UDC 544.527.23
TITAN DIOKSID XUSUSIYATLARIGA KALSINLASH HARORATINING TA'SIRI.
Balabashchuk. I V.,
Kemerovo davlat universiteti
Titan dioksidi sorbent va fotokatalizator sifatida keng qo'llaniladi. Uni bir yoki boshqa quvvatda qo'llash samaradorligi dispers muhitning tarkibi, prekursorning ta'minlanish tezligi, sintezning pH darajasi, metatitan kislotasini kalsinatsiya qilish harorati va davomiyligi bilan belgilanadi.
Bizning ishimizning maqsadi kalsinlanish haroratining titan dioksidi zarralarining adsorbsiya va fotokatalitik xususiyatlariga ta'sirini o'rganish edi.
 |
Titan dioksidi titanil sulfatning kaliy gidroksid eritmasi bilan termal gidrolizlanishi natijasida olingan. Olingan kaliy titanat katyonik va anion aralashmalarni olib tashlash uchun distillangan suv bilan yuvilgan. Shundan so'ng, yuvilgan kaliy titanat xlorid kislota eritmasi bilan aralashtiriladi va 90 ° C haroratda bir soat davomida saqlanadi. Keyin cho'kma kaliy gidroksid eritmasi bilan pH 6, 5,4, 3,2 gacha neytrallashtirildi va 1100 ° C (R-1100), 900 ° C (R-900) va 600 ° C (R-600) haroratlarda kalsinlanadi, mos ravishda. X-nurlari difraksion tahlil natijalariga ko'ra, barcha titanium dioksid namunalari rutil modifikatsiyasiga ega. Sintezlangan titan dioksidi zarralarining adsorbsion xususiyatlarini aniqlash uchun fotokatalizatorning namunasi anion (Kongo qizil) va katyonik (safranin-T) bo'yoqlari eritmasi bilan aralashtiriladi va 24 soat davomida qorong'i joyda qoldiriladi bo'yoqlar spektrofotometrik usul bilan aniqlandi. Tadqiqot natijalari 1-rasmda keltirilgan.
Guruch. 1. Titan dioksidi zarrachalarining so'nish bo'yoqlari reaksiyasida adsorbsion va fotokatalitik xususiyatlari: a) Kongo qizil,
b) safranin-T.
Shuni ta'kidlash mumkinki, anion bo'yoq Kongo qizilining fotokatalitik parchalanishi va adsorbsiyasi reaktsiyasida eng yaxshi ko'rsatkich pH 3,2 da sintezlangan R-600 namunasi (1a-rasm) bilan tavsiflanadi va 600 ° C kalsinlanish harorati. PH va kalsinlanish haroratining oshishi o'rganilayotgan xususiyatlar qiymatlarining pasayishiga olib keladi. R-900 va R-1100 namunalari uchun bu qiymatlar mos ravishda 3,5 va 20 baravar kamayadi.
Safranin-T kationik bo'yoqning adsorbsiyasi biroz boshqacha tarzda boradi (1b-rasm). Sorbsiya qobiliyatining eng yuqori qiymati R-900 namunasi bilan ko'rsatilgan. Namunalarni 1100 ° S haroratda kaltsiylash sorbsiya qobiliyatining 2 barobar pasayishiga olib keladi. Kalsinlanish haroratining pasayishi titan dioksidi zarralarining sorbsiya qobiliyatining deyarli butunlay yo'qolishiga olib keladi.
Shunday qilib, past pH qiymatlarida va 600-900 ° S kalsinlanish haroratida sintez qilingan titan dioksidi namunalari eng yaxshi fotokatalitik va adsorbsion xususiyatlarga ega. Issiqlik bilan ishlov berish va sintez pH ning titan dioksidining adsorbsion qobiliyatiga ta'siri TiO2 zarralari yuzasida ion almashinuvi va bo'yoq molekulalarini ushlab turishga qodir bo'lgan oksogidroksid guruhlarini shakllantirish bilan bog'liq bo'lishi mumkin.
Ilmiy rahbar – kimyo fanlari doktori, professor, "Kemerovo davlat universiteti"
UDC 677.077.62
M. A. Salyaxova, I. Sh Abdullin, V. V. Uvaev, E. N. Puxacheva
KOMPOZIT MATERIALLARNING ADSORPSIYON XUSUSIYATLARINI O'rganish
YAXSHILGAN TITANI DIOKSİD BILAN
Kalit so'zlar: titan dioksidi, titanium dioksidi, kremniy dioksidi, sorbsiyali kompozitsion material,
adsorbsion xususiyatlar.
Fotokatalitik kompozit materialning adsorbsion xossalari ikki ko‘rsatkich bilan baholanadi: material namunalari bo‘yicha to‘yingan benzol va etil asetat bug‘larini sorbsiyalashning muvozanat qiymati va material namunalarining sorbsiya maydonining maksimal hajmi.
Kalit so'zlar: titan dioksidi, titanium dioksidi, kremniy oksidi, sorbsiya, adsorbsion xususiyatlarga ega kompozitsion material.
Fotokatalitik kompozit materialning adsorbsion xususiyatlari ikki parametr bilan baholanadi: materialning benzol va etil asetat namunalarining to'yingan bug'larining muvozanatli sorbsiyasi qiymati va material namunalarining sorbsiya hajmini cheklash.
IN so'nggi yillar Nanotizimlardan foydalangan holda yangi avlod himoya materiallari va ulardan tayyorlangan mahsulotlarni tadqiq qilish va ishlab chiqish jadal rivojlanmoqda. Titan dioksidi ko'pincha fotokatalitik jarayonda kimyoviy va termal jihatdan barqaror va toksik bo'lmagan mahsulotlardan biri sifatida ishlatiladi. Nano o'lchamdagi noorganik oksidlar xavfli zaharli moddalar, shu jumladan zaharli moddalar bilan ifloslangan materiallarni dezinfeksiya qilish, shuningdek, havoni zaharli kimyoviy moddalar bug'lari va gazlari aralashmalaridan tozalash uchun ishlatilishi mumkin.
