Yöntem makalesi

Bizmut Oxyiodide mikroküreler çok fonksiyonel su Depuration Fotokatalitik işlemleri için elde etmek için bir Facile sentetik yöntemi

7.2K görüntüleme

⸱

DOI:

10.3791/59006

⸱

29 Mart 2019

 ,  ,  ,  ,  , 
1Instituto de Ciencias Aplicadas y Tecnología, Universidad Nacional Autónoma de México, 2Instituto de Investigación Multidisciplinario en Ciencia y Tecnología, Universidad de La Serena

Bu makalede

Özet

Bu makalede, siprofloksasin gibi organik kirleticilerin Fotokatalitik Temizleme su UV-A/görünür ışık ışınlama altında gerçekleştirmek için son derece işlevsel bizmut oxyiodide mikroküreler elde etmek için sentetik bir yöntemi.

Özet

Bizmut oxyhalide (BiOI) güneş ışığı-tahrik-çevre photocatalysis için umut verici bir malzemedir. Malzeme bu tür fiziksel yapısını son derece Fotokatalitik performansını ilgili göz önüne alındığında, bu en işlevsel mimarileri ve böylece, en yüksek Fotokatalitik elde etmek için sentetik yöntemleri standartlaştırmak gereklidir verimlilik. Burada, BiOI mikroküreler solvothermal süreci ile elde etmek için güvenilir bir yol BI (NO3)3 ve potasyum iyodür (KI) öncüleri ve etilen glikol şablon olarak kullanarak raporu. Sentez 18 h için 126 ° C'de bir 150 mL otoklav standartlaştırılmıştır. 2-3 µm boyutunda mesoporous mikroküreler, ilgili belirli bir yüzey alanı (61.3 m2/g) ile sonuçlanır. Daha yüksek sıcaklıklarda Fotokatalitik performans etkisi ile mikroküreler porozite için hafif bir artış yol sentez tepki sürelerinin kısaltılması amorf yapılarda sonuçları. Fotoğraf-aktif malzemelerdir su antibiyotik siprofloksasin bozulması için UV-A/görünür ışık ışınlama altında. Bu yöntem interlaboratory testlerde, Meksika ve Şili araştırma gruplarındaki benzer BiOI mikroküreler alma etkili olduğu göstermiştir.

Giriş

Yarı iletken bir bolluk defa, görünür ışık ışınlama, organik bileşikler düşmesine veya hidrojen1,2şeklinde yenilenebilir enerji üretmek için altında yüksek aktivite ile photocatalysts için amaçlayan sentez. Bizmut oxyhalides BiOX (X = Cl, Br veya) görünür ışık veya simüle güneş ışığı ışınlama3,4onların yüksek Fotokatalitik verimliliği nedeniyle bu tür uygulamalar için aday olan. Bizmut oxyhalides grup boşluk enerji (Eg) halide atom sayısı artış ile azalır; Böylece, BiOI en düşük etkinleştirme enerji görüntüleme malzemedir (Eg 1.8 eV =)5. İyot atomları, bizmut atomlar, Van der Waals kuvvetleri ile gümrüklü Fotokatalitik işlemi4,6uyarının harekete geçirilmesine karşılık ücret taşıyıcılar yarı iletken yüzeye göç iyilik bir elektrik alanı oluşturun. Ayrıca, crystallite mimarisini separa, tion şarj taşıyıcıların kritik bir role sahiptir. (001) uçaktaki son derece odaklı yapıları ve 3D yapılar (örneğin mikroküreler) şarj taşıyıcı ayrılık ışınlama, Fotokatalitik performans7,8,9 artan üzerine kolaylaştırmak , 10 , 11 , 12. bu ışığında, bizmut oxyhalide malzemelerin fotoğraf etkinliği artırmak yapıları elde etmek için güvenilir sentetik yöntemleri geliştirmek gereklidir.

