Сорбционно-каталитическое повышение эффективности деструкции красителя родамина б в плазме барьерного разряда гранулами цеолита NaX и диатомита C покрытием TiO₂

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

В работе приведены результаты исследований комбинированного процесса плазменно-фотокаталитической деструкции водных растворов родамина Б (RhB) с высокими концентрациями (до 40 мг л–1) с использованием двух композитных каталитических систем, состоящих из диоксида титана, закрепленного на гранулах цеолита NaX, и диатомита. Нанесение покрытия TiO2 осуществлялось гидротермальной пропиткой носителя растворами, содержащими крупноразмерные гидроксокомплексы титана. Изучены сорбционные и фотокаталитические свойства пропитанных гранул в статических условиях. В плазмохимическом реакторе диэлектрического барьерного разряда проведена оценка вклада сорбционно-каталитических процессов в эффективность разложения RhB. Показано, что присутствие обоих типов катализаторов в плазме приводит к росту скорости деструкции красителя не менее чем на 20%. Максимальная эффективность разложения в плазме наблюдается при использовании катализатора TiO2/цеолит и достигает 100% (2 г катализатора в объеме реактора – 25 см3, мощность разряда – 8.6 Вт/см3) при степени минерализации более 80%, что свидетельствует о высокой степени протекания окислительных процессов.

Full Text

Restricted Access

About the authors

M. Ф. Бутман

Ивановский государственный химико-технологический университет

Author for correspondence.
Email: butman@isuct.ru
Russian Federation, Шереметевский пр., 7, Иваново, 153000