Kompozit material to'qilgan tsellyuloza o'z ichiga olgan to'qimachilik bazasida ketma-ket adsorbent qatlamni, so'ngra fotokatalitik qatlamni hosil qilish orqali olinadi. To'qimali yoki to'qilmagan tsellyuloza o'z ichiga olgan to'qimachilik bazasida adsorbent qatlamining shakllanishi to'qimachilik bazasini alyuminiy oksidining nano o'lchamdagi zarralarini o'z ichiga olgan suvli dispersiya bilan singdirish va haroratda quritish natijasida sol-gel texnologiyasidan foydalangan holda sodir bo'ladi. ning (100±5) oC. Ijobiy zaryadlangan alumina zarralari to'qimachilik asosining manfiy zaryadlangan yuzasiga elektrostatik o'zaro ta'sir tufayli ham, alyuminiy oksidi zarralarini to'qimachilik asosi tolasi tomonidan mexanik ravishda ushlab turish tufayli biriktiriladi. Adsorbent qatlamini o'z ichiga olgan to'qilgan tsellyuloza o'z ichiga olgan to'qimachilik bazasida fotokatalitik qatlam hosil bo'lishi sol-gel texnologiyasi yordamida material namunasini silikon dioksid va titan dioksidi kompleksini o'z ichiga olgan suvli dispersiya bilan singdirish, singdirilganni quritish natijasida sodir bo'ladi. namunani (80-90) oC haroratda 30 daqiqa davomida suv bilan yuvish va (100±5) oS haroratda quritish. To'qimachilik asosining yuzasiga mahkamlangan alyuminiy oksidining ishlab chiqilgan yuzasi adsorbent qatlami yuzasida titan dioksidi bilan kremniy dioksid kompleksining yaxshi yopishishini ta'minlaydi.
To'qimachilik asosida adsorbent qatlam va fotokatalitik qatlam hosil qilganda,
Samarali tolalar buzilmaydi va to'qimachilik bazasining tuzilishi o'zgarmaydi.
Toʻqilgan yoki tsellyuloza oʻz ichiga olgan toʻqimachilik asosini oʻz ichiga olgan fotokatalitik kompozit material, aluminat ionlari va anataza modifikatsiyasining titan dioksidi bilan modifikatsiyalangan kremniy dioksidi majmuasini oʻz ichiga olgan fotokatalitik qatlam va fotokatalitik qatlam orasida joylashgan boehmit strukturali alyuminiy oksidi boʻlgan adsorbent qatlam. qutbli va qutbsiz kimyoviy birikmalarga nisbatan adsorbsion xususiyatlarning ortishi bilan ajralib turadigan to‘qimachilik bazasi ultrabinafsha nurlar bilan nurlantirilganda yuqori fotokatalitik faollik va antibakterial xususiyatlarni namoyon etadi. Adsorbent qatlamini hosil qilish uchun material sifatida alyuminiy oksidining suvli dispersiyasi ishlatiladi. Kukunli difraktometriyadan foydalanib, nano o'lchamdagi alyuminiy oksidi boehmitning (y-AOOH) ortorombik kristalli tuzilishiga ega ekanligi aniqlandi (PDF-2 ma'lumotlar bazasida № 01-083-1506). Boehmit tuzilishga ega alyuminiy oksidi rivojlangan sirtga ega, yuqori elektropozitiv zaryadga ega, qutbli va qutbsiz kimyoviy birikmalarga nisbatan adsorbsion xususiyatlarga ega va mikroorganizmlarni ushlab turish qobiliyatiga ega.
Fotokatalitik kompozit materialning adsorbsion xususiyatlari ikki ko'rsatkich bilan baholanadi: to'yingan benzol va etil asetat bug'larining material namunalari bo'yicha sorbsiyasining muvozanat qiymati va statik faollik sharoitida material namunalarining sorbsiya maydonining maksimal hajmi 25 haroratda. °C. Paxta matosi asosidagi fotokatalitik kompozit materialning adsorbsion xususiyatlari 1 va 2-jadvallarda keltirilgan.
1-jadval - Paxta matosiga asoslangan fotokatalitik kompozit materialning adsorbsion xususiyatlari
fotokatalitik benzol
kompozit material,%
Photo-Ulanish-Adsor-Teng-Limit-
katalitik SiO2mo egilgan bahor hajmi
tiqilishi difi- (Y-qiymati biz sorb-
TiO2, ziro- A1OOH) sorbsiyasi
anataza vannasi va bemit AS, mg/g pro-
A1(OH)4- mamlakatlar
25 25 50 104 118
Kimyoviy birikmaning to‘yingan bug‘larining material namunasi tomonidan sorbsiyasining muvozanat qiymati ushbu namuna tomonidan so‘rilgan kimyoviy birikma bug‘lari miqdorining namuna massasiga nisbati sifatida aniqlanadi. Material namunasining sorbsiya maydonining maksimal hajmi sorbsiyaning muvozanat qiymati va kimyoviy birikmaning zichligi asosida hisoblanadi.
2-jadval - Paxta matosi asosidagi fotokatalitik kompozit materialning adsorbsion xususiyatlari
1 va 2-jadvallarda keltirilgan misollardan ko'rinib turibdiki, titanium dioksidi o'rnatilgan kompozit material, mavjud bo'lgan sirt maydoni ikkiga ko'payishi tufayli qutbli va qutbsiz kimyoviy birikmalarga nisbatan ortib borayotgan adsorbsion xususiyatlar bilan tavsiflanadi. adsorbentlar - kremniy va alyuminiyning nanodispers oksidlari.
Adabiyot
1. O'rnatilgan fotokatalizator bilan materialni filtrlash va sorbsiyalash / M.A. Salyaxova [va boshq.] // Qozon texnologik universiteti axborotnomasi. -2013.t.16. No 23. - 52-53-betlar.
2. To'qimachilik materiallarini fotokimyoviy yo'q qilish / M.A. Salyaxova [va boshq.] // Qozon texnologik universiteti axborotnomasi. - 2013.t.16. No 17. - 92-93-yillardan.
3. Shabanova, N.A. Nanodispers oksidlar kimyosi va texnologiyasi [Matn] / N.A. Shabanova, V.V.Popov, P.D.Sarkisov - M.: ICC “Academkniga”, 2007. - 309 b.
