرمال، انخفض يوديد-التحميل. يمكن أن يعزى هذا إلى إدراج الذرات هاليد داخل شعرية أشباه الموصلات، أسفر عن كمية أقل من ذرات هاليد على السطح. عندما عدل المذيب في الطريق سولفوثيرمال إلى المياه، واستيعاب يوديد تناقص بصورة كبيرة للحصول على المعلومات المهنية5س7أنا.
وقيمت بهوتوكاتاليتيك نشاط الجزئي المجالات الخرز الصغير توليفها في 126 درجة مئوية و 18 ح عقب التمعدن سيبروفلوكساسين مضاد حيوي في الماء النقي، وتحت إشعاع ضوء الأشعة فوق البنفسجية-أ/مرئية. وكما يتبين في الشكل 4، تمكنت الجزئي المجالات الخرز الصغير طاغية المجمع المضادات الحيوية في الماء عن طريق عملية على بهوتوكاتاليتيك. فمن الواضح كيف كان التحلل الضوئي غير قادر على أكسدة تماما الجزيء العضوي لأول أكسيد الكربون2 (الشكل 4، الأزرق)، بينما يمكن تحقيق التمعدن، على مستويات مختلفة، باستخدام بيوي فوتوكاتاليست. وتبين هذه النتائج فوتواكتيفيتي المواد المركبة لأكسدة الجزيئات العضوية المعقدة، مثل السيبروفلوكساسين تماما. مقارنة بين معدل التمعدن، تم استخدام بيوي غسلها مع الإيثانول والمياه (كما ورد في البروتوكول) وغيرها من المواد ميكروسفيري، التي تم غسلها فقط مع الماء (الشكل 4والأحمر والأسود). لوحظ كيف المواد غير كامل مغسول قادرة على إطلاق سراح الكربون العضوي للحل، التدخل مع القياسات جدول المحتويات في عينات المياه، فضلا عن عملية تمعدن.
لوحظ إطلاق الكربون العضوي من فوتوكاتاليست في المرحلة الأولى من فحوصات فوتوكاتاليسيس عند التحريك في الظلام وقدمت. يبين الشكل 5 معدل الامتزاز سيبروفلوكساسين على سطح الجزئي المجالات الخرز الصغير بيوي غسلها فقط مع الماء والذين عولجوا مع خليط الإيثانول والماء. الجزئي المجالات الخرز الصغير غسلها مع خليط الإيثانول والمياه أظهرت بعض امتزاز الجزيئات العضوية، في حين تم الكشف عن الإفراج عن الكربون العضوي للمواد التي تغسل بالماء فقط. ويمكن تفسير ذلك بتنظيف مواقع الامتزاز في المواد بيوي غسلها فقط مع الماء، أسفر عن إطلاق سراح من غليكول الإيثيلين، ومن ناحية أخرى في الامتزاز أقل من السيبروفلوكساسين، مع ما يترتب عليه من الانخفاض في ناحية غير مكتملة بهوتوكاتاليتيك النشاط.
رقم 1: صور ووزارة شؤون المرأة للمواد- الحصول على () 130 درجة مئوية ل 12 ح، (ب) 126 درجة مئوية ح 18، و (ج) 160 درجة مئوية ح 18. على اليسار، تظهر الصور ذات الدقة المنخفضة، بينما يقدم التكبير في الصور على الجانب الأيمن. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 2: أنماط حيود الأشعة السينية- () المواد (001) المنحى بيوي د 0 والجزئي المجالات الخرز الصغير بيوي (ب) توليفها في 126 درجة مئوية ح 18، والجزئي المجالات الخرز الصغير (ج) بيوي توليفها على 160 درجة مئوية ح 18. ويتضح فقدان التوجه للبلورات عندما تم الحصول على الجزئي المجالات الخرز الصغير. تتم مقارنة أنماط الحيود مع بطاقة جكبدس مرجع 73-2062. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 3: ن2 إيسوثيرمس امتزاز المواد ميكروسفيري أوكسيهاليدي البزموت توليفها في 126 و 160 درجة مئوية، ومقارنة مع 0 د بيوي، الموجهة في الواجهة (001)- إيسوثيرمس النوع الرابع، تصف المواد ميسوبوروس، ويبين هذا الرسم. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الرقم 4: نسبة التمعدن سيبروفلوكساسين في التحلل الضوئي و photocatalysis الاختبارات باستخدام الجزئي المجالات الخرز الصغير بيوي التي تم الحصول عليها مع أو بدون خطوة الغسيل باستخدام خليط الإيثانول-المياه- وتعطي الانحراف المعياري أشرطة الخطأ التجريبي. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
