Summary
Questo articolo viene descritto un metodo sintetico per ottenere microsfere oxyiodide di bismuto, che sono altamente funzionali per eseguire la rimozione di fotocatalitica di inquinanti organici, come la ciprofloxacina, in acqua sotto irradiazione di luce UV-A/visibile.
Abstract
Bismuto oxyhalide (BiOI) è un materiale promettente per fotocatalisi luce solare-driven-ambientale. Dato che la struttura fisica di questo tipo di materiali è altamente correlata alla performance fotocatalitico, è necessario standardizzare i metodi sintetici al fine di ottenere le architetture più funzionale e, quindi, il più alto fotocatalitici efficienza. Qui, segnaliamo un percorso affidabile per ottenere microsfere di BiOI tramite il processo di solvothermal, utilizzando Bi (NO3)3 e ioduro di potassio (KI) come precursori e glicole etilenico come un modello. La sintesi è standardizzata in autoclave a 150 mL, a 126 ° C per 18 h. In questo modo 2-3 µm-dimensioni mesoporosi microsfere, con una superficie specifica pertinente (61,3 m2/g). Accorciando i tempi di reazione nella sintesi si traduce in strutture amorfe, mentre temperature più elevate conducono ad un leggero aumento nella porosità delle microsfere, con nessun effetto nelle prestazioni fotocatalitico. I materiali sono fotoattivi sotto irradiazione di luce UV-A/visibile per la degradazione della ciprofloxacina antibiotica in acqua. Questo metodo ha dimostrato di essere efficace nelle prove interlaboratori, ottenere simili BiOI microsfere in gruppi di ricerca messicano e cileno.
Introduction
Una pletora di semiconduttori è stata sintetizzata finora, puntando fotocatalizzatori con alta attività sotto irradiazione di luce visibile, per degradare composti organici o per generare energia rinnovabile sotto forma di idrogeno1,2. Bismuto oxyhalides BiOX (X = Cl, Br o io) sono candidati per tali applicazioni a causa della loro efficienza fotocatalitica alta sotto luce solare visibile di luce o simulate irradiazione3,4. L'energia di gap di banda (Eg) del bismuto oxyhalides diminuisce all'aumentare del numero atomico di alogenuri; così, BiOI è il materiale visualizzando l'energia di attivazione più bassa (Eg = 1,8 eV)5. Atomi di ioduro, legati tramite forza di Van der Waals agli atomi di bismuto, creano un campo elettrico che favorisce la migrazione degli elementi portanti della carica alla superficie del semiconduttore, innescando il fotocatalitico processo4,6. Inoltre, l'architettura dei cristalliti ha un ruolo critico nella separazione, zione degli elementi portanti della carica. Strutture fortemente orientate nel piano (001) e 3D (ad esempio microsfere) facilitare la separazione di carica vettore all'irradiazione, aumentando le fotocatalitico prestazioni7,8,9 , 10 , 11 , 12. alla luce di ciò, è necessario sviluppare metodi affidabili sintetici per ottenere strutture che amplificano il foto-attività dei materiali oxyhalide bismuto.
Il metodo solvothermal è, di gran lunga, il più comunemente usato e studiato il percorso per ottenere BiOI microsfere13,14,15,16. Alcune metodologie usando i liquidi ionici sono stati anche segnalati17, anche se le spese associate a queste metodologie possono essere superiori. Struttura di microsfere è solitamente ottenuta utilizzando solventi organici come il glicol etilenico, che agisce come un agente di coordinamento per formare gli alcossidi metallici, risultante in un graduale autoassemblanti di [Bi2O2]2 + specie18 , 19. utilizzando la route solvothermal con glicole etilenico facilita la formazione di morfologie diverse modificando i parametri chiavi nella reazione, quali temperatura e tempo di reazione4,18. C'è un vasto corpo di letteratura su metodi sintetici per ottenere BiOI microsfere, che mostra informazioni contrastanti per realizzare strutture altamente fotoattivi. Questo protocollo dettagliato è mirata a mostrare un affidabile metodo sintetico per ottenere BiOI microsfere altamente funzionale nella degradazione fotocatalitica di inquinanti nelle acque. Abbiamo intenzione di aiutare nuovi ricercatori per ottenere con successo questo tipo di materiali, evitando le insidie più comuni associate al processo di sintesi.
