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Jun 07, 2023

ナプロキセン分解に対する ZrO2/TiO2/Fe3O4 三元ナノ複合材料の光触媒活性: 応答曲面法を使用した特性評価と最適化

Scientific Reports volume 12、記事番号: 10388 (2022) この記事を引用する 2381 アクセス 6 引用 メトリクスの詳細 この研究では、ZrO2、TiO2、および Fe3O4 成分は次の方法で合成されました。

Scientific Reports volume 12、記事番号: 10388 (2022) この記事を引用

2381 アクセス

6 引用

メトリクスの詳細

この研究では、ZrO2、TiO2、Fe3O4 成分をそれぞれ共沈法、ゾルゲル法、共沈法によって合成しました。 さらに、ZrO2/TiO2/Fe3O4三元ナノ複合材料の合成には固体分散法を使用した。 ZrO2/TiO2/Fe3O4 ナノ複合材料は、XRD、EDX、SEM、BET、FTIR、XPS、EELS、フォトルミネッセンス (PL) などのさまざまな技術によって特性評価されました。 ZrO2/TiO2/Fe3O4 光触媒の FTIR 分析では、Zr-O、Ti-O、Fe-O の伸縮振動を表す 450 ～ 700 cm-1 の範囲に強いピークが示されました。 FTIRおよびXRD、XPS分析およびPLスペクトルの結果により、固体分散法によりZrO2/TiO2/Fe3O4ナノ複合材料が生成されたことが確認された。 EELS 分析により、Fe3O4、TiO2、ZrO2 の純粋なサンプルが確認されました。 EDAX分析により、Zr:Ti:Fe原子比が0.42:2.08:1.00であることが示された。 光触媒の比表面積、細孔容積、平均細孔径は、それぞれ２８０ｍ ２ ／ｇ、０．９２ｃｍ ３ ／ｇ、４２ｎｍであった。 さらに、応答曲面法 (RSM) を使用して、ナプロキセン除去に関して ZrO2/TiO2/Fe3O4 ナノ複合材料の性能を評価しました。 NPX 濃度、時間、pH、触媒濃度などの 4 つのパラメーターを調査しました。 光触媒の電荷ゼロ点は６であった。光触媒を用いたナプロキセンの分解率の最大値と最小値は１００％であった（条件：ＮＰＸ濃度＝１０ｍｇ／Ｌ、時間＝９０分、ｐＨ＝３、触媒濃度＝０．５ｇ／Ｌ） L) と 66.10% それぞれ。 安定性実験により、三元ナノ触媒は 7 回のリサイクル後に比較的高い光触媒活性を示すことが明らかになりました。

医薬品化合物による環境汚染は、近年最も深刻な問題の 1 つと考えられています 1,2。 製薬廃水を処理し、汚染物質が環境に放出される前に除去するためには、最も効率的な方法を特定することが課題です3。 製薬廃水は、物理的4、化学的、生物学的5、およびそれらを組み合わせた方法6を使用して処理できます。 硫酸ラジカル 8、紫外可視 9、自然太陽光 10、フェントン酸化 11、電気化学 12、ナノ複合触媒 13、超音波分解およびソノフェントン 14 に基づく高度な酸化プロセス 7 を含む高度な酸化プロセス 7 は、医薬品廃水から汚染物質を優れた性能で除去するために広く使用されています。 これらのプロセス中にラジカルが形成されると、水溶液中の有機汚染物質が酸化されます。 他の方法と比較して、光触媒には、高効率、低コスト、特定の廃水に適した触媒の設計、高い腐食安定性と温度安定性など、いくつかの利点があります15、16、17。 二酸化チタン (TiO2) は、感光性半導体 (UV および可視光を含む) であるため、有機化合物や医薬品汚染物質の分解における触媒として広く使用されています 18,19。 光触媒作用中に価電子帯の正孔と伝導帯の電子が形成されると、廃水中に酸化還元媒体が生成されます。 有機化合物を容易に分解し、CO2 や水などの無毒な化合物に変換できます20,21。 二酸化チタンは、アナターゼ、ルチル、ブルッカイトの 3 つの結晶相を持つ多形材料です。 アナターゼ相は、ルチル相よりも光触媒活性が高くなります 22,23。 TiO2 光触媒の活性を高めるには、より小さな粒子 (ナノサイズ) を使用することが重要です。これは、より小さな粒子ほど比表面積が大きいためです 24。 処理後に二酸化チタンナノ粒子を除去すると、この光触媒の利点が減少するため、二酸化チタン（TiO2）を担体材料に固定化することもできますが、固定化により均一系触媒と比較して比表面積が減少します25。 一方で、生成された電子正孔対の高速再結合により、二酸化チタン光触媒の活性が低下する可能性があります26。 したがって、TiO2 の活性を向上させるために、ZrO2 などの他の半導体が使用されます。 ZrO2 ドーピングは、電子 - 正孔対の再結合を遅くし、材料を強化し、表面積とアナターゼ結晶相とルチル結晶相の比率を増加させることができます 27,28。 ZrO2-TiO2 光触媒は有機化合物を分解するために使用されており、この化合物では ZrO2 が系内で支持体または光触媒として機能します 29。