Зверева Ирина Алексеевна Санкт-Петербургский государственный университет Химический факультет Разработка технологии получения фотоактивного нанокристаллического катализатора и фотоактивных покрытий для очистки воды

Санкт-Петербургский государственный университет Соисполнители: ФНМ Московского государственного университета ИОНХ им. Н.С. Курнакова РАН Государственный контракт с Федеральным агентством по науке и инновациям гг.

Фотокаталитический метод разложения органических загрязнителей воды 3 CO 2 + H 2 O + фотокатализатор hνE g Достоинства: Химическая и биологи- ческая стабильность Малая токсичность Доступность Низкая стоимость производства Недостатки: Фотовозбуждение УФ светом Высокая вероятность рекомбинации другие минеральные продукты Органические вещества TiO 2 как фотокатализатор:

4 Механизм действия фотокатализатора

Достигнутые цели Разработка лабораторной технологии получения нанокристаллического фотокатализатора TiO 2 Разработка эффективной методики иммобилизации нанокристалличского TiO 2 на стеклянном носителе Разработка лабораторных образцов проточных фотокаталитических устройств для очистки и обеззараживания воды Модельные органические загрязнители: 5 Краситель МО Фенол

Разработка технологии получения нанокристаллического фотокатализатора TiO 2 Широкий спектр альтернативных методик: пиролиза аэрозолей, золь-гель технологии, темплатный метод и др. Различной морфологии: нанопорошки, мезопористые частицы, нанотрубоки, легированные наночастицы TiO 2 Решение о выдаче патента РФ на изобретение 1. Способ получения фотокатализатора на основе нанокристаллического TiO Способ получения фотокатализатора на основе TiO 2

Схема нанесения покрытий УЗ обработка Нанесение на кварц Высушивание в эксикаторе Обжиг 1)250 0 С 2)450 0 С 1) Бутилатная методика TiO 2 Ti(OBu) 4 BuOH HCl TiO 2 Ti(OBu) 4 BuOH HCl 2) Ацетилацетоновая методика TiO 2 H 2 O CH 2 (COCH 3 ) 2 TiO 2 H 2 O CH 2 (COCH 3 ) 2 7 или

СЭМ покрытий: влияние гидромеханической обработки 8 Ацетилацетоновая методика Без обработкиПосле обработки Доля TiO 2 в суспензии 5 масс. %, без УЗ обработки, погружение 1 раз.

СЭМ покрытий: влияние УЗ обработки 9 Без УЗ обработки После УЗ обработки Доля TiO 2 в суспензии 5 масс. %, ацетилацетоновая методика, погружение 1 раз.

Конструкция реактора проточного типа 10

Принципиальная схема установки 11 Резервуар с загрязненной водой насос Коллектор очищенной воды Источник питания

Выходные кривые разложения МО мг/л 6 мг/л 12 мг/л 100 мг/л

Максимальная степень разложения МО при разных условиях 13 Скорость потока, мл/мин Исходная концентрация, мг/л ,5--98,998,0 1,298,599,994,385 2,598,597,8-- 3,5-91,8--

Устойчивость фотокаталитического покрытия во времени 14 вначале 1700 объемов

Производительность При концентрации красителя 1,5 мг/л эффективность одного фотокаталитического элемента составляет 20 л/час Сфера применения Варьируемое количество фотокаталитических элементов позволяет изготавливать их для : - крупных и мелких промышленных организаций, - бытовых нужд, - индивидуального жилищного строительства, - автономных системы водоснабжения. Конкурентноспособны - с позиций экологичности технологического процесс - энергозатраты - подобные проточные фотокаталитические устройства внутреннего облучения на основе закрепленного нанокристаллического диоксида титана не выпускаются ни в промышленном, ни в опытном масштабе.

Принципиальная схема экспериментальной установки. 1– контроллеров газового потока; 2 – источник водных аэрозолей; ; 3– источник паров TiCl 4 ; 4– реакционная колба; 5 – трубчатая печь; 6 – электрофильтр для улавливания продуктов Получения нанокристаллического TiO 2 методом управляемого гидролиза TiCl 4

Рис. 29. Блок фотокаталитических элементов Рис. 30. Фотокаталитический элемент Блок фотокаталитических элементов

Фотокаталитический элемент

20 CO 2 + H 2 O + фотокатализатор + hv другие минеральные продукты Органические вещества Гибридные процессы H 2 O + hv H 2 + O 2