Fotokatalizator TiO2, anataza Bog'lovchi SiO2 modifikatsiyalangan A1(OH)4- Adsorbent (Y- A1OOH) boehmit Muvozanatning sorbsiya qiymati aS, mg/g Sorbsiya maydonining chegaraviy hajmi WS, sm3/g
25 25 50 134 152
25 30 45 130 148
25 35 40 128 145
30 30 40 126 143
30 35 35 122 139
35 35 30 119 135
© M. A. Salyaxova - asp. bo'limi KNRTU yuqori molekulyar materiallarning plazmakimyoviy va nanotexnologiyalari, [elektron pochta himoyalangan]; I. Sh.Abdullin - muhandislik fanlari doktori. Fanlar, prof., mudir. bo'limi plazmakimyoviy va yuqori molekulyar materiallarning nanotexnologiyalari KNITU, ab(M1m^@k51i.gi; V.V. Uvaev - kimyo fanlari nomzodi, KazXimNII OAJ bosh direktori; E.N. Puxacheva - texnika fanlari nomzodi, katta ilmiy xodim, laboratoriya №5. KazXimNII [elektron pochta himoyalangan].
©M. A.Salyahova – KNRTTU plazmakimyoviy va yuqori molekulyar materiallarning nanotexnologiyalari kafedrasi aspiranti, [elektron pochta himoyalangan]; I. Sh. Abdullin - texnika fanlari doktori, KNRTTU yuqori molekulyar materiallarning plazmakimyoviy va nanotexnologiyalari kafedrasi professori va [elektron pochta himoyalangan]; V. V. Uvaev - texnika fanlari nomzodi, Qozon kimyo ilmiy-tadqiqot instituti bosh direktori; E. N. Puxacheva - texnika fanlari nomzodi, Qozon kimyo ilmiy-tadqiqot instituti laboratoriyasi katta ilmiy xodimi, [elektron pochta himoyalangan].
Titan dioksidi. Xususiyatlari, qo'llanilishi. Qabul qilish usullari.
Sof titan dioksidi (TiO2) rangsiz kristall qattiq moddadir. Rangsiz bo'lsa-da, ko'p miqdorda titanium dioksid, agar u yaxshi tozalangan bo'lsa, juda samarali oq pigmentdir. TiO2 spektrning ko'rinadigan hududida tushayotgan nurni deyarli o'zlashtirmaydi. Yorug'lik kristall orqali uzatiladi yoki sinadi yoki yuzalarda aks etadi.
TiO2 barqaror (ma'lum bo'lgan barcha oq pigmentlarning eng barqarori), uchuvchan emas, normal sharoitda kislotalarda, ishqorlarda va eritmalarda erimaydi. Titan dioksidi havoda mavjud bo'lgan turli xil birikmalarga, shu jumladan zaharli moddalarga yuqori reaktsiyaga chidamliligi bilan ajralib turadi. Uning inertligi tufayli titanium dioksidi toksik emas va odatda juda xavfsiz modda hisoblanadi. U qadoqlangan oziq-ovqat bilan aloqa qilishi mumkin va ma'lum konsentratsiyalarda u oziq-ovqat bo'yoqlari sifatida ham ishlatilishi mumkin.
TiO2- polimorf va uchta asosiy kristall shaklda uchraydi. Anataza (oktaedrit), rutil va brukitning uchta shakli mavjud, ikkinchisi tabiatda kam uchraydi va bu shakl laboratoriyalarda tayyorlangan bo'lsa-da, u tijorat manfaatiga ega emas.
Rutil dioksid yorug'likni tarqatishda (yashirish kuchi) anataza dioksidiga qaraganda taxminan 30% yaxshiroq, shuning uchun ikkinchisi kamroq ishlatiladi. Bundan tashqari, anataza rutilga qaraganda kamroq ob-havoga chidamli. Anataza polimerni (akrilat, plastmassa) ultrabinafsha nurlanishidan himoya qilishda ancha yomon ishlaydi va fotokatalizga olib keladi va polimer xususiyatlarini yo'qotadi (qirg'in, xiralashish, bo'rlanish va boshqalar sodir bo'ladi).
Tarqatish kuchi
pigmentning spektrning ko'rinadigan qismidan ma'lum to'lqin uzunliklarida yorug'likni aks ettirish qobiliyati. Titan dioksidi uchun bu ko'rsatkich to'g'ridan-to'g'ri TiO2 zarralarining diametriga bog'liq. 0,2 mkm zarracha o'lchamida barcha to'lqin uzunliklari uchun tarqalgan yorug'lik yig'indisi maksimal bo'ladi. Zarrachalar hajmi 0,25 dan 0,3 mkm gacha oshgani sayin, ko'k nurning tarqalishi tez kamayadi. Ammo yashil va qizil ranglarning tarqalishi deyarli o'zgarishsiz qolmoqda. Biroq, 0,15 mkm bo'lgan zarracha diametrida maksimal ko'k sochilish mavjud, qizil va yashil sochilish esa sezilarli darajada past bo'ladi.
Neft sig'imi
Bu pigment zarralarining o'z yuzasida ma'lum miqdorda yog'ni ushlab turish qobiliyatidir. U 100 gramm pigment uchun grammda ifodalanadi va odatda 10 dan 20 gacha.
Qoplash kuchi
pigmentning butun hajm bo'ylab bir tekis taqsimlanganda, manba materialining rangini ko'rinmas qilish qobiliyati. Yashirish kuchi 1 m2 sirt maydonining rangini ko'rinmas qilish uchun zarur bo'lgan pigment grammlarida ifodalanadi. Oq pigmentlar ko'rinadigan spektrda istalgan uzunlikdagi yorug'lik to'lqin uzunliklarini tarqatish orqali qoplashni ta'minlaydi. Bu ko'rsatkich qanchalik past bo'lsa, kompozitsiyadagi titan dioksidining iste'mol darajasi shunchalik past bo'ladi.
Rang
jismlarning ular tomonidan aks ettirilgan yoki chiqaradigan ko'rinadigan nurlanishning spektral tarkibi va intensivligiga muvofiq ma'lum bir ko'rish hissiyotini keltirib chiqarish xususiyati. Quruq titan dioksidi yuqori yorqinligi, oqligi bilan ajralib turadi va uning aks ettirish qobiliyati ideal diffuzernikiga yaqin.
Yorug'likka chidamlilik
materialning yorug'lik nurlari ta'sirida rangini saqlab qolish xususiyati. Ish paytida, ayniqsa tashqi makon uchun mo'ljallangan mahsulotlar, tabiiy yorug'likdan ultrabinafsha nurlar va ultrabinafsha nurlar chiqaradigan sun'iy yoritish manbalari ta'sirida asl rangini o'zgartiradi.
