Photocatalytic purification of water on TiO2 photocatalysts produced with application of plant extracts

• Autorzy: Rejek Maja , Kiełbasa Karolina , Grzechulska-Damszel Joanna

Identyfikatory

DOI

10.15199/28.2019.1.5

Warianty tytułu

PL

Fotokatalityczne oczyszczanie wody na fotokatalizatorach TiO2 wytworzonych z użyciem ekstraktów roślinnych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Titanium dioxide is the most important photocatalyst used in the processes of the photocatalytic water treatment. Unfortunately, preparation of this material is energy consuming and requires application of toxic reagents, which is unfriendly to the environment. In this studies, TiO2 materials were biosynthesized using extracts form shamrock and walnut leafs to replace harmful compounds. Different TiO2 precursors were used: 1) titanium tetraizopropoxide (TTIP), 2) an intermediate product from titanium dioxide technological line in Grupa Azoty Zakłady Chemiczne “Police” SA. To prepare titanium dioxide, the individual extract was mixed with distilled water and titania precursor. The photocatalytic properties of prepared materials were tested in the reaction of decomposition of the model compound Acid Red 18, being an organic azo dye. The results revealed that the material prepared with TTIP shows the highest activity from all studied materials and decomposed the dye in 55 min. Application of various plant extracts has no much impact on the photoactivity of TiO2 photocatalyst — both materials decomposed Acid Red 18 in 55 min. Prepared materials were characterized by X-ray diffraction, nitrogen adsorption/ desorption process, diffuse reflectance UVVis and FTIR spectroscopy. Summarizing, each prepared material showed high photocatalytic activity so this preparation method seems to be appropriate for synthesis of active titania photocatalyst.

PL

Fotokataliza jest jedną z metod oczyszczania wody, która w ostatnich latach wzbudza coraz większe zainteresowanie naukowców, gdyż w większości przypadków powoduje rozkład zanieczyszczeń do wody, ditlenku węgla oraz kwasów nieorganicznych. Spośród wielu typów stosowanych fotokatalizatorów najczęściej badany jest ditlenek tytanu (TiO2), ponieważ charakteryzuje się dużą fotoaktywnością i stabilnością chemiczną, dobrymi właściwościami optycznymi, a co najważniejsze jest tani i łatwo dostępny. Niestety wytwarzanie tego materiału wymaga dużych nakładów energetycznych i zastosowania szkodliwych związków, co jest niekorzystne dla środowiska. Dlatego poszukuje się nowych, efektywnych i przyjaznych dla środowiska metod wytwarzania zarówno TiO2, jak i innych półprzewodników. Odpowiednią do tego metodą wydaje się biosynteza z użyciem ekstraktów roślinnych, ponieważ jest prosta, bezpieczna i przyjazna środowisku. W artykule przedstawiono nową metodę preparatyki TiO2: biosyntezę z użyciem ekstraktów z koniczyny białej i z liści orzecha włoskiego. W celu porównania użyto różnych prekursorów ditlenku tytanu: 1) tatraizopropanolanu tytanu (TTIP), 2) półproduktu z linii produkcyjnej TiO2 Zakładów Chemicznych „Police” SA: nieoczyszczonego (IP(A)) oraz płukanego wodą amoniakalną i wodą destylowaną (IP(W)). Właściwości fotokatalityczne wytworzonych materiałów sprawdzono, przeprowadzając szereg reakcji rozkładu związku modelowego: pąsu kwasowego (AR18), który jest barwnikiem azowym stosowanym głównie w przemyśle tekstylnym.

Słowa kluczowe

EN

photocatalysis; titanium dioxide; biosynthesis; water treatment

PL

fotokataliza; ditlenek tytanu; biosynteza; oczyszczanie wody

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2019
• Tom: Vol. 40, nr 1
• Strony: 25--29
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., fig., tab.

Twórcy

autor

Rejek Maja

• West Pomeranian University of Technology Szczecin, Faculty of Chemical Technology and Engineering, Szczecin

autor

Kiełbasa Karolina

• West Pomeranian University of Technology Szczecin, Faculty of Chemical Technology and Engineering, Szczecin

autor

Grzechulska-Damszel Joanna

• West Pomeranian University of Technology Szczecin, Faculty of Chemical Technology and Engineering, Szczecin