رقم 5: مجموع تركيز الكربون العضوي (TOC) في عينات المياه في البداية التجارب، وبعد 30 دقيقة من إثارة في الظلام- وتعطي الانحراف المعياري أشرطة الخطأ التجريبي. أنجز تصميم جدول المحتويات في عينة من الاختبار حل بعد أن كان هذا الحل على اتصال بيوي الجزئي المجالات الخرز الصغير مع التحريك لمدة 30 دقيقة في الظلام. على المحور الصادي، يشير جدول المحتوياتب للكربون العضوي في حل الاختبار، بينما يمثل جدول المحتوياتل محتوى الكربون العضوي بعد 30 دقيقة من إثارة في الظلام، قبل أن يتم تشغيل مصدر الضوء. ويبين الرسم البياني كيف يعرض المواد غسلها مع الإيثانول والمياه (غسلها) إيجابية امتزاز الكربون العضوي من الحل، في حين أعرب عن المواد التي تغسل فقط بالماء (لا تغسل) امتزاز سلبية، مما يعني إطلاق سراح العضوية الكربون في الحل. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
| المعلمة | القيمة |
| بنية بلورية | تيتراجونال |
| حجم كريستاليتي (نيو مكسيكو) | 4.12 |
| الرهان على منطقة (/g2م) | 61.28 |
| قطر المسام (nm) | 17.7 |
| على سبيل المثال (eV) | 1.94 |
الجدول 1: توصيف الجزئي المجالات الخرز الصغير بيوي توليفها بالطريقة المقترحة.
| ثنائية (في-%) | O (في. %) | أنا (في. %) | |
| بيوي | 33.65 ± 0.86 | 33.59 ± 0.54 | 32.76 ± 0.58 |
| ثنائية5س7أنا | 40.43 ± 0.21 | 52.37 ± 0.38 | 7.19 ± 0.18 |
| بيوي @ 126ºC | 37.09 ± 0.98 | 38.50 ± 0.35 | 24.41 ± 0.37 |
| بيوي @ 160ºC | 26.81 ± 0.42 | 58.97 ± 0.51 | 14.21 ± 0.46 |
الجدول 2: التركيب الكيميائي للمواد بيوي يحدده EDS.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
أننا نعتبر هذا خليط السلائف كخطوة حاسمة في تركيب سولفوثيرمال الجزئي المجالات الخرز بيوي الصغير. نازف بطيئة جداً لكي الحل إلى الحل ثنائية (لا3)3 (في أقصى قدر من 1 مل/دقيقة) أمر حاسم للحصول على ميسوبوروس الجزئي المجالات الخرز الصغير، حيث أنه يسمح تشكيل بطيئة والتجميع الذاتي من الألواح+ 2 [بي2س2] ، متبوعاً بالترابط مع الذرات يوديد لتشكيل لدائنية بيوي. لاميلاي هي الطوب من الجزئي المجالات الخرز الصغير في الخطوة سولفوثيرمال (الشكل 1). درجة الحرارة ووقت رد الفعل هي من العوامل الرئيسية في تركيب سولفوثيرمال نظراً لارتفاع درجات الحرارة في البداية السماح للبلورة [بي2س2]+ وألواح، ثم ترتيب هذه الألواح لإنشاء الجزئي في المجالات الخرز الصغير 1 , 3-تم الحصول على ميسوبوروس الجزئي المجالات الخرز الصغير عند درجة الحرارة وأبقى فوق 120 درجة مئوية، بينما شكلت هياكل ثلاثية الأبعاد غير كامل عند وقت رد الفعل كان أقل ح 18. وبالمثل، تم استيعاب يوديد ناقصة في درجة حرارة أقل وأقصر وقت رد الفعل، الناتجة في مواد ناقصة يوديد مثل4س بي52 (اللون الأصفر).
يجب أن يتم غسل الصحيح من المواد بيوي من أجل الحصول على فوتوكاتاليستس الفنية حيث يمكن أن تسود غليكول الإثيلين على سطح المادة عند فإنه يتم فقط تغسل بالماء (حتى مع الماء الساخن). يمكن إطلاق ما تبقى جليكول في الحل قبل بدء الاختبارات بهوتوكاتاليتيك، إعاقة التدهور وتمعدن سيبروفلوكساسين عند تشغيل مصدر الضوء. من المهم أن نضع في اعتبارنا أن الكحول قادرة على زيادة محتوى الكربون المقاسة بتحليل جدول المحتويات غير متناسب. ولهذا السبب، من المهم جداً لغسل المواد بالتناوب مع الإيثانول والماء. عند زيادة تركيز الكربون العضوي في المياه من خلال عملية على بهوتوكاتاليتيك، يمكن حلها باستعادة المواد وغسله مع الإيثانول والماء الساخن.