Ob-havoga qarshilik
polimer kompozitsiyalarining quyosh nuri, yomg'ir, sovuq, qor, shamol va boshqa atmosfera omillarining (masalan, atmosferaning pastki qatlamlarini ifloslantiruvchi gazlar va chang) halokatli ta'siriga qarshi turish xususiyati.
Yuzaki ishlov berish tashqi ta'sirlarga chidamliligini oshirish uchun zarur. Noorganik (Al2O3, SiO2) titan dioksid zarralarining kislota ta'siriga chidamliligini oshiradi, bu esa pigment zarralarini yo'q qilishga olib kelishi mumkin. Organik ishlov berish pigment zarralarining butun kompozitsiyada tarqalishini yaxshilaydi.
Titan dioksidining fizik xususiyatlari
Sof titan dioksidi rangsiz kristall modda bo'lib, qizdirilganda sarg'ayadi. Nozik ezilgan holatda bu oq kukun. Suvda va mineral kislotalarda amalda erimaydi, gidroflorik va konsentrlangan sulfat kislotadan tashqari. Rutil uchun erish nuqtasi: 1870 ° S. Rutil uchun qaynash nuqtasi: 2500 ° S. Rutil uchun 20 ° C da zichlik: 4,235 g / sm3.
Titan dioksidining kimyoviy xossalari
Titan dioksidi amfoter oksiddir, ya'ni u kislotali va asosli xususiyatlarni namoyon qiladi.
Konsentrlangan sulfat kislota bilan sekin reaksiyaga kirishib, unda eriydi va tegishli sulfat hosil qiladi:
TiO2+ 2H2SO4 = Ti(SO4)2 + 2H2O
Shuningdek, titan dioksidi ishqorlarning konsentrlangan eritmalarida, masalan, natriy gidroksidida asta-sekin eriydi va titanatlar (titan kislotasi hosilalari) hosil qiladi:
TiO2 + 2NaOH = Na2TiO3+ H2O
Titan dioksidi ammiak atmosferasida qizdirilganda titanium nitridi hosil bo'ladi:
4TiO2 + 4NH3 = 4TiN + 6H2O + O2
Kuchli qaytaruvchi moddalar bilan, masalan, faol metallar (Ca, Mg, Na), uglerod yoki vodorod yuqori haroratlarda, titanium dioksidi pastki oksidlarga kamayadi. Xlorli atmosferada uglerod bilan qizdirilganda titanium tetraklorid TiCl4 hosil bo'ladi - bu usul sanoat miqyosida titanni turli xil aralashmalardan tozalash uchun ishlatiladi.
Titan dioksidining toksik xususiyatlari
Titan dioksidi kimyoviy jihatdan inert bo'lib, past xavfli moddadir. U tanaga aerozol shaklida nafas olish yoki yutish orqali kirishi mumkin.
Ilovalar
Bo'yoq va lak materiallari:
dekorativ, me'moriy bo'yoqlar; emulsiya yarim matli bo'yoqlar; emulsiyali porloq bo'yoqlar; primerlar, substratlar, shlaklar; Solvent asosidagi bo'yoqlar - porloq; gipsli eritmalar; silikat bo'yoqlari; yog'och materiallari uchun qoplamalar; tsement gipsli ohak; sanoat bo'yoqlari; sintetik qatronlar asosidagi gips; polimer qoplamalar; ta'mirlash ishlari uchun bo'yoqlar; nozik taneli kukunli bo'yoqlar; uv / uv - shifobaxsh bo'yoqlar; kislota sertleştirici bilan qattiqlashtirilgan bo'yoqlar; chang qoplamalar; poliuretan qoplamalari; epoksi qoplamalar; yo'l belgilari uchun bo'yoqlar; dengiz qoplamalari uchun bo'yoqlar; yuqori darajada to'ldirilgan bo'yoqlar; elektrodozlangan bo'yoqlar; bosma siyohlar.
Plastmassalar:
yuqori quvvatli polivinilxlorid (ichki binolar uchun); kauchuk; termoplastik; termoset plastik; to'yinmagan poliesterlarga asoslangan plastmassalar; elastomerlar, kauchuk; pol qoplamalari (linoleum)
Qog'oz va karton:
qog'oz qoplamalar; fon rasmi; parafin qog'oz; rangli qog'oz
Sintetik tolalar/matolar:
buralgan tolalarni matlash uchun
Kosmetika:
tish pastasi, sovun va boshqalar.
Oziq-ovqat sanoati:
karamel, saqich, chang va tozalangan shakar, qurbaqa oyoqlari, tovuq, cho'chqa go'shti va mol go'shti tillari, emizuvchi cho'chqalar, un, xamir, shakar sirlari, murabbo, milkshakes, oq pishloq, zardob, quyultirilgan sut, har qanday baliq va dengiz mahsulotlari va boshqalar. d.
Farmatsevtika sanoati:
pigment titanium dioksidi, yuqori kimyoviy tozaligi, farmatsevtikada yuqori oqlash va yashirish effektini beradi.
Bosma siyoh:
atmosfera ta'siriga qoplamalarning qarshiligini oshirish
Katalizator:
Titan dioksidi katalizator, fotokatalizator va faol komponentlar uchun inert keramika asosi sifatida ishlatilishi mumkin.
Boshqa foydalanish sohalari:
yog'ochni saqlash (yog'och uchun zararli quyosh nurlarini optik filtrlash yordamida ob-havoga chidamliligini oshirish), to'ldirish kauchuk, shisha emal, shisha va shisha keramika, elektrokeramika, havoni tozalash, payvandlash oqimlari, qattiq qotishmalar, kimyoviy qidiruv mahsulotlar, foydalanish uchun yaroqli titan dioksidi bo'lgan materiallar yuqori haroratlarda (masalan, majburiy pechlar uchun yong'indan himoya qilish), suyuqliklarning analitik va eksperimental xromatografiyasi, dekorativ beton (tsement bo'yog'iga oqlik berish uchun)
Titan dioksidining asosiy qo'llanilishi:
bo'yoq va laklar ishlab chiqaruvchilari, xususan, titan oq - umumiy iste'molning 57% (rutil modifikatsiyasining titan dioksidi yuqori pigment xususiyatlariga ega - yorug'likka chidamlilik, oqartirish qobiliyati va boshqalar).
plastmassa ishlab chiqarish - 21%
qatlamli qog'oz ishlab chiqarish - 14%
Titan dioksidining boshqa qo'llanilishi kauchuk buyumlar ishlab chiqarishda, shisha ishlab chiqarishda (issiqlikka chidamli va optik shisha), o'tga chidamli (payvandlash elektrodlari qoplamasi va quyma qoliplarning qoplamasi), kosmetika (sovun va boshqalar)da. oziq-ovqat sanoati (oziq-ovqat qo'shimchasi E171 ).