Bibliografia

• [1] Janus M., Kusiak E., Choina J., Ziebro J., Morawski A. W.: Enhanced adsorption of two azo dyes produced by carbon modification of TiO2. Desalination 249 (2009) 359÷363.
• [2] Jorfi S., Barkhordari M. J., Ahmadi M., Jaafarzadeh N., Moustofi A., Ramavandi B.: Photodegradation of Acid red 18 dye by BiOI/ZnO nanocomposite: A dataset. Data Brief. 16 (2018) 608÷611.
• [3] Gaya U. I., Abdullah A. H., Zainal Z., Hussein M. Z.: Photocatalytic treatment of 4-chlorophenol in aqueous ZnO suspensions: Intermediates, influence of dosage and inorganic anions. J. Hazard. Mater. 168 (2009) 57÷63.
• [4] Konstantinou I. K., Albanis T. A.: TiO2-assisted photocatalytic degradation of azo dyes in aqueous solution: kinetic and mechanistic investigations: A review. Appl. Catal. B: Environ. 49 (2004) 1÷14.
• [5] Turki A., Guillard C., Dappozze F., Ksibi Z., Berhault G., Kochkar H.: Phenol photocatalytic degradation over anisotropic TiO2 nanomaterials: Kinetic study, adsorption isothermsand formal mechanisms. Appl. Catal. B: Environ. 163 (2015) 404÷414.
• [6] Dhandapani P., Maruthamuthu S., Rajagopal G.: Bio-mediated synthesis of TiO2 nanoparticles and its photocatalytic effect on aquatic biofilm. J. Photochem. Photobiol. B: Biol. 110 (2012) 43÷49.
• [7] Mozia S., Tomaszewska M., Morawski A. W.: A new photocatalytic membrane reactor (PMR) for removal of azo-dye Acid Red 18 from water. Appl. Catal. B: Environ. 59 (2005) 131÷137.
• [8] Santhoshkumar T., Rahuman A. A., Jayaseelan C., Rajakumar G., Marimuthu S., Kirthi A. V., Velayutham K., Thomas J., Venkatesan J., Kim S. K.: Green synthesis of titanium dioxide nanoparticles using Psidium guajava extract and its antibacterial and antioxidant properties. Asian Pac. J. Trop. Med. 7 (2014) 968÷976.
• [9] Roopan S. M., Bharathi A., Prabhakarn A., Rahuman A. A., Velayutham K., Rajkumar G., Radmaja R. D., Lekshmi M., Madhumitha G.: Efficient phyto-synthesis and structural characterization of rutile TiO2 nanoparticles using Annona squamosa peel extract. Spectrochim. Acta. A: Mol. Biomol. Spectrosc. 98 (2012) 86÷90.
• [10] Hudlikar M., Joglekar S., Dhaygude M., Kodam K.: Green synthesis of TiO2 nanoparticles by using aqueous extract of Jatropha curcas L. latex. Mater. Lett. 75 (2012) 196÷199.
• [11] Sundrarajan M., Gowri S.: Green synthesis of titanium dioxide nanoparticles by nyctanthes arbor-tristis leaves extract. Chalcogenide Lett. 8 (2011) 447÷451.
• [12] Rajakumar G., Rahuman A. A., Priyamvada B., Khanna V. G., Kumar D. K., Sujin P. J.: Eclipta prostrata leaf aqueous extract mediated synthesis of titanium dioxide nanoparticles. Mater. Lett. 68 (2012) 115÷117.
• [13] Ruckle M. E., Bernasconi L., Kolliker R., Zeeman S. C., Studer, B.: Genetic diversity of diurnal carbohydrate accumulation in white clover (Trifolium repens L.). Agronomy 8 (2018) 47÷65.
• [14] Simsek M., Gulsoy E., Pehluvan M., Erdogmus B.: A research on determination some botanical, pomological and chemical properties of walnut genotypes (Juglans regia l.) grown in eastern Turkey. Fresenius Envir. Bull. 27 (2018) 2492÷2498.
• [15] Li K., Dong C., Zhang Y., Wei H., Zhao F., Wang Q.: Ag–AgBr/CaWO4 composite microsphere as an efficient photocatalyst for degradation of Acid Red 18 under visible light irradiation: Affecting factors, kinetics and mechanism. J. Mol. Catal. A: Chem. 394 (2014) 105÷113.
• [16] Yu J. G., Yu H. G., Cheng B., Zhao X. J., Yu J. C., Ho W. K.: The effect of calcination temperature on the surface microstructure and photocatalytic activity of TiO2 thin films prepared by liquid phase deposition. J. Phys. Chem. B 107 (2003) 13871÷13879.
• [17] Tanaka Y., Suganuma M.: Effects of heat treatment on photocatalytic property of sol-gel derived polycrystalline TiO2. J. Sol-Gel Sci. Technol. 22 (2001) 83÷89.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).