Solvothermal yöntemi, gereğidir, en sık kullanılan ve BiOI mikroküreler13,14,15,16elde etmek için yol okudu. Bu metodolojileri ile ilgili giderleri daha yüksek olmasına rağmen iyonik sıvılar kullanarak bazı yöntemleri de bildirilen17, olmuştur. Microsphere yapısı genellikle bir kademeli [Bi2O2]2 + türler18 ' kendi kendine montaj kaynaklanan metalik alkoxides oluşturmak için denetleyici bir ajan gibi davranan etilen glikol gibi organik çözücüler kullanılarak elde edilir , 19. solvothermal rota etilen glikol ile kullanarak sıcaklık ve reaksiyon süresi4,18gibi tepki anahtar parametreleri değiştirerek türleri farklı morfoloji oluşumunu kolaylaştırır. Edebiyat sentetik yöntemlerde çok fotoaktif yapıları elde etmek için zıt bilgiler gösteren BiOI mikroküreler elde etmek için geniş bir gövdesi vardır. Bu ayrıntılı iletişim kuralı BiOI mikroküreler su kirletici Fotokatalitik bozulması çok fonksiyonel elde etmek için güvenilir bir sentetik yöntemi göstermede hedefleniyor. Başarılı bir şekilde bu tür malzemeleri, elde etmek için yeni araştırmacılar yardım sentez işlemle ilişkili en ortak tuzaklar kaçınmak istiyoruz.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Protokol

Not: Tüm malzeme güvenlik veri sayfaları (MSDS) kimyasal reaktifler kullanmadan önce okuyunuz. Güvenlik protokollerini önlük ve eldiven giyerek izleyin. UV koruma koruyucu gözlük photocatalysis testler sırasında giymek. Nanomalzemeler onların öncüleri için karşılaştırıldığında önemli tehlikeli etkileri mevcut unutmayın.

1. BiOI mikroküreler hazırlanması

  1. Çözüm 1için bizmut nitrat pentahydrate (Bi (NO3)3∙5H2O) 60 ml Cam ölçek etilen glikol 2.9104 g geçiyoruz. Çözüm 2için KI 0.9960 g etilen glikol bir cam ölçek 60 ml geçiyoruz.
    Not: Organik çözücü içinde inorganik tuzlar tamamen erimesi önemlidir; o-ebilmek almak yaklaşık 60 dk. Sonication her iki öncüleri çözülmeye yararlı olabilir.
  2. Dropwise, Çözüm 2 Çözüm 1 ' e (akış oranında yaklaşık 1 mL/dk) ekleyin. Renksiz Çözüm 2 sarımsı bir süspansiyon için değişecektir. Bazen, Çözüm 2 ne zaman aniden eklendi, siyah renk, BII4- kompleks oluşumu nedeniyle görünebilir. Bu gibi durumlarda, bir sentez iptal edildi ve yeniden başladı.
    Not: bizmut oksit (Bi2O3) kontrolsüz yağış su oluşumunu teşvik bu yana laboratuvar malzeme tamamen kurumuş gerekir.
  3. Oda sıcaklığında 30 dakika orta hız kullanarak karışımı ilave edin. Ardından karışımı 150 mL otoklav reaktör aktarın. Dikkatle kalan süspansiyon yanağında kaldırmak için kabı girdap. Etilen glikol kadehler durulama için 1-5 mL eklemek mümkündür. Reaktör sıkıca kapattığınızdan emin olun.
    Not: Otoklav % 40 BiOI mikroküreler oluşumu için en uygun basınç koşulları elde etmek için kapasitesini % 80'i için doldurulmalıdır. Reaktör yumuşak bir mühür baskısı, sentez bozulmadan kaybına neden olabilir.
  4. Bir fırın reaktöre ısıl işlem kaynağı, 126 ° c Oda sıcaklığından son sıcaklık 18 h10sürdürmek bir sıcaklık rampa 2 ° C/dak, kullanarak. Sonra oda sıcaklığında otoklav reaktöre cool.
    Not: Fırında veya mikroküreler oluşumu yağma edecektir bu yana hızlı bir Isıtma sağlar.
    Dikkat: otoklav soğuk suyla yıkayarak otoklav deformasyon neden olabilir gibi soğutma neden değil. Bu iyot gaz sürümde neden olabileceğinden hala sıcak iken reaktör açmaya çalışmayın.

2. BiOI mikroküreler yıkama

  1. Sağlam malzeme decantation tarafından ayırmak ve etilen glikol mümkün olduğu kadar kaldırmak için yıkayın. Bir 0.8 oluşan bir filtreleme sistemi hazırlamak mikron filtre kağıdı (Grade 5, küllerinden ücretsiz) düzgün bir cam huni duvarlara yapıştırılır. Bir Erlenmeyer flask deldi Mantar tıpa kullanarak bağlayın. Filtrasyon adım yerçekimi tarafından taşırlar.
    1. (İsteğe bağlı) Reaktör üzerinden süspansiyon için huni dökme, deiyonize su basınçlı kap reaktör durulama için kullanın.
  2. Filtre kağıdı muhafaza katı ürün yıkama — yoğun bir turuncu renk — su ve mutlak etanol (teknik notu) ile birkaç kez distile. Sızıntı renksiz olana çamaşır solvent alternatif.
    Not: Lütfen mutlak etanol kalan etilen glikol kaldırırken inorganik iyonlar, deiyonize su kaldırır Böylece, her iki çözücüler kullanılması gerekir.
  3. Çıkarmak tüm izini sürmek-mutlak etanol ve turuncu renkli yoğun ürün 24 h için 80 ° C'de kuru için iki son yıkama adımda deiyonize su kullanın. Son, kehribar cam şişelerde, karanlıkta, tercihen bir desiccator malzemesi saklayın.

