Фотокатализаторы на основе оксидов для очистки воды и воздуха

Министерство науки и высшего образования Российской

Федерации

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСТИТЕТ

Химический факультет

Кафедра неорганической химии

ФОТОКАТАЛИЗАТОРЫ НА ОСНОВЕ ОКСИДОВ ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ И ВОЗДУХА

(ознакомительная практика)

Руководитель 

канд.хим. 

наук, доцент 

                        С.А.Кузнецова 

(подпись) 

Студент 

                                         группы № 08902а 

                             В.С.Черепов 

(подпись) 

Содержание

      Введение…………………………………………………………………………………3

      Глава 1. Научно-теоретические основы фотокатализаторов ……………………….5

1.1 Общее сведение о фотокатализаторах..................................................................5

1.2 Фотокатализаторы на основе диоксида титана ....................................................7

      Глава 2. Использование фотокатализаторов на основе диоксида титана…………..10

2.1 Применение фотокатализаторов на основе диоксида титана ..............................12

2.2  Получение фотокатализаторов на основе диоксида титана................................15

     Заключение……………………………………………………………………………….18

     Список используемой литературы……………………………………………………...20

Введение

В настоящее время наблюдается все возрастающий интерес к исследованиям и применению фотокатализатора на основе оксида титана (TiO2). Так, если в 90-ые годы было до тысячи научных и исследовательских публикаций в год по фотокатализу, то сегодня — это уже десятки тысяч в год, и большая часть их посвящена практическому применению.

Связано это с тем, что фотокатализ является достаточно недорогой и легко применяемой технологией, способной решать многие задачи, при этом не требуя практически никаких затрат в процессе эксплуатации.

Для фотокатализа нужен сам катализатор (TiO2), который не расходуется, и солнечный свет или ультрафиолетовое излучение.

Диоксид титана (TiO2) считается одним из базовых крупно продающим продуктов химического производства. Благодаря оптическим свойствам, широкое распространение диоксид титана получил в промышленности производства лаков. За последние двадцать лет  (2000-2020) объектами особого внимания научных работников являются все основные химические свойства TiO2 такие как: сенсорные, адсорбционные, оптические, электрические и каталитические свойства. Объектом повышенного интереса к исследованию также являются фотокаталитические (ФК) свойства TiO2, которые позволяют повысить эффективные технологические процессы ФК фильтрации воды и воздуха от токсигенных органических примесей, осуществления синтеза водорода с помощью фотолиза воды, а также ФК восстановление углекислого газа до метана и его гомологов. Огромный научный и практический интерес возрастает к данным процессам по причине того, что данные процессы направлены на решение глобальных проблем по сбережению энергии. Благодаря высокой химической пассивности, отсутствию токсигенности и малой себестоимости, диоксид титана все больше применяется в качестве фотокатализаторов, при этом он обладает рядом недостатков: низкой квантовой эффективностью процесса из-за слабого разделения пары электрон-пропусков, ограниченным спектром адсорбции в ультрафиолетовой области, что делает невозможным использование химической энергии солнечного света. Решением данных проблем занимаются ученые во всех лидирующих странах мира. В настоящий момент известно, что наибольшей ФК активностью обладают нано-частицы TiO2 (< 50 нм), в связи с чем, что синтез наночастиц TiO2 является одним из способов децелерации степени конструкции зарядов и увеличения активной площади поверхности оксида. Единственная проблема, которая существуют это методы синтеза не позволяющие контролировать размеры частиц TiO2 на наноуровне и поэтому до настоящего момента не были определены оптимальные размеры и морфологии частиц TiO2, на которых были наблюдены наибольшая химическая активность ФК. Заменяющим вариантом является  улучшение ФК свойств TiO2 и транспортировка спектра поглощения TiO2 в область видимого излучения и данный метод является модификацией разными металлами и неметаллами. Введение примесей в молекулярную структуру TiO2 может положительно и отрицательно повлиять на химическую активность ФК и поэтому исследование эффекта разных добавок на оптические и фотокаталитические свойства TiO2 является одним из важных направлений в современной фотохимии и современные катализаторы основой, которых является диоксид титана, который синтезируется в виде порошков, имеют лимитированное применение в химических технологиях. Актуальной задачей является выделение фотокатализаторов активных покрытий с высокоразвитой поверхностью площади основой которых является TiO2, в то же время создание новейших методов  синтеза  с применением наноразмерных частиц TiO2, а также методов изменения полученных материалов для разделения зарядов в пространстве в наночастицах и транспортировка спектра поглощения в области в которой преобладает низкие частоты энергий и перспективным направлением является выделение новых фотокатализаторов, которые, имеют высокую активность [1].