Новые железосодержащие катализаторы и фотокатализаторы для процессов окисления органических веществ в мягких условиях

• Автор: Кузнецова, Екатерина Васильевна
• Шифр специальности: 02.00.15
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 151 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

С ВВЕДЕНИИ.

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 ФОТОКАТАЛИЗАТОРЫ ДЛЯ ПРОЦЕССОВ ОКИСЛЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ ПОД ВИДИМЫМ СВЕТОМ

1.1.1 Фотосенсибилизация диоксида титана к видимому свету.

1.1.2 Комбинация узкозонного и широкозонного полупроводников

1.1.3 Узкозонные полупроводники на основе оксидов железа

р 1.2 ОКИСЛЕНИЕ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ ПЕРОКСИДОМ ВОДОРОДА В

ПРИСУТСТВИИ ГОМОГЕННЫХ ИОНОВ ЖЕЛЕЗА.

1.2.1 Диспропорционирование Н2О2 акваионами железа.

1.2.2 Каталитическое окисление органических субстратов пероксидом водорода
1.2.3 Влияние света на реакцию Фентона
1.3 IТОЛНОЕ ОКИСЛЕНИЕ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ ПЕРОКСИДОМ ВОДОРОДА В ПРИСУТСТВИИ ТВЕРДОФАЗНЫХ КАТ .А 1ИЗ АТ ОРОВ.
1.4 ФИЗИКОХИМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ рЕ2БМ5.
1.4.1 Оптическая спектроскопия диффузного отражения.
1.4.2 Спектроскопия электронного парамагнитного резонанса
1.4.3 Метод ХАЛЕБ.
1.4.4 Метод ЕХАЕБ.
1.4.5 Мессбауэровская спектроскопия.
1.5 ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ.
Ш 2.1 Реактивы
2.2 I ПРИГОТОВЛЕНИЕ КАТАЛИЗАТОРОВ.
2.2.1 Приготовление системы Си0НгаРег.
2.2.2 Приготовление цеолита.
2.2.3 Приготовление ТЮг, нанесенного на цеолит
2.2.4 Приготовление цеолита, нанесенного на ТЮ.
ф 2.3 Приборы.
2.4 Методы химического анализа
2.4.1 Определение концентрации ионов железа в растворе.
2.4.2 Определение концентрации пероксида водорода в растворе.
2.5 РОВЕДЕНИЕ КАТАЛИТИЧЕСКИХ ЭКСПЕРИМЕТ0В.
2.5.1 Фотокаталитическое окисление органических веществ в газовой фазе.
2.5.2 Каталитическое разложение пероксида водорода в суспензии цеолитов.
2.5.3 Каталитическое окисление органических веществ пероксидом водорода в жидкой фазе.
2.5.4 Расчет квантовой эффективности.
ГЛАВА 3. ФОТОКАТАЛИТИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ ЭТАНОЛА В ГАЗОВОЙ ФАЗЕ НА Си0Н2аЕЕ3.
ГЛАВА 4. КАТАЛИТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЕЕ2М5
4.1 ДОКАЗАТЕЛЬСТВО I Е1 ЕРОГЕННО О РАЗЛОЖЕНИЯ Н2 НА ЦЕОЛИТЕ
4.2 Влияние состава цеолита РЕгэМЗ и метода его приготовления на
АКТИВНОСТЬ В РЕАКЦИИ ФЕНТОНА.
4.3 Влияние соединений, образующих комплексы с ионами железа, на
активность РеМ5Н2
4.4 Влияние света на активность РеМ5Н2
ГЛАВА 5. ФИЗИКОХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЕЕМ5.
5.1 структурные и текстурные свойства цеолита.
5.2 СОСТОЯНИЕ железа в 1ХЕ0ЛИТЕ.
ГЛАВА 6. КИНЕТИКА И МЕХАНИЗМ РАЗЛОЖЕНИЯ Н2 НА ЕЕМ5
6.1 Ки ШТИКА РАЗЛОЖЕНИЯ Н2 И ОКИСЛЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ Н2 НА РЕМ5
6.2 МЕХАНИЗМ КАТАЛИТИЧЕСКОГО РАЗЛОЖЕНИЯ Н2 НА ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩЕМ ЦЕОЛИТЕ1
ГЛАВА 7. ПРИМЕНЕНИЕ КАТАЛИТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ РЕ2М 5Н2 ДЛЯ РЕШЕНИЯ ПРИКЛАДНЫХ ЗАДАЧ
7.1 Очистка с точной воды целлюлознобумажного комбината.
7.2 Обезвреживание высокотоксичных органических веществ
7.3 КОМБИНИРОВАННЫЙ СИСТЕМЫ 7.5.i для фотокатализа в
газовой фазе
ПРИЛОЖЕНИЕ
БЛАГОДАРНОСТИ.
ЛИТЕРАТУРА


