أسلوب اصطناعية سهلة للحصول على البزموت أوكسييوديدي الجزئي المجالات الخرز الصغير وظيفية عالية على بهوتوكاتاليتيك عمليات التنقية المياه
Summary
توضح هذه المقالة طريقة اصطناعية للحصول على البزموت أوكسييوديدي الجزئي المجالات الخرز الصغير، التي وظيفية عالية لأداء بهوتوكاتاليتيك إزالة الملوثات العضوية الثابتة، مثل السيبروفلوكساسين، في المياه تحت إشعاع ضوء الأشعة فوق البنفسجية-أ/مرئية.
Abstract
أوكسيهاليدي البزموت (بيوي) مادة واعدة لأشعة الشمس-مدفوعة-البيئية فوتوكاتاليسيس. ونظرا لأن الهيكل المادي لهذا النوع من المواد العالية بأدائها على بهوتوكاتاليتيك، من الضروري توحيد الأساليب الاصطناعية بغية الحصول على أبنية أكثر وظيفية، ومن ثم بهوتوكاتاليتيك أعلى الكفاءة. هنا، نحن تقرير مسار موثوق بها للحصول على بيوي الجزئي المجالات الخرز الصغير عن طريق عملية سولفوثيرمال واستخدام ثنائية (لا3)3 ويوديد البوتاسيوم (كي) السلائف، وجليكول كقالب. يتم توحيد التوليف في اﻷوتوكﻻف 150 مل، في 126 درجة مئوية ح 18. هذه النتائج في 2-3 ميكرون الحجم ميسوبوروس الجزئي المجالات الخرز الصغير، مع مساحة سطحية محددة ذات صلة (/g 61.3 م2). تقصير أوقات رد الفعل في التوليف النتائج في هياكل غير متبلور، بينما يؤدي ارتفاع درجات الحرارة إلى زيادة طفيفة في التسلل الجزئي المجالات الخرز الصغير، مع أي تأثير في الأداء بهوتوكاتاليتيك. المواد الصورة النشطة تحت الأشعة فوق البنفسجية-أ/مرئية إشعاع الضوء لتدهور سيبروفلوكساسين مضاد حيوي في الماء. هذا الأسلوب أثبت فعاليته في الاختبارات اينترلبورتوري، الحصول على مماثل بيوي الجزئي المجالات الخرز الصغير في مجموعات البحوث المكسيكية والشيلي.
Introduction
تم تجميع عدد كبير من أشباه الموصلات قد حتى الآن، تهدف إلى فوتوكاتاليستس مع ارتفاع النشاط تحت إشعاع الضوء مرئياً، أما أن تتحلل المركبات العضوية أو لتوليد الطاقة المتجددة في شكل الهيدروجين1،2. أوكسيهاليديس البزموت بيوكس (X = Cl، Br، أو) هي المرشحة لمثل هذه التطبيقات بسبب كفاءتها العالية على بهوتوكاتاليتيك تحت أشعة الشمس الخفيفة أو محاكاة مرئية تشعيع3،4. طاقة فجوة النطاق (هز) أوكسيهاليديس البزموت يتناقص مع زيادة عدد الذرية هاليد؛ وهكذا، بيوي هي المادة عرض أدنى طاقة التنشيط (هز = 1.8 eV)5. ذرات يوديد، الرهينة عبر فإن دير فالس القوة لذرات البزموت، إنشاء مجال الكهربائي التي تفضل هجرة الناقلين التهمة إلى السطح أشباه الموصلات، مما آثار بهوتوكاتاليتيك العملية4،6. وعلاوة على ذلك، بنية كريستاليتي دور حاسم في صبرا، نشوئها شركات الشحن. هياكل موجه عالية في الطائرة (001) وهياكل ثلاثية الأبعاد (مثل الجزئي المجالات الخرز الصغير) تسهيل فصل الناقل المسؤول عند التشعيع، زيادة بهوتوكاتاليتيك الأداء7،،من89 , 10 , 11 , 12-وفي ضوء هذا، من الضروري تطوير الأساليب الاصطناعية يمكن الاعتماد عليها للحصول على الهياكل التي تعزز الصور-نشاط مواد أوكسيهاليدي البزموت.