Titan dioksidi quyosh xujayralari - transformatsiya qilish uchun ishlatilishi mumkin quyosh nuri elektr energiyasiga; vodorod ishlab chiqarish uchun; psevdo-kondansatkichlar uchun elektronika sohasida va boshqalar.
Qabul qilish usullari
Titan dioksid pigmentlari ikki shaklda mavjud - anataza va rutil va ikkita texnologik sxema bo'yicha ishlab chiqariladi: sulfat va xlor usullari.
Sulfat xlorid usuli bilan solishtirganda, u ishlab chiqarishni to'liq avtomatlashtirishni nazarda tutuvchi jarayonni uzluksiz rejimda amalga oshirish qobiliyati tufayli yanada ekologik va ilg'or. Biroq, u xomashyoda tanlab olinadi va xlor va yuqori haroratdan foydalanish tufayli korroziyaga chidamli uskunalardan foydalanishni talab qiladi.
Xlor usuli:
Titan dioksidini ishlab chiqarish uchun xlor usuli shundan iboratki, boshlang'ich xom ashyo (yarim tayyor mahsulot) titanium tetrakloriddir. Titan dioksidi undan gidroliz yoki yuqori haroratda yonish yo'li bilan olinishi mumkin. Titan tetraklorid suvli eritmalar qizdirilganda yoki gaz fazasida suv bug'i ta'sirida gidrolizlanadi.
Sulfat usuli:
Ishlab chiqarish texnologiyasi uch bosqichdan iborat:
titan sulfat eritmalarini olish (ilmenit konsentratlarini sulfat kislota bilan davolash orqali). Natijada titan sulfat va temir (II) va (III) sulfatlar aralashmasi olinadi, ikkinchisi metall temir bilan temirning oksidlanish darajasiga +2 qaytariladi. Qayta tiklashdan keyin sulfat eritmalari barabanli vakuumli filtrlar yordamida loydan ajratiladi. Temir (II) sulfat vakuumli kristalizatorda ajratiladi.
titan sulfat tuzlari eritmasining gidrolizi.
Gidroliz urug'larni kiritish yo'li bilan amalga oshiriladi (ular titan sulfatning natriy gidroksidi bilan eritmalaridan Ti (OH) 4 ni cho'ktirish orqali tayyorlanadi). Gidroliz bosqichida hosil bo'lgan gidrolizat zarralari (titan dioksidi gidratlari) yuqori adsorbsiya qobiliyatiga ega, ayniqsa Fe3+ tuzlariga nisbatan aynan shu sababdan oldingi bosqichda temir temir ikki valentligacha kamayadi.
Gidroliz sharoitlarini (kontsentratsiya, bosqichlar davomiyligi, embrionlar soni, kislotalilik va boshqalar) o'zgartirib, mo'ljallangan qo'llanilishiga qarab, kerakli xususiyatlarga ega bo'lgan gidrolizat zarralari hosiliga erishish mumkin. titan dioksidi gidratlarini issiqlik bilan ishlov berish. Ushbu bosqichda quritish haroratini o'zgartirish va qo'shimchalar yordamida (masalan, sink oksidi, titanium xlorid va boshqa usullarni qo'llash orqali rutilizatsiyani amalga oshirish mumkin (ya'ni titan oksidini rutil modifikatsiyasiga qayta qurish). Issiqlik bilan ishlov berish uchun, aylanadigan. 40-60 m uzunlikdagi barabanli pechlar issiqlik bilan ishlov berish jarayonida suv bug'lanadi (titan gidroksidi va titan oksidi gidratlari titan dioksidiga aylanadi), shuningdek, oltingugurt dioksidi.
Ishlab chiqarish
titan dioksidi
So'nggi yillarda Xitoyda titanium dioksid ishlab chiqarish juda tez o'sib bormoqda.
Rutilning dunyodagi uchinchi yirik koni Tambov viloyatining Rasskazovskiy tumanida joylashgan. Yirik konlar shuningdek, Chili (Cerro Bianco), Kanadaning Kvebek provinsiyasi va Syerra-Leoneda joylashgan.
Zamonaviy dunyoda titan sanoati jadal rivojlanmoqda. Bu sanoatning turli sohalarida qo'llaniladigan ko'p miqdordagi moddalarning manbai.
Titan dioksidining xususiyatlari
Titan dioksidi juda ko'p nomlarga ega. Bu tetravalent titanning amfoter oksidi. U o'ynayapti muhim rol titan sanoatini rivojlantirishda. Titan rudasining atigi besh foizi titan oksidi ishlab chiqarishga ketadi.
Titan dioksidining ko'plab modifikatsiyalari mavjud. Tabiatda romb yoki to'rtburchak shakliga ega titanium kristallari mavjud.
Titan dioksidi formulasi quyidagicha taqdim etilgan: TiO2.
Titan dioksidi turli sohalarda keng qo'llaniladi. U butun dunyoda E-171 kabi oziq-ovqat qo'shimchasi sifatida tanilgan. Biroq, bu komponent bir qator salbiy ta'sirga ega, bu titanium dioksidining inson tanasi uchun zararli ekanligini ko'rsatishi mumkin. Ushbu komponent oqartuvchi xususiyatlarga ega ekanligi ma'lum. Bu sintetik yuvish vositalarini ishlab chiqarishda yaxshi bo'lishi mumkin. Ushbu parhez qo'shimchasining inson tanasiga zarari jigar va buyraklar uchun xavf tug'diradi.
Oziq-ovqat sanoatida titan dioksididan zararlanish ehtimoli mavjud. Agar u ortiqcha ishlatilsa, mahsulot istalmagan soyaga ega bo'lishi mumkin, bu faqat iste'molchilarni qaytaradi.
Titan dioksidi juda past toksiklik darajasiga ega.
Har qanday mahsulotning boshqa komponentlari bilan o'zaro ta'sirlashganda toksik bo'lishi mumkin. Yuqori darajadagi toksinlarni o'z ichiga olgan mahsulotlardan foydalanish zaharlanish yoki hatto o'limga olib kelishi mumkin. Shuning uchun, titanium oksidini qaysi elementlar bilan ishlatmaslik kerakligini bilish juda muhimdir.
Titan dioksidining xossalari
Titan dioksidi juda ko'p xarakterli xususiyatlarga ega. Ular uni turli sohalarda qo'llash imkoniyatini aniqlaydi. Titan dioksidi quyidagi xususiyatlarga ega:
- har xil turdagi materiallarni oqartirishning ajoyib darajasi,
- plyonka hosil qilish uchun mo'ljallangan moddalar bilan yaxshi o'zaro ta'sir qiladi;
- ga qarshilik yuqori daraja namlik va atrof-muhit sharoitlari,
- past toksiklik darajasi,
- kimyoviy nuqtai nazardan yuqori darajadagi qarshilik.
Titan dioksidini tayyorlash
Dunyoda har yili besh million tonnadan ortiq titan dioksidi ishlab chiqariladi. So'nggi paytlarda Xitoy o'z ishlab chiqarishini sezilarli darajada oshirdi. Ushbu moddani ishlab chiqarish bo'yicha dunyo etakchilari AQSh, Finlyandiya va Germaniyadir. Aynan shu davlatlar ushbu komponentni olish uchun katta imkoniyatlarga ega. Ular uni eksport qiladilar turli mamlakatlar tinchlik.
Titan dioksidini ikkita asosiy usul bilan olish mumkin:
1. Ilmenit konsentratidan titan dioksidini olish.
Yoniq ishlab chiqarish korxonalari Shunday qilib, titan oksidini olish jarayoni uch bosqichga bo'linadi. Ulardan birinchisida ilmenit konsentratlari sulfat kislota yordamida qayta ishlanadi. Natijada ikkita komponent hosil bo'ladi: temir sulfat va titanium sulfat. Keyin u temir oksidlanish darajasini oshiradi. Maxsus filtrlar sulfat va loyni ajratib turadi. Ikkinchi bosqichda titan sulfat tuzlari gidrolizlanadi. Gidroliz sulfat eritmalaridan urug'lar yordamida amalga oshiriladi. Natijada titan oksidi gidratlari hosil bo'ladi. Uchinchi bosqichda ular ma'lum bir haroratgacha isitiladi.
2. Titan tetraxloriddan titan dioksidini olish.
Ushbu turdagi moddani olishda uchta usul mavjud bo'lib, ular taqdim etiladi:
- titan tetrakloridning suvli eritmalarini gidrolizlash,
- titan tetrakloridning bug 'fazali gidrolizi,
- titan tetrakloridni issiqlik bilan ishlov berish.
Jadval. Titan dioksidi ishlab chiqaruvchilari.
| Korxona | Ishlab chiqarish hajmi, ming tonna |
|---|---|
| DuPont Titanium Technologies | 1150 |
| Milliy titanium dioksid Co | yo'q |
| Ltd. (Kristal) | 705 |
| Huntsman pigmentlari | 659 |
| Tronox, Inc. | 642 |
| Kronos Worldwide, Inc. | 532 |
| Sachtleben Chemie GmbH | 240 |
| Ishihara Sangyo Kaisha, Ltd | 230 |
IN zamonaviy dunyo Titan oksidi turli sohalarda faol qo'llaniladi.
Titan dioksidi quyidagi maqsadlarda qo'llaniladi:
- Bo'yoq va lak mahsulotlari ishlab chiqarish. Ko'pgina hollarda, titanium oq, bu komponent asosida ishlab chiqariladi.
- plastik materiallar ishlab chiqarishda foydalanish.
- laminatlangan qog'oz ishlab chiqarish,
- Kosmetik dekorativ mahsulotlar ishlab chiqarish.
Titan oksidi oziq-ovqat sanoatida ham keng qo'llanilishini topdi. Ishlab chiqaruvchilar uni oziq-ovqat turidagi bo'yoqlarning tarkibiy qismlaridan biri sifatida o'z mahsulotlariga qo'shadilar. Bu oziq-ovqat mahsulotlarida deyarli sezilmaydi. Ishlab chiqaruvchilar uni qo'shadilar minimal miqdorlar shuning uchun ularning mahsulotlari yaxshiroq saqlanadi va jozibali ko'rinishga ega bo'ladi.
FIZIKAL KIMYO JURNALI, 2015 yil, 89-jild, № 1, bet. 133-136
FOTOKIMYO VA MAGNETOKIMYO
UDC 544.526.5+549.514.6.352.26
KALTSIY O'zgartirilgan titan dioksidning fotokatalitik faolligi VA SORPSIYON XUSUSIYATLARI © 2015 T.A. Xalyavka, N.N. Tsyba, S.V. Kamishan, E.I. Kapinus
Ukraina Milliy Fanlar Akademiyasi, Sorbsiya va Endoekologiya muammolari instituti, Kiyev
Email: [elektron pochta himoyalangan] Tahririyat tomonidan 02/05/2014 olingan
Kaltsiy bilan o'zgartirilgan titan dioksidining mezoporoz namunalari sintez qilindi. Ularning strukturaviy, fotokatalitik va sorbsion xossalari o‘rganildi. O'zgartirilgan namunalar titan dioksididan o'z xususiyatlari va xossalari bilan farq qilishi aniqlandi: solishtirma sirt maydoni va o'rtacha g'ovak hajmi ortadi, o'rtacha g'ovak radiusi esa kamayadi; bo'yoqlar va dixromat anioniga nisbatan fotokatalitik va sorbsiya faolligi ortadi.
Kalit so'zlar: titan dioksidi, kaltsiy, fotokataliz, sorbsiya, bo'yoqlar, bixromat anioni. DOI: 10.7868/S0044453715010124
Suvli eritmalarni zaharli moddalardan tozalashning fotokatalitik usulida ko'p hollarda arzon va toksik bo'lmagan katalizator bo'lgan titan dioksidi ishlatiladi. Bundan tashqari, reaksiya tugagandan so'ng, uni filtrlash yoki santrifüjlash orqali eritmadan osongina ajratish mumkin. Hozirgi vaqtda titan dioksidi yordamida suvli eritmalardan zararli moddalarni olib tashlashning fotokatalitik usullari tobora muhim ahamiyat kasb etmoqda.