يمكن تعديل الطريقة المقترحة من حيث حجم اﻷوتوكﻻف. هنا، يتم الإبلاغ عن التوليف مع مفاعل Parr 150 مل؛ ومع ذلك، يمكن إجراء توليف استخدام دائرة رد فعل أكبر. استناداً إلى تجربتنا، يمكن استخدام المفاعلات بار 250 مل في التوليف، أدى إلى زيادة طفيفة من مساحة محددة من الجزئي المجالات الخرز الصغير. غير أن هذا تعديل ليس له تأثير على أداء المواد بهوتوكاتاليتيك. من المهم أن تنظر في أن الارتقاء بالأسلوب إلى أعلى حجم وحدات التخزين، أعلى من المفاعلات سولفوثيرمال في السوق مل 2,000-يحتاج إلى مزيد من التجارب.
القيود المفروضة على الطريقة المقترحة تكمن في انخفاض إمكانيات الارتقاء بأحجام أكبر، نظراً لأن لا يكاد توجد مفاعلات أكبر في السوق. أيضا، كما ذكر أعلاه، قد تحدث خسائر جليكول عندما لم يتم إغلاق مفاعل اﻷوتوكﻻف محكم. يكون على بينه من أي نض من المذيبات العضوية طوال عملية توليف لتجنب إفساد المنتج؛ بعض المفاعلات اﻷوتوكﻻف مجهزة لكنها لتسهيل هذه المهمة. في حالة حدوث تسرب، يمكن إغلاق في اﻷوتوكﻻف مع معدات سلامة كافية، منع تبريد المفاعل. عندما يتم حل هذه المشكلة ضمن ح 2 الأول من التوليف، ما زال يمكن الحصول الجزئي المجالات الخرز الصغير بنشاط على بهوتوكاتاليتيك مقبولة.
الجزئي المجالات الخرز الصغير تتشكل بالكاد عند استخدام المذيبات العضوية الأخرى (الجلسرين، الميثانول والإيثانول)، أثناء استخدام نتائج المياه في استيعاب أدنى من يوديد، مما يؤدي إلى تشكيل5س بي7أنا المواد (اللون الأبيض). زيادة مزيد من رد فعل درجة الحرارة (فوق 180 درجة مئوية) قد تسفر عن تخفيض الكيميائية من البزموت إلى البزموت المعدني، الذي يمكن أن تيسره جليكول بوصفها عامل التخفيض.
وحتى الآن، هناك عدد قليل من الطرق البديلة الإبلاغ عن توليف بيوي الجزئي المجالات الخرز الصغير. على سبيل المثال، يقوم زامورا مونتويا et al.20 هطول الأمطار مع يدتا، نتج عنه غير النظامية الجزئي المجالات الخرز الصغير مع منطقة رهان منخفضة. من ناحية أخرى، تهدف البحوث أنه et al.21 توليف الميكانيكية بيوي الجزئي المجالات الخرز الصغير في درجة حرارة الغرفة، تحقيق بلورات المنحى مع مساحة رهان أقل من ذلك لوحظ في هذه الدراسة. الطريقة الاصطناعية المقترحة في هذا العمل هي المستخدمة حاليا لتجميع أوكسيهاليديس البزموت الأخرى، مثل بيوكل22 و23من بيوبر، التي أظهرت أن تكون فعالة في إزالة الملوثات العضوية الثابتة في المياه ولابهوتوكاتاليتيك x في الهواء20، وكذلك في تطور الهيدروجين19. ويهدف هذا البحث الأكثر حداثة لاستخدام أوكسيهاليديس البزموت في الحد جزيء2 شركة لإنتاج الهيدروجين والهيدروكربونات الخفيفة (التمثيل الضوئي الاصطناعي)24. النظر في هذا التوليف بواسطة الأسلوب سولفوثيرمال تم بنجاح أداء مع النتائج استنساخه في بلدين مختلفين (المكسيك وشيلي)، فمن المتوقع أن يمكن الارتقاء بهذا الأسلوب وتطبيقه في محطات معالجة المياه المحسن.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.
Acknowledgments
الكتاب أريد أن أشكر العلوم دي أمانة، والتكنولوجيا الإلكترونية Ciudad de la Innovación de قدمت المكسيك للموارد القيام بهذا العمل من خلال مشروع ممول سيسيتي/047/2016، و "الصناديق الوطنية" للتنمية العلمية والتكنولوجية شيلي (التمويلية 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).