В работе проведена реакция разрушения 2пропанола в воде под светом с Х0 нм в присутствии фото катализатора, предешвляющего собой массивный ТЮг с имплантированными ионами V, Мп Ре Другой необычный способ получения фотокатализатора предложен в работе , в которой в результате введения ионов неодима в золь диоксида титана получали коллоидные частицы ЫсТЮ2, катализирующие реакцию окисления фенола под действием видимого света. Авторы из США вводили ионы переходных металлов V, Сг, , Ре, Мп в титансиликатные аэрогели . Преимущественная форма существования примесей в данных системах высокодиспсрсные оксиды. Наибольшую активность в реакции окислении ацетальдегида под действием видимого света показали аэрогели с Сг, Со и 1. В работе описана похожая комбинированная система МТЮгвЮг полученная нанесением диоксида титана на силикатную матрицу МСМ, содержащую ионы переходных металлов V, Сг, Бе. Оригинальные работы по фотокатализу в видимом диапазоне традиционно представляют авторы из Японии. В работе получали пленки ТЮа, которые проявляют фотоактивность в окислении ацетальдегида в газовой фазе иод светом с Х0 им. Утверждается, что сужение запрещенной зоны и появление фотоактивости происходит в результате смешения 2р состояния атомов с 2р состоянием атомов О в валентной зоне полупроводника. Обработка диоксида титана водородной плазмой, описанная в работе , приводит к появлению фотоактивности катализатора под видимым светом без потерн активности под ультрафиолетом в процессе окисления 0 до ЫОз и . Другой метод фотосенсибилизации диоксида гитана адсорбция красителей на его поверхности основан на фотовозбуждении окрашенных веществ , , , . С возбужденной молекулы заряд переходит в зону проводимости полупроводниковой частицы и затем может восстанавливать органические субстраты. В качестве красителей, способных расширить диапазон фоточувствительности полупроводников, использовали эритрозин, эозин, порфирины, цианины и многие другие органические соединения. Этот способ сенсибилизации, однако, имеет два принципиальных недостатка. Вопервых, количество адсорбированного красителя невелико порядка монослоя, поглощение света в таком слое мало и, как результат, квантовая эффективность оказывается низкой 1 . При нанесении красителя более толстым слоем поглощение света повышается, но одновременно растет электрическое сопротивление этого слоя и, значит, затрудняется перенос заряда, т. Вовторых, адсорбированный краситель при освещении сам подвергается окислительновосстановительным превращениям, т. Следовательно, в тех случаях, когда краситель сам не является загрязняющим веществом, которое необходимо фотокаталитически разрушать , требуется обеспечивать регенерацию красителясенсибилизатора. Рассмотрим пример фотосенсибилизации ТЮ2 красителем фталоцианиновым комплексом РеШ РеРс , при которой регенерация красителя происходит в результате фотохимических процессов на диоксиде титана. РРстюги РеШо. О2 электронами зоны проводимости 2Н2е Н2. Таким образом, комбинирование полупроводника, ионов железа и света в системе ТЮ2Текрасительсвет позволяет осуществить сразу три целевых процесса сдвиг фоточувствительности в длинноволновую область за счет красителя, регенерацию этого красителя пероксидом водорода, полученным под влиянием света на ТЮ2, и образование дополнительной окислительной частицы ОН радикала в реакции типа Фентона. Однако во всех перечисленных работах по фотосенсибилизации диоксида титана квантовая эффективность окислительных реакций не оценивалась, вероятно, по причине ее чрезвычайной малости. Несмотря на большое количество, несомненно, интересных работ в данном направлении, фотосенсибилизация ТЮ2 еще очень далека от практического применения. Идея совмещения двух полупроводников с различным химическим составом в целях получения новых свойств материала оказалась необычайно плодотворной, особенно в области информационных технологий. Так, за исследования полупроводниковых гетероструктур в высокоскоростной электронике и оптоэлектронике в году Шведская Королевская Академия наук присудила Нобелевскую премию по физике Ж. И. Алферову Физикотехнологический институт имени А. И. Иоффе, СанктПетербург, Россия.