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

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

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.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

М. Ф. Бутман

Ивановский государственный химико-технологический университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: butman@isuct.ru
Россия, Шереметевский пр., 7, Иваново, 153000

Н. Л. Овчинников

Ивановский государственный химико-технологический университет

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

Н. М. Виноградов

Ивановский государственный химико-технологический университет

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

Е. М. Мостова

Ивановский государственный химико-технологический университет

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

Г. И. Гусев

Ивановский государственный химико-технологический университет

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

А. А. Гущин

Ивановский государственный химико-технологический университет

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

Н. Е. Гордина

Ивановский государственный химико-технологический университет

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

Список литературы

  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.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема экспериментальной установки: 1 – внутренний электрод; 2 – внешний электрод; 3 – стеклянная трубка; 4 – вход газа (кислород); 5 – выход газа; 6 – насос; 7 – раствор красителя; 8 – мешалка магнитная; 9 – обработанный раствор.

Скачать (117KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Схема реактора с коаксиальным расположением электродов: 1 – внутренний электрод; 2, 3 – тефлоновые вставки; 4 – внешний электрод; 5 – стеклянная трубка (диэлектрический барьер); 6 – зона горения плазмы; 7 – выход газа; 8 – вход газа; 9 – резистор 100 Ом; 10 – цифровой двухканальный осциллограф; 11 – блок питания; 12 – слой катализатора.

Скачать (272KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Кинетические кривые сорбции и фотокаталитической деструкции под действием УФ-излучения RhB в присутствии гранулированных композитов: NaX/TiO2 (1 – деструкция, 3 – сорбция), D/TiO2 (2 – деструкция, 4 – сорбция).

Скачать (165KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Дифрактограммы порошковых композитов NaX/TiO₂ и D/TiO₂; для анатаза и рутила приведены данные из работы [32].

Скачать (149KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Изменение UV-Vis-спектров в процессе обработки растворов, содержащих родамин Б, от времени контакта с зоной разряда: а – без катализатора, б – в присутствии D/TiO₂ (1 г), в – в присутствии NaX/TiO₂ (1 г), г – NaX/TiO₂ (2 г).

Скачать (565KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Зависимость pH-обработанных растворов RhB от времени контакта с зоной разряда: 1 – до обработки, 2 – после обработки без катализатора, 3 – после обработки в присутствии катализатора D/TiO₂.

Скачать (110KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Зависимость концентрации RhB от времени контакта с зоной разряда: без катализатора (1), 1 г D/TiO₂ (2), 1 г NaX/TiO₂ (3), 2 г NaX/TiO₂ (4).

Скачать (142KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Зависимость эффективности обесцвечивания RhB от времени контакта с зоной разряда: без катализатора (4), 1 г D/TiO₂ (3), 1 г NaX/TiO₂ (2), 2 г NaX/TiO₂ (1).

Скачать (148KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025