Ushbu fotokatalizatorning asosiy kamchiligi uning etarli darajada yuqori faolligi emas. Uning fotoaktivligini oshirishning turli usullari ma'lum, masalan, substratning adsorbsiyasini oshirish yoki kinetik tezlik konstantasini oshirish. Adsorbsiyani o'ziga xos sirt maydonini, monoqatlam sig'imi va g'ovak hajmini va kinetik tezlik konstantasini zaryadlarni ajratish va elektron-teshik juftining rekombinatsiya tezligini kamaytirish orqali oshirish mumkin.
Ishning maqsadi kaltsiy sitrat usuli bilan modifikatsiyalangan titan dioksid namunalarini olish va o'rganishdan iborat bo'lib, ular yuqori o'ziga xos sirt maydoni, mezog'ovak tuzilishi va bo'yoqlarni yo'q qilish va bixromat anionini fotoreduksiyalash reaksiyalarida fotokatalitik faolligi oshishi bilan ajralib turadi.
EXPERIMENTAL
Sitrat usuli yordamida kaltsiy bilan o'zgartirilgan titanium dioksid namunalarini olish uchun
dastlabki aralashmalar tayyorlandi: tetrabutoksi titanium (IV) polimer (Aldrich) (3 g), limon kislotasi (0,06 g), glitserin (2 ml), shuningdek kaltsiy xlorid qo'shimchalari - 0,05 g, 0,1, 0,2, 0,5 va 1 g , mos ravishda olingan namunalar 1Ca/1O2, 2Ca/1O2, 3Ca/1O2, 4Ca/1O2, 5Ca/1O2 sifatida belgilanadi. Sof titan dioksidini olish uchun biz bir xil aralashmani oldik, ammo kaltsiy xlorid tuzi qo'shilmasdan. Ushbu sintez usuli namunalardagi komponentlarning nisbatlarini osongina o'zgartirishga imkon beradi.
Aralashmalar 2 K / min isitish tezligida muffle pechida atmosfera kislorodi ishtirokida 2 soat davomida 500 ° C da kaltsiylangan. Sovutgandan so'ng, hosil bo'lgan kukunlar bir hil massa olinmaguncha yaxshilab maydalangan.
Rentgen fazasi tahlili Breguet-Brentano (2© = 10-) bo'yicha aks ettirilgan nur va ro'yxatga olish geometriyasida Cu ^ nurlanishi (mis anod va nikel filtri bilan) bilan DR0N-4-07 difraktometrida (Rossiya) o'tkazildi. 70°). O'rtacha kristallit o'lchami Debye-Scherrer tenglamasi yordamida eng qizg'in bandning kengayishi bilan aniqlandi: D = 0,9X/(B x cos©), bu erda 0,9 doimiy, X - to'lqin uzunligi, nm. Kristallit o'lchamlari anatazaga xos bo'lgan eng kuchli cho'qqilardan aniqlangan.
Namunalarning o'ziga xos sirt maydoni 05ud), shuningdek, g'ovak taqsimoti Quantachrom NovaWin2 qurilmasi yordamida aniqlandi. Namunalarning o'ziga xos sirt maydoni (Ssp) azot sorbtsiya-desorbsiya izotermlari yordamida Brunauer-Emmett-Teller (BET) usuli bilan aniqlandi. Barret-Joyner-Halenda usuli yordamida izotermlarning desorbsion shoxlaridan g’ovak radiusi (R) hamda g’ovak hajmi (V) hisoblangan.
HALYAVKA va boshqalar.
Guruch. 1. Olingan namunalarning diffraktsiya shakllari: 1 - TiO2, 2 - 3Ca/TiO2, 3 - 5Ca/TiO2. Boshqa belgilar uchun matnga qarang.
Guruch. 2-rasm. Namunalar uchun 20°C da olingan azotning sorbtsiya-desorbsion izotermlari: 1 - 5Ca/TiO2, 2 - 4Ca/TiO2, 3 - 3Ca/TiO2, 4 - TiO2.
Fotokatalitik faollik safranin T va rodamin bo'yoqlarini yo'q qilish, shuningdek, bixromat anionini fotoreduksiya qilishning model reaktsiyalari misolida o'rganildi. suvli eritmalar 2 g/l eritmaning fotokatalizatori bilan. Nurlanish elektr bilan boshqariladigan mexanik aralashtirgich bilan jihozlangan silindrsimon kvarts reaktorida xona haroratida 254 nm radiatsiya maksimal bo'lgan BUV-30 simob lampasi bilan amalga oshirildi. Bo'yoq konsentratsiyasining o'zgarishi spektrofotometrik tarzda kuzatildi (Lambda 35, PerkinElmer Instruments).
NATIJALARNING MUHOKAMASI
Namunalarning kristall tuzilishi rentgen fazali tahlil yordamida o'rganildi (1-rasm). Barcha namunalarning diffraktsiya naqshlari anataza kristall panjarasiga (A) xos bo'lgan kuchli, aniq belgilangan ko'zgularni o'z ichiga oladi. Shunday qilib, dioksid namunasining diffraktsiya naqshida
Jadval 1. Namuna xarakteristikalari
Namuna kurtaklari, m2/g Ksr, sm3/g Gsr, nm
TiO2 43,4 0,13 5,89
1Ca/TiO2 46,7 0,13 5,4
2Ca/TiO2 71,2 0,14 4,8
3Ca/TiO2 75,3 0,15 4,1
4Ca/TiO2 83,9 0,18 4,25
5Ca/TiO2 76,2 0,19 5
Belgilar: Bud - o'ziga xos sirt maydoni, Usr - o'rtacha g'ovak hajmi, gsr - o'rtacha radius.
Titan 20 = 25,5, 37,8, 54,0, 55,0 intensiv tepaliklarning mavjudligini ko'rsatadi, ular anataza fazasiga tegishli (1-rasm).
Ishda aytilishicha, turli xil gidroksidi tuproq metal ionlari bilan o'zgartirilgan titan dioksidi kukunlarida faqat anataza fazasi mavjud bo'lib, mualliflar buni o'z namunalarida modifikatorlarning kamligi bilan izohlashadi. Ushbu ishdan farqli o'laroq, bizning holatimizda (1-rasm) rutil (P) fazaga tegishli bo'lgan 20 = 27,4, 41,2 tepaliklari ham aniqlandi.
O'zgartirilgan namunalar uchun cho'qqilar 20 = 31 da kuzatiladi, bu brookit (B) ga xosdir. Ularning intensivligi kukunlardagi kaltsiy miqdori ortishi bilan ortadi. Xuddi shu cho'qqilarni mualliflar kaltsiy ionlari bilan o'zgartirilgan TiO2 filmlari uchun topdilar.
Debay-Scherrer tenglamasi yordamida hisoblangan titan dioksidi aglomeratlaridagi kristallitlarning o'lchamlari o'zgartirilgan namunalar bo'lsa, ularning qiymati 12,4 nm gacha oshadi, chunki modifikatorlarning mavjudligi kristallanishni tezlashtiradi; titan dioksidining miqdorini oshiradi va kristallitlar hajmining oshishiga olib keladi.
Sintezlangan namunalar uchun 20°C da olingan azotning sorbsion-desorbsion izotermlarini o‘rganishda gistrezis halqasi mavjudligi aniqlandi (2-rasm), bu kukunlarning mezoporli tuzilishini ko‘rsatadi.
O'zgartirilgan namunalarning o'ziga xos sirt maydoni sof titan dioksidiga nisbatan ikki baravar ko'payadi (1-jadval). TiO2 dan 5Ca/TiO2 gacha bo'lgan namunalar seriyasida (1-jadval) o'rtacha g'ovak hajmining qiymati 0,13 dan ortadi.
FOTOKATALITIK FAOLIYAT
0,19 sm3/g gacha, o'rtacha g'ovak radiusi esa, aksincha, 5,89 dan 5 nm gacha kamayadi. Teshik o'lchamining taqsimlanish maydoni rasmda ko'rsatilgan. 3. Ko'rinib turibdiki, 4Ca/TiO2 va 3Ca/TiO2 namunalari uchun sof titan dioksidiga va eng ko'p kaltsiy miqdori - 5Ca/TiO2 bo'lgan namunaga qaraganda torroq g'ovak taqsimoti kuzatiladi.
Suvli eritmalardagi zaharli moddalarni yo'q qilishning optimal sharoitlarini aniqlash uchun ularning fotokatalizatorlarda sorbsiya kinetikasini o'rganish muhim ahamiyatga ega. Fotokatalizator - safranin T tizimidagi sorbsiya muvozanati taxminan 1 soatda, fotokatalizator - rodamin va fotokatalizator - kaliy bixromat tizimlari uchun esa 2 soatda o'rnatilishi aniqlandi.
O'tkazilgan tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, barcha o'rganilgan adsorbsion moddalar va adsorbentlar uchun adsorbsion kinetik egri odatdagi silliq xususiyatga ega: silliq kurs va kichik adsorbsiya qiymatlari (2-jadval).
Barcha o'rganilgan holatlarda fotokatalitik reaksiya birinchi tartibli kinetik tenglama bilan qoniqarli tarzda tavsiflanadi.
O'rganilayotgan reaksiyalarda fotokatalizatorning optimal miqdorini aniqlash uchun substrat konsentratsiyasi doimiy bo'lgan holda ularning konsentratsiyasi oshirildi. Aniqlanishicha, fotokatalizatorning past konsentratsiyasida (<2 г/л) наблюдается рост констант скорости деструкции красителей и фотовосстановления бихромат-аниона с увеличением содержания фотокатализатора в растворе с последующим выходом на плато при концентрациях фотокатализатора вблизи 2 г/л. Все последующие фотокаталитические реакции проводили при концентрации фотокатализатора 2 г/л.
1Ca/TiO2 dan 4Ca/TiO2 gacha boʻlgan qatorlarda boʻyoqlarni yoʻq qilish reaksiyalarida fotokatalitik faollikning oshishi kuzatiladi (2-jadval). Shunday qilib, safranin T ni fotokatalitik yo'q qilish tezligi konstantasi 3,5 dan 5,7 x 10-4 s-1 gacha, rodamin - 1,7 dan 2,5 x 10-4 s-1 gacha oshadi. Shunga o'xshash ma'lumotlar mualliflar tomonidan namunalar uchun olingan
Guruch. 3-rasm. Sintezlangan namunalar uchun g'ovak o'lchamlari taqsimoti: 1 - 4Ca/TiO2, 2 - 3Ca/TiO2, 3 - 5Ca/TiO2, 4 - TiO2; r - g'ovak radiusi, Ktot. - umumiy gözenek hajmi.
ishda sol-gel usuli va kaltsiy titanat yordamida kaltsiy ionlari bilan qo'shilgan titan dioksidi.
Bundan tashqari, 1Ca/TiO2 dan 4Ca/TiO2 gacha bo'lgan namunalar seriyasida ularning bo'yoqlarga nisbatan sorbsiya qobiliyati ortadi (2-jadval), bu ularning strukturaviy xususiyatlari bilan bog'liq (1-jadval). 5Ca/TiO2 namunasi 3Ca/TiO2 va 4Ca/TiO2 kukunlari bilan solishtirganda, bo‘yoqlarga nisbatan ancha past sorbsiya va fotokatalitik faollikka ega.
Dixromat anionining fotoreduksiyasi holatida 5Ca/TiO2 namunasi eng fotokatalitik faol bo'lib chiqdi (kA = 3,9 x 104, s-1), bu qo'shilishi aniqlangan ish bilan mos keladi. kaltsiy titanatdan titan dioksidiga
Jadval 2. Kaltsiy bilan modifikatsiyalangan titan dioksidi namunalarining bo'yoqlar va dixromat anioniga nisbatan fotokatalitik k x 104, s 1) va sorbsiya (adsorbsion qiymati A, mg/g) faolligi
Safranin T Rodamin bikromat anion namunasi
ky x 10-4, s"1 A x 10 4, mg/g ky x 10-4, s"1 A x 10 4, mg/g ky x 10-4, s"1 A x 10-6, mg /G
BELIKOV M.L., LOKSHIN E.P., SEDNEVA T.A. - 2012 yil
XALYAVKA T.A., VIKTOROVA T.I., KAPINUS E.I. - 2009 yil
KAPINUS E.I. - 2012 yil