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Protocol
Nota: Si prega di leggere tutti i fogli di dati materiali di sicurezza (MSDS) prima di utilizzare i reagenti chimici. Seguire tutti i protocolli di sicurezza indossando un camice e guanti. Indossare occhiali di sicurezza protezione UV durante le prove di fotocatalisi. Essere consapevoli del fatto che i nanomateriali possono presentare importanti effetti pericolosi rispetto ai loro precursori.
1. preparazione delle microsfere di BiOI
- Per soluzione 1, sciogliere 2,9104 g di bismuto nitrato pentaidrato (Bi (NO3)3∙5H2O) in 60 mL di glicole etilenico in un becher di vetro. Per la soluzione 2, sciogliere 0,9960 g di KI in 60 mL di glicole etilenico in un becher di vetro.
Nota: È importante sciogliere completamente i sali inorganici in solvente organico; si può prendere circa 60 min sonicazione può essere utile per sciogliere entrambi precursori. - Aggiungere goccia a goccia, 2 soluzione alla soluzione 1 (con una portata di circa 1 mL/min). L' incolore soluzione 2 cambierà ad una sospensione di colore giallastra. A volte, quando la soluzione 2 è bruscamente aggiunto, un colore nero può apparire, a causa della formazione del complesso BiI4– . In tali casi, la sintesi deve essere interrotta e ha iniziata di nuovo.
Nota: Materiale di laboratorio dovrà essere asciugati completamente poiché l'avvenimento dell'acqua favorisce la precipitazione incontrollata di ossido di bismuto (Bi2O3). - Mescolare il composto, utilizzando una velocità moderata per 30 min a temperatura ambiente. Quindi, trasferire il composto in un reattore di autoclave di 150 mL. Attentamente roteare il bicchiere per rimuovere la sospensione restante da pareti laterali. È possibile aggiungere 1 a 5 mL di glicole etilenico per lavare i bicchieri. Assicurarsi di chiudere ermeticamente il reattore.
Nota: L'autoclave deve essere riempito dal 40% all'80% della sua capacità al fine di raggiungere le condizioni di pressione ottimale per la formazione delle microsfere di BiOI. Una guarnizione morbida del reattore può provocare la perdita di pressione, rovinando la sintesi. - Trattamento termico per il reattore in una fornace di alimentazione, dalla temperatura ambiente a 126 ° C, utilizzando una rampa di temperatura di 2 ° C/min mantenere la temperatura finale per 18 h10. Poi, raffreddare il reattore autoclave a temperatura ambiente.
Nota: Non preriscaldare il forno o fornire un riscaldamento rapido, poiché esso vi vizierà la formazione delle microsfere.
Attenzione: Non indurre il raffreddamento lavando l'autoclave con acqua fredda, in quanto può causare la deformazione dell'autoclave. Non tentare di aprire il reattore mentre è ancora caldo, come questo può provocare il rilascio di gas di iodio.
2. lavare le microsfere di BiOI
- Separare il materiale solido di decantazione e lavaggio per rimuovere per quanto possibile di glicole etilenico. Preparare un sistema di filtrazione composto da 0,8 μm carta da filtro (Grade 5, libero di ceneri) correttamente aderito alle pareti di un imbuto di vetro. Connettersi a un matraccio di Erlenmeyer utilizzando un tappo di sughero trafitto. Eseguire il passaggio di filtrazione per gravità.
- (Opzionale) Quando si versa la sospensione dal reattore nell'imbuto, utilizzare acqua deionizzata per sciacquare il reattore autoclave.
- Lavare il prodotto solido conservato nel filtro di carta — di un intenso colore arancione — più volte con acqua distillata e alcol etilico assoluto (grado tecnico). Il solvente di lavaggio si alternano fino a quando il percolato è incolore.
Nota: Si prega di notare che acqua deionizzata rimuove ioni inorganici, mentre etanolo assoluto rimuove il glicol etilenico rimanente; così, entrambi solventi devono essere usati. - Utilizzare acqua deionizzata negli ultimi due passaggi di lavaggio per rimuovere ogni traccia di etanolo assoluto e asciugare il prodotto intenso arancione a 80 ° C per 24 h. Ultima, conservare il materiale in bottiglie di vetro ambrato, al buio, preferibilmente in un essiccatore.