Н. Л. Овчинников

Ивановский государственный химико-технологический университет

Email: butman@isuct.ru
Russian Federation, Шереметевский пр., 7, Иваново, 153000

Н. M. Виноградов

Ивановский государственный химико-технологический университет

Email: butman@isuct.ru
Russian Federation, Шереметевский пр., 7, Иваново, 153000

E. M. Мостова

Ивановский государственный химико-технологический университет

Email: butman@isuct.ru
Russian Federation, Шереметевский пр., 7, Иваново, 153000

Г. I. Гусев

Ивановский государственный химико-технологический университет

Email: butman@isuct.ru
Russian Federation, Шереметевский пр., 7, Иваново, 153000

A. A. Гущин

Ивановский государственный химико-технологический университет

Email: butman@isuct.ru
Russian Federation, Шереметевский пр., 7, Иваново, 153000

Н. Е. Гордина

Ивановский государственный химико-технологический университет

Email: butman@isuct.ru
Russian Federation, Шереметевский пр., 7, Иваново, 153000

References

  1. Shen Y., Wang Y., Chen Y. et al. // Arab. J. Chem. 2023. V. 16. № 4. 104571.
  2. Kim S.H., Seo J., Hong Y. et al. // J. Water Process Eng. 2023. V. 52. 103519.
  3. Butman M.F., Gushchin A.A., Ovchinnikov N.L. et al. // Catalysts. 2020. V. 10. № 4. P. 359.
  4. Gushchin A.A., Grinevich V.I., Shulyk V.Y. et al. // Plasma Chem. Plasma Process. 2018. V. 38. P. 123.
  5. Assadi A.A., Bouzaza A., Vallet C., Wolbert D. // Chem. Eng. J. 2014. V. 254. P. 124.
  6. Abdel-Fattah E., Alotibi S. // Applied Sciences. 2023. V. 13. № 18. 10045.
  7. Attri P., Tochikubo F., Park J.H. et al. // Sci. Rep. 2018. V. 8. 2926.
  8. Lu N., Hui Y., Shang K. et al. // Plasma Chem. Plasma Process. 2018. V. 38. P. 1239–1258.
  9. Neyts E.C. // Plasma Chem. Plasma Process. 2016. V. 36. P. 185.
  10. Butman M.F., Ovchinnikov N.L. Karasev N.S. et al. // Beilstein J. Nanotechnol. 2018. V. 9. P. 364.
  11. Xu H., Liu Y. // Catalysts. 2023. V. 13. № 5. 840.
  12. Ovchinnikov N.L., Vinogradov N.M., Gordina N.E. et al. // Prot. Met. Phys. Chem. Surf. 2023. V. 59. P. 570.
  13. Jarullah A.T., Ahmed A.N., Altabbakh B.A. et al. // Tikrit J. Eng. Sci. 2023. V. 30. № 2. P. 46.
  14. Van X., Zhu T., Sun Y. et al. // J. Hazard. Mater. 2011. V. 196. P. 380.
  15. Ogata A., Saito K., Kim H.-H. et al. // Plasma Chemistry and Plasma Processing. 2010. V. 30. № 1. P. 33.
  16. Jia Z., Vega-Gonzalez A., Amar M.B. et al. // Catal. Today. 2013. V. 208. P. 82.
  17. Roland U., Holzer F., Kopinke F.D. // Catal. Today. 2002. V. 73. № 3. P. 315.
  18. Wallis A.E., Whitehead J.C., Zhang K. // Catal. Lett. 2007. V. 113. № 1. P. 29.
  19. Mzimela N., Tichapondwa S., Chirwa E. // RSC Adv. 2022. V. 12. № 53. P. 34652.
  20. Mandlimath T.R., Moliya A., Sathiyanarayanan K.I. // Appl. Catal. A: Gen. 2016. V. 519. P. 34.
  21. Al-Shamiri H.A., Abou Kana M.T. // Appl. Phys. B. 2010. V. 101. № 1–2. P. 129.
  22. Asano M., Doi M., Baba K. et al. // J. Biosci. Bioeng. 2014. V. 118. № 1. P. 98.
  23. Gong Y.-J., Zhang X.-B., Mao G.-J. et al. // Chem. Sci. 2016. V. 7. № 3. P. 2275.
  24. Li J., Li S., Wei X. et al. // Anal. Chem. 2012. V. 84. № 22. P. 9951.
  25. Baviskar P., Zhang J., Gupta V. et al. // J. Alloys Compd. 2012. V. 510. № 1. P. 33.
  26. Dire D.J., Wilkinson J.A. // J. Toxicol.: Clin. Toxicol. 1987. V. 25. № 7. P. 603.
  27. Adegoke K.A., Adegoke O.R., Araoye A.O. et al. // Bioresour. Technol. Rep. 2022. V. 18. 101082.
  28. Bernier A., Admaiai L.F., Grange P. // Appl. Catal. 1991. V. 77. P. 269.
  29. Chen X., Xue Z., Yao Y. et al. // Int. J. Photoenergy. 2012. V. 2012. 754691.
  30. Gusev G.I., Gushchin A.A., Grinevich V.I. et al. // ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2020. V. 63. № 7. P. 88.
  31. ПНД Ф 14.1:2:4.190-2003. Методика измерения бихроматной окисляемости (химического потребления кислорода) в пробах природных, питьевых и сточных вод фотометрическим методом с использованием анализатора жидкости Флюорат-02. ООО “Люмекс”. 2003.
  32. JCPDS: Powder Diffraction File (PDF-2): Sets 1–45 JCPDS-ICDD, International Centre for Diffraction Data, Newtown Square, PA, 19073 USA.
  33. Ezzeddine Z., Batonneau-Gener I., Pouilloux Y. et al. // Colloids Interfaces. 2018. V. 2. 22.
  34. Li G., Feng Y., Zhu W., Zhang X. // Korean J Chem. Eng. 2015. V. 32. № 10. P. 2109.
  35. Silverstein R.M., Bassler G.C. // J. Chem. Educ. 1962. V. 39. № 11. 546.
  36. Wang J., Sun Y., Jiang H. et al. // J. Saudi Chem. Soc. 2017. V. 21. № 5. P. 545.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Schematic diagram of the experimental setup: 1 – internal electrode; 2 – external electrode; 3 – glass tube; 4 – gas inlet (oxygen); 5 – gas outlet; 6 – pump; 7 – dye solution; 8 – magnetic stirrer; 9 – treated solution.

Download (117KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Schematic diagram of a reactor with coaxial electrode arrangement: 1 – internal electrode; 2, 3 – Teflon inserts; 4 – external electrode; 5 – glass tube (dielectric barrier); 6 – plasma combustion zone; 7 – gas outlet; 8 – gas inlet; 9 – 100 Ohm resistor; 10 – digital dual-channel oscilloscope; 11 – power supply; 12 – catalyst layer.

Download (272KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Kinetic curves of sorption and photocatalytic destruction under the influence of UV radiation of RhB in the presence of granulated composites: NaX/TiO2 (1 – destruction, 3 – sorption), D/TiO2 (2 – destruction, 4 – sorption).

Download (165KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Diffraction patterns of NaX/TiO₂ and D/TiO₂ powder composites; for anatase and rutile, data from [32] are presented.

Download (149KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Changes in UV-Vis spectra during the treatment of solutions containing rhodamine B, depending on the time of contact with the discharge zone: a – without catalyst, b – in the presence of D/TiO₂ (1 g), c – in the presence of NaX/TiO₂ (1 g), d – NaX/TiO₂ (2 g).

Download (565KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Dependence of pH-treated RhB solutions on the contact time with the discharge zone: 1 – before treatment, 2 – after treatment without catalyst, 3 – after treatment in the presence of D/TiO₂ catalyst.

Download (110KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Dependence of the RhB concentration on the contact time with the discharge zone: without catalyst (1), 1 g D/TiO₂ (2), 1 g NaX/TiO₂ (3), 2 g NaX/TiO₂ (4).

Download (142KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Dependence of the RhB bleaching efficiency on the contact time with the discharge zone: without catalyst (4), 1 g D/TiO₂ (3), 1 g NaX/TiO₂ (2), 2 g NaX/TiO₂ (1).

Download (148KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences