Анотація
Вивчено створення оксидних двокомпонентних систем на основі рутилу ТіО2. Встановлено вплив ультразвукової обробки (УЗО) на властивості даних композитів. Показано, що дана обробка сумішей мало впливає на їхні структурні характеристики, а саме, на співвідношення інтенсивності (110)/(101) рефлексів ТіО2, але в той же час спостерігається незначне збільшення розміру його частинок. Для другого оксиду також відбувається невелике зростання розміру його частинок в результаті УЗО, виключенням є TiO2/MgO та TiO2/ZnO зразки. Показано, що в результаті обробки TiO2/MgO суміші відбувається часткове перетворення MgO у Mg(OH)2, яке супроводжується зменшенням розміру MgO частинок. У випадку TiO2/ZnO суміші спостерігається часткове руйнування ZnO як результат УЗО.
Встановлено, що УЗО сприяє збільшенню середнього радіусу пор композицій одночасно зі зміною поверхневого співвідношення елементів, визначеного ЕДА методом, що може свідчити про сильну взаємодію між оксидами в суміші. Даний факт веде до зростання значення енергії ширини забороненої зони (Еg) оксидної системи у порівнянні з вихідним ТіО2. При цьому, у більшості випадків значення Еg має середню величину між показником характерним для діоксиду титану та іншого оксиду в зразку.
Дослідження фотокаталітичних властивостей зразків в процесі окислювальної деградації метронідазолу (МН) у воді показують, що для всіх композитів спостерігається зниження значень константи швидкості Kd. Виключенням є TiO2/ZnO система, фотоактивність якої пов’язана з більш активним ZnO в даній реакції, але не з TiO2. Падіння значень Kd можна пояснити зниженням вмісту TiO2 у сумішах і даний показник визначається кількістю рутилу в них, а введене значення Kd(ТіО2), яке визначене для кількості TiO2, демонструє її підвищення у порівнянні з індивідуальним TiO2. Даний факт свідчить про сильну взаємодію в складних системах. Одержаний результат (підвищене значення Kd(ТіО2) для композитів, у порівнянні з ТіО2) дозволив реалізувати фотодеструкцію МН у водному середовищі із більшим вмістом складного каталізатора в реакційній суміші, що веде до зростання значень константи швидкості та ступеню деструкції антибіотику. Встановлено, що УЗО метод підвищив стабільність зразків у процесі перетворення МН і, як результат, конверсія антибіотика має більші значення, ніж для вихідних сумішей.
Підвищення значень ступеню деградації МН для УЗО зразків корелюється із зростанням середнього радіусу пор в них, що може бути пов’язано із збільшенням їхньої поверхні, яка доступна для УФ-опромінення. Показано, що одержані композити демонструють кращі властивості в деструкції МН у воді у порівнянні з відомими зразками в літературі.
Посилання
Klavarioti M., Mantzavinos D., Kassinos D. Removal of residual pharmaceuticals from aqueous systems by advanced oxidation processes. Environ. Inter., 2009, 35(2), 402–417.
Ahmadpour N., Nowrouzi M., Avargani V.M., Sayadi M.H., Zendehboudi S. Design and optimization of TiO2-based photocatalysts for efficient removal of pharmaceutical pollutants in water: Recent developments and challenges. J. Water Proc. Eng., 2024, 57, 1–37.
Kumar A., Khan M., He J., M.C. Lo I. Recent developments and challenges in practical application of visibleelightedriven TiO2-based heterojunctions for PPCP degradation: A critical review. Water Res., 2020. 170, 115356–115374.
Kummerer K. Pharmaceuticals in the Environment. Annual Rev. Env. Res., 2010, 35, 57.
National Toxicology Program, Department of Health and Human Services. Report on Carcinogens, Fifteenth Edition. Metronidazole CAS No. 443-48-1, 2021, 1–2.
Okhovat N., Hashemi M., Golpayegani A.A. Photocatalytic decomposition of Metronidazole in aqueous solutions using titanium dioxide nanoparticles. J. Mater. Environ. Sci., 2015, 6(3), 792–799.
Elghniji K., Hentati O., Mlaik N., Mahfoudh A., Ksibi M. Photocatalytic degradation of 4-chlorophenol under P-modified TiO2/UV system: Kinetics, intermediates, phytotoxicity and acute toxicity. J. Environ. Sci., 2012, 24(3), 479–487.