3. caratterizzazione delle microsfere di BiOI
- Eseguire l'analisi di diffrazione dei raggi x del materiale in polvere, utilizzando una sorgente di luce Cu Kα monochromes, con λ = 1.5406 Å, operati a 30 kV e 15 mA.
- Determinare l'area specifica del metodo Brunauer – Emmett – Teller (BET), mediante l'adsorbimento di N2.
- Outgas la polvere campioni (500 mg) a 80 ° c durante la notte prima dell'analisi. Eseguire le misure di adsorbimento2 N a - 75 ˚ c. Calcolare la superficie specifica e il volume dei pori dalle isoterme di adsorbimento.
- Determinare gli spettri di riflettanza diffusa UV-visibile dei materiali utilizzando uno spettrofotometro con un accessorio di mantide.
- Asciugare i campioni di polvere, in un forno di laboratorio, a 105º c durante la notte. Quindi, accuratamente messo 30 mg nel pozzetto del campione dell'accessorio mantide.
- Irradiare i campioni di polvere con una sorgente di luce all'interno della gamma di 200-800 nm per ottenere lo spettro di assorbimento luce del materiale. Calcolare l'energia di gap di banda (Eg) utilizzando lo spettro di assorbimento del campione.
- Determinare la dimensione secondaria delle microsfere di BiOI di microscopia elettronica a scansione.
- Mettere il campione di polvere su un nastro di carbonio e quindi lo stub di microscopio per eseguire le osservazioni.
- Determinare la composizione chimica dei campioni di analisi di spettroscopia (EDS) di energia dispersiva dei raggi x.
4. test di attività fotocatalitica
- Per la soluzione di prova, sciogliere 7,5 mg di ciprofloxacina in 250 mL di acqua distillata per ottenere una soluzione di 30 ppm. Quindi, trasferire la soluzione di test per il reattore di vetro fotocatalitico. Mescolare accuratamente la soluzione con un agitatore magnetico, mantenendo la temperatura a 25 ° C. Aria di bolla per la soluzione a 100 mL/min al fine di mantenere la saturazione dell'aria.
- Aggiungere 62,5 mg di BiOI fotocatalizzatore alla soluzione della prova per raggiungere una concentrazione di 0,25 g/L. immediatamente, prendere il primo campione (8 mL) utilizzando una siringa di vetro. Dopo 30 min di agitazione nel buio, prendere il secondo campione e accendere la fonte di luce.
- Dato che gli esperimenti sono effettuati in condizioni di luce UV-A/visibile, è possibile utilizzare una lampada W 70 nelle prove di fotocatalisi. Individuare la fonte di luce 5 cm sopra il photoreactor.
- Prendere campioni liquidi (8 mL) dopo 5, 10, 15, 20, 30, 45, 60, 90, 120, 180, 240 e 300 min di irradiazione. Filtra tutti i campioni prelevati per passare attraverso una membrana di nylon da 0,22 µm, al fine di rimuovere eventuali particelle solide dal liquido prima dell'analisi. Conservare i campioni filtrati in flaconi di vetro ambrato a 4 ° C fino all'analisi.
- Determinare la mineralizzazione di ciprofloxacina analizzando la concentrazione di carbonio organico totale (TOC) restanti nei campioni del liquidi durante tutto il processo fotocatalitico.
- Misurare la concentrazione di carbonio totale (TC, in mg/L) tramite combustione bagnato a 720 ° C, in presenza di un'atmosfera di catalizzatore e aria di Pt. In tali condizioni, tutto il carbonio è ossidato a CO2 e quantificato in un rivelatore FTIR accoppiato al dispositivo TOC.
- Determinare la concentrazione di carbonio inorganico (IC, in mg/L) tramite acidificazione dei campioni con 1M HCl, conducente alla conversione di carbonato e bicarbonato a CO2· H2O, che è quantificato nel rivelatore FTIR.
- Calcolare la concentrazione del TOC restanti in campioni di acqua dalla seguente equazione.
Nota: Al fine di evitare interferenze e, quindi, risultati non corretti, è molto importante rimuovere ogni traccia di impurità organiche pulendo accuratamente tutto il materiale di vetro utilizzato nella preparazione del campione. Questo può essere giustificato con il lavaggio più volte con acqua calda. - Calcolare il rendimento di mineralizzazione tramite l'esaurimento del carbonio organico totale in tutta la reazione usando l'equazione:
Qui, TOCo è la concentrazione di carbonio organico totale all'inizio dell'irradiazione, mentre TOC è la concentrazione di carbonio organico totale in qualsiasi momento della reazione fotocatalitica.
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Representative Results
3D microstrutture di BiOI con successo sono state sintetizzate dalla proposta di metodo sintetica. Ciò è stato confermato dalle immagini SEM mostrate in Figura 1a–c. Le microsfere sono formate da strutture laminari di [Bi2O2]2 +, che sono legati da due atomi di iodio1. La formazione delle microsfere dipende la temperatura e l'ora della procedura solvothermal, come questi parametri regola la cristallizzazione del oxyhalide3,4,5,6. [Bi2O2] 2 + lastre iniziano a interagire con gli atomi di iodio per formare le strutture laminari quando la temperatura nell'approccio solvothermal supera i 120 ° C1. Quindi, a una temperatura più alta e/o il tempo di reazione più lungo, lamelle sono disposte in modo casuale per costruire le microsfere1,2,3,4,5,6 ,7,8. Quando una temperatura di 130 ° C è stata fornita per 12 h, Strutture amorfe sono stati osservati (Figura 1a) e ioduro non era completamente assimilato il reticolo atomico, determinando la formazione del Bi5O7I materiale. Quindi, quando il trattamento termico è stato 126 ° C per 18 h, perfettamente sagomati strutture sferiche sono stati ottenuti (Figura 1b). Mesoporosi microsfere di BiOI sono stati raggiunti anche quando un trattamento di solvothermal è stato effettuato a 160 ° C per 18 h (Figura 1C). Basato su analisi SEM, il diametro medio delle strutture è stato trovato nella gamma di 2-3 µm.
L'analisi di diffrazione di raggi x ha indicato la prevalenza della fase cristallina tetragonale (tabella 1), con un'alta esposizione di (110) e (012) aerei, secondo la JCPDS carta 73-2062. Come si formarono le microsfere, l'orientamento del cristallite caduto dovuto l'auto-assemblaggio delle lastre BiOI in strutture 3D, che è comunemente osservato in precedenti opere1,2,3,15 , 16 , 17. Figura 2 Confronta i modelli di diffrazione di raggi x (XRD) delle microsfere di BiOI ottenute a 126 ° C e 160 ° C con il pattern XRD di un materiale di BiOI 0 D. Da queste informazioni, è possibile concludere che la cristallizzazione del materiale BiOI inizia a temperature superiori a 100 ° C e poi, [Bi2O2]+ lastre di organizzare in modo casuale a formare BiOI microsfere con nessun orientamento della fase cristallina.
La superficie specifica di microsfere (61,28 m2/g) era abbastanza simile a quella segnalata per altri semiconduttori impiegati tipicamente in fotocatalisi, come TiO2 (tabella 1). Una superficie ampia specifica può essere utile nel processo fotocatalitico, poiché un numero maggiore di molecole organiche può essere adsorbito sulla superficie del semiconduttore a reagire con le specie reattive dell'ossigeno (ROS) prodotte da elementi portanti della carica (ad es., •OH, • O2–e H2O2).
Il volume specifico di zona e poro superficie aumentata con la temperatura e il tempo di reazione nel trattamento solvothermal, da 9,61 m2/g nella fase amorfa 61,28 m2/g quando 126 ° C e 18 h sono stati utilizzati. Nessuna differenza significativa nell'area superficiale specifica sono stata trovata quando sono state confrontate microsfere sintetizzate a 126 e 160 ° C; così, 126 ° C per 18 h sono stati impostati come le condizioni ottimali di sintesi. Isoterme di tipo IV sono state ottenute in analisi di scommessa (Figura 3), che indica che le microsfere di BiOI sono materiali mesoporosi. La caratterizzazione ottica delle microsfere svelato la loro capacità di essere fotoattivi sotto irradiazione di luce visibile, come ha rilevato il valore del gap di banda ha mostrato in tabella 1.