3. BiOI mikroküreler karakterizasyonu

  1. Monochromic Cu Kα ışık kaynağı kullanarak toz malzeme, x-ışını kırınım Analizi gerçekleştirmek, 1.5406 ile λ = Å, 30'işletilen kV ve 15 anne.
  2. Brunauer-Emmett-Teller (bahis) yöntemle N2adsorpsiyon tarafından belirli yüzey alanı belirleyin.
    1. Önce analiz örnekleri (500 mg) 80ºC adlı gecede toz outgas. N2 adsorpsiyon ölçümleri, - 75ºC gerçekleştirin. Belirli yüzey alanı ve adsorpsiyon isotherms gözenek birimden hesaplayın.
  3. UV-görünür diffüz yansıma spectra malzemelerin bir Spektrofotometre ile bir peygamber devesi Aksesuar kullanarak belirleyin.
    1. Toz örneklerinde 105ºC gecede bir laboratuvar fırında kuru. Daha sonra dikkatli bir şekilde 30 mg peygamber devesi Aksesuar örnek bağlantı noktası koyun.
    2. 200-800 aralığında bir ışık kaynağı ile toz örnekleri ışınlatayım nm ışık emilimi yelpazenin malzeme elde etmek için. Soğurma spektrumu örnek kullanılarak Grup boşluk enerji (Eg) hesaplar.
  4. Elektron mikroskobu tarama tarafından BiOI mikroküreler ikincil boyutunu belirler.
    1. Toz örnek bir karbon kaset ve ardından gözlemleri gerçekleştirmek için mikroskop saplama koymak.
    2. Örnekleri kimyasal bileşimi göre enerji dağıtıcı x-ışını spektroskopisi (EDS) analiz belirlemek.

4. Fotokatalitik etkinlik testi

  1. Çözüm sınamakiçin 7.5 mg siprofloksasin 250 ml distile su 30 ppm çözüm elde etmek için geçiyoruz. Ardından test çözüm cam Fotokatalitik reaktöre aktarın. İyice sıcaklık 25 ° C'de tutan bir manyetik karıştırıcı ile belgili tanımlık eriyik, heyecan Kabarcık hava hava doygunluk korumak için 100 mL/dk çözüm için.
  2. BiOI photocatalyst 62,5 mg 0,25 g/l bir konsantrasyon hemen ulaşmak, bir cam şırınga kullanarak ilk örneği (8 mL) almak için test ekleyin. Karıştırma karanlıkta 30 dk sonra ikinci örnek almak ve ışık kaynağı açın.
    1. Deneyler UV-A/görünür ışık koşulları altında gerçekleştirilen göz önüne alındığında, bir 70 W lamba photocatalysis testlerinde kullanın. Işık kaynağı 5 cm yukarıda photoreactor bulun.
  3. Sıvı örnekleri (8 mL) 5, 10, 15, 20, 30, 45, 60, 90, 120, 180, 240 ve radyoterapi 300 dk sonra al. İçine kapanık örnekleri onları 0,22 µm naylon membran analiz önce sıvı katı herhangi bir parçacık kaldırmak için geçirerek filtre. Filtre uygulanmış örnekleri analiz kadar kehribar cam şişeleri 4 ° C'de depolayın.
  4. Siprofloksasin Qafqaz Fotokatalitik süreci boyunca sıvı örnekleri kalan toplam organik karbon (TOC) konsantrasyon analiz ederek belirlemek.
    1. Toplam karbon (TC, mg/L) Pt katalizör ve hava atmosfer huzurunda 720 ° C'de ıslak yanma yoluyla konsantrasyon ölçmek. Bu koşullar altında tüm karbon CO2 ' ye okside ve TOC aygıta birleştiğinde bir FTIR dedektörü olarak sayılabilir.
    2. Asitleştirme dönüştürme karbonat ve bikarbonat CO2· önde gelen 1 M HCl ile örnekleri ile inorganik karbon konsantrasyonu (IC, mg/L) belirlemek FTIR dedektörü sayısal H2O.
    3. Su örnekleri aşağıdaki denklemle kalan TOC konsantrasyonu hesaplayın.
      figure-protocol-1
      Not: etkileşimler ve böylece, hatalı sonuçlar önlemek için bu örnek hazırlanmasında kullanılan tüm cam malzeme iyice temizleyerek organik yabancı maddelerin herhangi bir iz kaldırmak çok önemlidir. Bu birkaç kez sıcak su ile yıkayarak garanti.
    4. Toplam organik karbon reaksiyon denklemi kullanarak boyunca tükenmesi ile Qafqaz verim Hesapla:
      figure-protocol-2
      İçindekiler tablosu toplam organik karbon konsantrasyonu Fotokatalitik tepki herhangi bir zamanda ise, TOCo ışınlama başında toplam organik karbon konsantrasyonu işte.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Sonuçlar