Trovo A.G., Paiva V.A.B., Costa Filho B.M., Machado A.E.H., Oliveira C.V., Santos R.O., Daniel D. Photolytic Degradation of Chloramphenicol in Different Aqueous Matrices Using Artificial and Solar Radiation: Reaction Kinetics and Initial Transformation Products. J. Braz. Chem. Soc., 2014, 25(11), 2007–2015.
Baniamer M., Almasi A., Sharifnia Sh. Degradation of Diclofenac Sodium under Solar Light Irradiation by Photocatalytic Performance of ZnO and V2O5. Iranian J. Chem. Eng., 2018, 15(4), 3–16.
Shmychkova O., Protsenko V., Velychenko O. Ochyshchennia stichnykh vod vid farmatsevtychnykh preparativ: ohliad literatury. Vopr. Khim. i Khim. Tekhnol., 2021, 3, 4–31.
Eddy D.R., Permana M.D., Sakti L.K., Sheha G.A.N., Solihudin, Hidayat S., Takei T., Kumada N., Rahayu I. Heterophase Polymorph of TiO2 (Anatase, Rutile, Brookite, TiO2 (B)) for Efficient Photocatalyst: Fabrication and Activity. Nanomater., 2023. 13(4), 1–31.
Mihai S., Cursaru D.L., Matei D., Manta A.M., Somoghi R., Branoiu G. Rutile RuxTi1-xO2 nanobelts to enhance visible light photocatalytic activity. Sci. Repor., 2019, 9(18798), 1–8.
Zhao W., Zhang J., Pan J., Qiu J., Niu J., Li C. One-step electrospinning route of SrTiO3-modified Rutile TiO2 nanofibers and its photocatalytic properties. Nanoscale Res. Lett., 2017, 12(371), 1–7.
Zhang J., Zhou P., Liu J., Yu J. New understanding of the difference of photocatalytic activity among anatase, rutile and brookite TiO2. Phys. Chem. Chem. Phys., 2014, 16, 20382–20386.
Rozman N., Nadrah P., Cornut R., Jousselme B., Bele M., Drazi G., Gabercek M., Kunej S., Skapin A.S. TiO2 photocatalyst with single and dual noble metal co-catalysts for efficient water splitting and organic compound removal. Inter. J. Hydr. Energy., 2021, 46(65), 32871–32881.
Maeda K. Photocatalytic properties of rutile TiO2 powder for overall water splitting. Catal. Sci. Technol., 2014, 4(7), 1949–1953.
Zazhigalov V.A., Sydorchuk V.V., Khalameida S.V., Kuznetsova L.S. Mechanochemical synthesis of BaTiO3 from barium titanyl oxalate. Inorg. Mat., 2008, 44(6), 641–645.
Zazhigalov V.A., Sachuk O.V., Kopachevska N.S., Starchevskyy V.L., Sawlowicz Z. Effect of ultrasonic treatment on formation of nanodimensional structures in ZnO-MoO3 system. Theor. Experim. Chem. 2017, 53(1), 53–60.
Suslick K.S., Hyeon T., Fang M., Cichowlas A.A. Sonochemical synthesis of nanostructured catalysts. Mater. Sci. and Eng., 1995, 204(1–2), 186–192.
Stucchi M., Cerrato G., Bianchi C.L. Ultrasound to improve both synthesis and pollutants degradation based on metal nanoparticles supported on TiO2. Ultrason. Sonochem., 2019. 51, 462–468.
Yi H., Wang Y., Diao L., Xin Y., Chai C., Cui D., Ma D. Ultrasonic treatment enhances the formation of oxygen vacancies and trivalent manganese on α-MnO2 surfaces: Mechanism and application. J. Coll. Interf. Sci., 2022, 626, 629–638.
Priyadarshi A., Khavari M., Subroto T., Prentice P., Pericleous K., Eskin D., Durodola J., Tzanakis I. Mechanisms of ultrasonic de-agglomeration of oxides through in-situ high-speed observations and acoustic measurements. Ultrason. Sonochem., 2021, 79, 105792–105803.
Yazdani-Darki S., Eslami-Kalantari M., Zare H. Study of double-using ultrasonic effects on the structure of PbO nanorods fabricated by the sonochemical method. Ultrason. Sonochem., 2021, 79, 105797–105803.