Una caratterizzazione chimica dei materiali è stata effettuata un'analisi composizionale via EDS. La composizione dei materiali BiOI che teneva un rapporto stechiometrico è stata mantenuta quando la sintesi di solvothermal è stata effettuata a bassa temperatura (tabella 2). D'altra parte, quando la temperatura della sintesi solvothermal aumentato, è diminuito il carico di ioduro. Ciò può essere attribuito per l'inclusione degli atomi all'interno del reticolo di semiconduttore, risultante in una minore quantità di atomi sulla superficie ad alogenuri alogenuri. Quando il solvente nell'itinerario del solvothermal è stato cambiato all'acqua, l'assimilazione di ioduro significativamente diminuito per ottenere Bi5O7mi.
L'attività fotocatalitica di microsfere sintetizzate a 126 ° C e 18 h è stata valutata seguendo la mineralizzazione della ciprofloxacina antibiotica in acqua pura, sotto irradiazione di luce UV-A/visibile. Come si può vedere nella Figura 4, microsfere sono stati in grado di mineralizzare l'antibiotico composto in acqua tramite il processo fotocatalitico. È chiaro come era in grado di ossidare completamente la molecola organica di CO2 (Figura 4, blu), mentre la mineralizzazione potrebbe essere realizzato, a diversi livelli, utilizzando BiOI come un photocatalyst fotolisi. Questi risultati dimostrano il photoactivity dei materiali sintetizzati completamente ossidare molecole organiche complesse, come la ciprofloxacina. Un confronto tra il tasso di mineralizzazione è stato effettuato utilizzando il BiOI lavato con etanolo e acqua (come indicato nel protocollo) e altri materiali di microsfere, che sono stati lavati solo con acqua (Figura 4, rosso e nero). È stato osservato come il materiale in modo incompleto lavato era in grado di rilasciare carbonio organico alla soluzione, interferendo con le misure di TOC in campioni di acqua, così come con il processo di mineralizzazione.
Il rilascio di carbonio organico da fotocatalizzatore è stato osservato nella prima fase di analisi della fotocatalisi quando l'agitazione nel buio è stato fornito. La figura 5 Mostra il tasso di assorbimento di ciprofloxacina sulla superficie di microsfere di BiOI lavate solo con acqua e quelli trattati con la miscela di etanolo e acqua. Microsfere lavato con la miscela di etanolo/acqua ha mostrata alcuni adsorbimento della molecola organica, mentre il rilascio di carbonio organico è stato rilevato per il materiale lavato solo con acqua. Ciò può essere spiegato da una pulizia incompleta dei siti di adsorbimento sul materiale BiOI lavato solo con acqua, risultante da un lato nella versione del glicol etilenico e d'altra parte nell'adsorbimento inferiore di ciprofloxacina, con il conseguente calo di l'attività fotocatalitica.
Figura 1: immagini di SEM dei materiali. Ottenuto a (un) a 130 ° C per 12 h, (b) 126 ° C per 18h e (c) 160 ° C per 18 h. Sulla sinistra, immagini a bassa risoluzione sono mostrati, mentre ingrandita in immagini sono disponibili sul lato destro. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 2: modelli di diffrazione di raggi x. (Un) 0 D BiOI (001)-oriented materiale, (b) BiOI microsfere sintetizzate a 126 ° C per 18 h, e (c) BiOI microsfere sintetizzate a 160 ° C per 18 h. La perdita di orientamento dei cristalli è indicato quando le microsfere sono state ottenute. I modelli di diffrazione sono confrontati con la carta JCPDS di riferimento 73-2062. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 3: isoterme di adsorbimento2 N i materiali di microsfere di bismuto oxyhalide sintetizzato a 126 e 160 ° C e confrontato con 0 D BiOI, orientato nel facet (001). Isoterme di tipo IV, che descrive materiali mesoporosi, sono mostrate in questo grafico. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 4: tasso di mineralizzazione di ciprofloxacina a fotolisi e fotocatalisi test utilizzando le microsfere di BiOI ottenute con e senza la fase di lavaggio mediante la miscela di etanolo-acqua. L'errore sperimentale è dato dalla deviazione standard bar. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 5: la concentrazione di carbonio organico (TOC) in campioni di acqua all'inizio degli esperimenti e dopo 30 min di agitazione nel buio totale. L'errore sperimentale è dato dalla deviazione standard bar. La determinazione del sommario è stata effettuata in un campione della soluzione test dopo questa soluzione era stata in contatto con microsfere di BiOI continuando a mescolare per 30 min al buio. Sull'asse y, TOCB si riferisce al carbonio organico nella soluzione del test, mentre TOCL rappresenta il contenuto di carbonio organico dopo 30 min di agitazione nel buio, appena prima che la sorgente luminosa è acceso. Il grafico mostra come il materiale lavato con etanolo ed acqua (lavato) presenta un adsorbimento positivo del carbonio organico dalla soluzione, mentre il materiale lavato solo con acqua (non lavato) ha espresso un adsorbimento negativo, ovvero il rilascio di organico carbonio nella soluzione. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
| PARAMETRO | VALORE |
| struttura cristallina | Tetragonale |
| dimensione del cristallite (nm) | 4.12 |
| Scommetti area (m2/g) | 61,28 |
| diametro dei pori (nm) | 17,7 |
| EG (eV) | 1.94 |
Tabella 1: Caratterizzazione delle microsfere di BiOI sintetizzate dalla proposta di metodo.