BiOI 3D microstructures başarılı bir şekilde önerilen sentetik yöntemi tarafından sentezlenen. Bu Şekil 1a-cgösterilen SEM görüntüleri tarafından doğrulandı. Mikroküreler [Bi2O2]2 +, hangi iki iyot atomları1tarafından bağlı bulunmaktadır Laminer yapılardan oluşur. Bu parametreler oxyhalide3,4,

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Tartışma

Biz öncüleri karışımı kritik adımı BiOI mikroküreler solvothermal sentezi olarak düşünün. KI çözüm çok yavaş bir damlama BI (NO3)3 çözüm (en fazla 1 mL/dk), içine mesoporous mikroküreler, yavaş oluşumu sağlar beri ve [Bi2O2]+ 2 plaka, kendinden montajlı elde etmek çok önemlidir , bağ BiOI laminat oluşturmak için iyot atomları ile izledi. Lamellae (şekil 1). solvothermal adım mikroküreler tuğla vardır. Sıcaklık ve reaksiyon süresi olan en...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Açıklamalar

Yazarlar ifşa gerek yok.

Teşekkürler

Yazarlar Secretaría de Ciencia teşekkür etmek istiyorum, Tecnología e Innovación de la Ciudad de México kaynaklar için bu çalışma sayesinde tarafından finanse edilen proje SECITI/047/2016 ve Ulusal Fon bilimsel ve teknolojik gelişme için yürütmek sağlanan Şili (FONDECYT 11170431).

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
Bizmut (III) nitrat pentahidratSigma Aldrich383074ACS reaktifi, > % 98.0
Potasyum iyodürSigma Aldrich746428ACS reaktifi, > % 98,0
Etilen glikolSigma Aldrich324558Susuz,% 99,8
EtanolMeyer5405Teknik Sınıf,% 96
SiprofloksasinSigma Aldrich17850HPLC, vb; %98,0
Cary 5000 UV-Vis-NIR spektrofotometreAgilentTauc modeli ile bant aralığı tayini için kullanılır.
JSM-5600 Taramalı Elektron MikroskobuJOELSEM görüntüleri için kullanılır.
Autosob-1Qantachrome CihazlarıYüzey alanı ve gözenek çapının belirlenmesinde kullanılır.
TOC-L Toplam Organik Karbon AnalizörüShimadzuSu numunelerindeki toplam organik karbon tayini için kullanılır.
Bruker AXS D8 Advance - X-ışını KırınımıBrukerKristal yapısı ve kristalit boyutunun belirlenmesi

Kaynaklar

  1. 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).
  2. Wang, H., et al. Semiconductor heterojunction photocatalysts: Design, construction, and photocatalytic performances. Chemical Society Reviews. 43 (15), 5234-5244 (2014).
  3. 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).
  4. 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).
  5. Meng, X., Zhang, Z. Bismuth-based photocatalytic semiconductors: Introduction, challenges and possible approaches. Journal of Molecular Catalysis A: Chemical. 423, 533-549 (2016).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).
  15. 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).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).
  19. 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).
  20. 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).
  21. 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).
  22. 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).
  23. 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).
  24. 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).

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Yeniden basım ve izinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste

İzin iste

Etiketler

Solvotermal SentezMikrok re Olu umuFotokatalitik AktiviteSiprofloksasin DegradasyonuEtilen Glikol ablonuOtoklav Reakt rUV Vis I nlamasBant Aral Analizi

İlgili makaleler