Lee D.J., Kumar G.M., Sekar S., Jeon H.C., Kim D.Y., Pugazhendi Ilanchezhiyan. Ultrasonic processing of WO3 nanosheets integrated Ti3C2 MXene 2D-2D based heterojunctions with synergistic effects for enhanced water splitting and environmental remediation. Ultrason. Sonochem., 2023, 101, 106681–106690.
Sachuk O.V., Zazhigalov V.O., Kiziun O.V., Hes N.L., Mylin A.M., Kotynska L.Yo., Kuznetsova L.S., Shcherbakov S.M., Kordan V.M. Influence of mechanochemical and sonochemical method of preparation of TiO2/ZrO2 composites on photocatalytic performance in prometrine decomposition. Theor. Exp. Chem., 2022, 58(3), 190–197.
Sachuk O.V., Zazhigalov V.O., Diyuk O.A., Dulian P., Starchevskyy V.L., Kuznetsova L.S., Kizyun O.V. Properties of Ca(OH)2/TiO2 composites modified by mechanochemical and ultrasonic methods. Mater. Sci. 2022, 57(6), 873–881.
Stucchi M., Cerrato G., Bianchi C.L. Ultrasound to improve both synthesis and pollutants degradation based on metal nanoparticles supported on TiO2. Ultrason. Sonochem., 2019, 51, 462–468.
Thamaphat K., Limsuwan P., Ngotawornchai B. Phase Characterization of TiO2 Powder by XRD and TEM. Kasetsart J. (Nat. Sci.)., 2008, 42, 357–361.
Zaidi B., Belghit S., Ullah M.S., Hadjoudja B., Guerraoui A., Gagui S., Houaidji N., Chouial B., Shekhar C. Structure and properties of nanoscale and mesoscopic materials. Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 2019, 41(8), 1121–1126.
Hansen H.E., Seland F., Sunde S., Burheim O.S., Pollet B.G. Frequency controlled agglomeration of Pt-nanoparticles in sonochemical synthesis. Ultrason. Sonochem., 2022, 85, 105991–106000.
Gielen B., Jordens J., Thomassen L.C.J., Braeken L., Van Gerven T. Agglomeration Control during Ultrasonic Crystallization of an Active Pharmaceutical Ingredient. Crystals., 2017, 7(2), 40–60.
Sydorchuk V., Khlameida S., Zazhigalov V., Skubiszewska-Zieba J., Leboda R., Wieczorek-Ciurowa K. Influence of mechanochemical activation in various media on structure of porous and non-porous silicas. Appl. Surf. Sci., 2010, 257, 446–450.
Sachuk O., Kopachevska N., Kuznetsova L., Zazhigalov V., Starchevskyy V. Influence of ultrasonic treatment on the properties of ZnO-MoO3 oxide system. Chem. Chem. Techn., 2017, 11(2), 152–157.
Sachuk O.V., Zazhyhalov V.O., Kuznetsova L.S., Tsyba M.M. Vlastyvosti Zn-Mo oksydnoi systemy, syntezovanoi shliakhom mekhanokhimichnoi obrobky. Khim. Fiz. Tekhn. Poverkhni., 2016, 7(3), 309–321.
Cavalcante L.S., Sczancoski J.C., Li M. S., Longoa E., Varela J.A. β-ZnMoO4 microcrystals synthesized by the surfactant-assisted hydrothermal method: Growth process and photoluminescence properties. Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects, 2012, 396, 346–351.
Kriukov A.Y., Stroiuk A.L., Kuchmyi S.Ia., Pokhodenko V.D. Nano-fotokatalyz. – Kyev, Akademperiodyka, 2013). – 617 p.
Stando K., Kasprzyk P., Felis E., Bajkacz S. Heterogeneous photocatalysis of metronidazole in aquatic samples. Molekules, 2021, 26, 1–16.
Tran M.L., Fu C.C., Juang R.S. Removal of metronidazole by TiO2 and ZnO photocatalysis: a comprehensive comparison of process optimization and transformation products. Environ. Sci. Pollut. Res., 2018, 25(28), 28285–28295.
Zazhigalov V.O., Brazhnyk D.V., Sachuk O.V., Kiziun O.V., Bacherikova I.V., Akessandri I., Depero L.E. Photocatalytic properties of zinc oxide prepared by combustion of jelled precursor. Theor. Experim. Chem., 2023, 59(1), 25–31.