| BI (a. %) | O (a. %) | Io (a. %) | |
| BiOI | 33.65 ± 0,86 | 33.59 ± 0.54 | 32.76 ± 0,58 |
| Bi5O7mi | 40.43 ± 0.21 | 52.37 ± 0,38 | 7.19 ± 0.18 |
| BiOI @ 126ºC | 37.09 ± 0,98 | 38.50 ± 0.35 | 24.41 ± 0,37 |
| BiOI @ 160º c | 26.81 ± 0,42 | 58.97 ± 0,51 | 14.21 ± 0.46 |
Tabella 2: Composizione chimica dei materiali BiOI determinato da EDS.
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Discussion
Consideriamo la miscela dei precursori come il passaggio fondamentale nella sintesi delle microsfere di BiOI solvothermal. Una molto lenta stillicidio della soluzione KI nella soluzione Bi (NO3)3 (al massimo di 1 mL/min) è cruciale per ottenere microsfere mesoporosi, poiché permette la formazione lenta e auto-assemblaggio delle lastre+ 2 [Bi2O2] , seguita dal legame con gli atomi di iodio per formare i laminati di BiOI. Le lamelle sono i mattoni delle microsfere nel passo di solvothermal (Figura 1). Temperatura e tempo di reazione sono fattori chiave per la sintesi di solvothermal in quanto alte temperature consentono inizialmente la cristallizzazione del [Bi2O2]+ lastre e, quindi, la disposizione di queste lastre per creare le microsfere 1 , 3. mesoporosi microsfere sono state ottenute quando la temperatura è stata mantenuta sopra i 120 ° C, mentre strutture 3D in modo incompleto sono formate quando il tempo di reazione è stata inferiore a 18 h. Allo stesso modo, l'assimilazione di ioduro era incompleta a bassa temperatura e tempi di reazione, con conseguente in materiali carenti di ioduro come il Bi4O52 (colore giallo).
Il corretto lavaggio dei materiali BiOI deve essere eseguito al fine di ottenere fotocatalizzatori funzionale poiché il glicol etilenico può prevalere sulla superficie del materiale quando è bagnata solo con acqua (anche con acqua calda). I resti del glicol etilenico possono essere rilasciati nella soluzione prima vengono avviati i test fotocatalitico, ostacolando il degrado e la mineralizzazione di ciprofloxacina quando la sorgente luminosa è accesa. È importante tenere a mente che gli alcoli sono in grado di aumentare il contenuto di carbonio misurato dall'analisi TOC sproporzionatamente. Per questo motivo, è molto importante lavare i materiali in modo alternato con etanolo e acqua. Quando la concentrazione di carbonio organico in acqua aumenta attraverso il processo fotocatalitico, può essere risolto recuperando il materiale e lavandolo con acqua calda ed etanolo.
Il metodo proposto può essere modificato in termini di dimensioni autoclave. Qui, stiamo segnalando la sintesi con un reattore di Parr 150 mL; Tuttavia, possono essere eseguite utilizzando una camera di reazione più grande sintesi. Basandoci sulla nostra esperienza, 250ml Parr reattori possono essere usati nella sintesi, risultante in un lieve incremento della superficie specifica delle microsfere. Tuttavia, tale modifica non ha effetto sulle prestazioni del materiale fotocatalitico. È importante considerare che il metodo più alti volumi, il più alto volume dei reattori di solvothermal sul mercato la scalabilità è 2.000 mL-richiede ulteriori esperimenti.
Limitazioni del metodo proposto si trovano nel basso potenziale di scalabilità ai volumi più elevati, dato che più grandi reattori sono difficilmente reperibili sul mercato. Inoltre, come accennato in precedenza, le perdite del glicol etilenico possono verificarsi quando il reattore autoclave non è ben chiuso. Essere a conoscenza di alcuna lisciviazione del solvente organico durante tutto il processo di sintesi al fine di non rovinare il prodotto; alcuni reattori di autoclave sono dotate di un manometro per rendere questo compito più facile. In caso di perdite, l'autoclave può essere chiuso con l'apparecchiatura di sicurezza adeguato, evitando il raffreddamento del reattore. Quando questo problema è stato risolto entro le prime 2 ore della sintesi, microsfere con attività fotocatalitica accettabile possono ancora essere ottenute.
Microsfere a malapena si formano quando altri solventi organici (glicerolo, metanolo, etanolo) sono usati, mentre usando acqua risultati nell'assimilazione più basso di ioduro, che portano alla formazione della Bi5O7ho materiale (colore bianco). Un ulteriore incremento della temperatura di reazione (oltre 180 ° C) può provocare la riduzione chimica del bismuto di bismuto metallico, che può essere agevolata da glicole etilenico che agisce come un agente riduttore.
Finora, ci sono alcuni metodi alternativi segnalazione la sintesi di BiOI microsfere. Per esempio, Montoya-Zamora et al.20 eseguita precipitazione con EDTA, conseguente irregolare microsfere con una bassa area di scommessa. D'altra parte, la ricerca di He et al.21 mirava a sintesi meccanica di BiOI microsfere a temperatura ambiente, ottenendo cristalli orientati con una superficie di scommessa più bassa rispetto a quella osservata in questo studio. Il metodo sintetico proposto in questo lavoro viene attualmente utilizzato per sintetizzare altri oxyhalides di bismuto, quali BiOCl22 e BiOBr23, che hanno dimostrato di essere efficace nella rimozione di inquinanti organici in acqua e nonfotocatalitico x in aria20, così come nell'evoluzione di idrogeno19. Le ricerche più recenti si propone di utilizzare oxyhalides di bismuto nella riduzione della CO2 molecola per produrre idrogeno e idrocarburi leggeri (fotosintesi artificiale)24. Considerando che la sintesi con il metodo di solvothermal è stato eseguito con successo con risultati riproducibili in due paesi diversi (Messico e Cile), si prevede che questo metodo può essere scalato e la sua applicazione negli impianti di trattamento acqua migliorata.
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Disclosures
Gli autori non hanno nulla a rivelare.
Acknowledgments
Gli autori vogliono ringraziare il Secretaría de Ciencia, Tecnología e Innovación de la Ciudad de México per le risorse fornite per svolgere questo lavoro attraverso il progetto SECITI/047/2016 e i fondi nazionali per la scientifica e sviluppo tecnologico Cile (FONDECYT 11170431).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Bismuth(III) nitrate pentahydrate | Sigma Aldrich | 383074 | ACS reagent, ≥98.0% |
| Potassium iodide | Sigma Aldrich | 746428 | ACS reagent, ≥98.0% |
| Ethylene glycol | Sigma Aldrich | 324558 | Anhydrous, 99.8% |
| Ethanol | Meyer | 5405 | Technical Grade, 96% |
| Ciprofloxacin | Sigma Aldrich | 17850 | HPLC, ≥98.0% |
| Cary 5000 UV-Vis-NIR spectrophotometer | Agilent | Used for the Band gap determination by the Tauc model. | |
| JSM-5600 Scanning Electron Microscope | JOEL | Used for the SEM images. | |
| Autosob-1 | Qantachrome Instruments | Used for the determination of surface area and pore diameter. | |
| TOC-L Total Organic Carbon Analyzer | Shimadzu | Used for determination of total organic carbon in water samples. | |
| Bruker AXS D8 Advance - X-ray Diffraction | Bruker | Determination of crystal structure and crystallite size |
References
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