الأسلوب سولفوثيرمال هو، إلى حد بعيد، الأكثر شيوعاً المستخدمة ودرس الطريق للحصول على بيوي الجزئي المجالات الخرز الصغير13،14،،من1516. بعض المنهجيات باستخدام السوائل الأيونية تم أيضا الإبلاغ عن17، على الرغم من النفقات المرتبطة بهذه المنهجيات يمكن أن تكون أعلى. هيكل ميكروسفيري عادة يتم الحصول عليها باستخدام المذيبات العضوية مثل جليكول، الذي يعمل بمثابة عامل تنسيق لتشكيل الكوكسيديس معدنية، أسفر عن ذاتية تجميع تدريجي [بي2س2]2 + الأنواع18 , 19-استخدام الطريق سولفوثيرمال مع جليكول تسهل تشكيل مورفولوجيس مختلفة عن طريق تغيير البارامترات الرئيسية في رد الفعل، مثل درجة الحرارة ووقت رد الفعل4،18. وهناك مجموعة واسعة من المؤلفات حول الأساليب الاصطناعية للحصول على بيوي الجزئي المجالات، الخرز الصغير الذي يظهر المعلومات المتناقضة تحقيق درجة عالية من فوتواكتيفي الهياكل. ويهدف هذا البروتوكول مفصلاً عرض أسلوب اصطناعية يمكن الاعتماد عليها للحصول على بيوي الجزئي المجالات الخرز الصغير وظيفية عالية في تدهور بهوتوكاتاليتيك الملوثات في المياه. ونعتزم تساعد الباحثين جديدة بنجاح الحصول على هذا النوع من المواد، وتجنب المزالق الأكثر شيوعاً المقترنة بعملية التوليف.
Protocol
Representative Results
Discussion
أننا نعتبر هذا خليط السلائف كخطوة حاسمة في تركيب سولفوثيرمال الجزئي المجالات الخرز بيوي الصغير. نازف بطيئة جداً لكي الحل إلى الحل ثنائية (لا3)3 (في أقصى قدر من 1 مل/دقيقة) أمر حاسم للحصول على ميسوبوروس الجزئي المجالات الخرز الصغير، حيث أنه يسمح تشكيل بطيئة والتجميع الذاتي من الأل…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
الكتاب أريد أن أشكر العلوم دي أمانة، والتكنولوجيا الإلكترونية Ciudad de la Innovación de قدمت المكسيك للموارد القيام بهذا العمل من خلال مشروع ممول سيسيتي/047/2016، و “الصناديق الوطنية” للتنمية العلمية والتكنولوجية شيلي (التمويلية 11170431).
Materials
| Bismuth(III) nitrate pentahydrate | Sigma Aldrich | 383074 | ACS reagent, ≥98.0% |
| Potassium iodide | Sigma Aldrich | 746428 | ACS reagent, ≥98.0% |
| Ethylene glycol | Sigma Aldrich | 324558 | Anhydrous, 99.8% |
| Ethanol | Meyer | 5405 | Technical Grade, 96% |
| Ciprofloxacin | Sigma Aldrich | 17850 | HPLC, ≥98.0% |
| Cary 5000 UV-Vis-NIR spectrophotometer | Agilent | Used for the Band gap determination by the Tauc model. | |
| JSM-5600 Scanning Electron Microscope | JOEL | Used for the SEM images. | |
| Autosob-1 | Qantachrome Instruments | Used for the determination of surface area and pore diameter. | |
| TOC-L Total Organic Carbon Analyzer | Shimadzu | Used for determination of total organic carbon in water samples. | |
| Bruker AXS D8 Advance – X-ray Diffraction | Bruker | Determination of crystal structure and crystallite size |
Referenzen
- Yu, C., Zhou, W., Liu, H., Liu, Y., Dionysiou, D. D. Design and fabrication of microsphere photocatalysts for environmental purification and energy conversion. Chemical Engineering Journal. 287, 117-129 (2016).
- Wang, H., et al. Semiconductor heterojunction photocatalysts: Design, construction, and photocatalytic performances. Chemical Society Reviews. 43 (15), 5234-5244 (2014).
- Chou, S. Y., Chen, C. C., Dai, Y. M., Lin, J. H., Lee, W. W. Novel synthesis of bismuth oxyiodide/graphitic carbon nitride nanocomposites with enhanced visible-light photocatalytic activity. RSC Advances. 6, 33478-33491 (2016).
- Siao, C. W., et al. Controlled hydrothermal synthesis of bismuth oxychloride/bismuth oxybromide/bismuth oxyiodide composites exhibiting visible-light photocatalytic degradation of 2-hydroxybenzoic acid and crystal violet. Journal of Colloid and Interface Science. 526, 322-336 (2018).
- Meng, X., Zhang, Z. Bismuth-based photocatalytic semiconductors: Introduction, challenges and possible approaches. Journal of Molecular Catalysis A: Chemical. 423, 533-549 (2016).
- Wang, Y., Deng, K., Zhang, L. Visible light photocatalysis of BiOI and its photocatalytic activity enhancement by in situ ionic liquid modification. Journal of Physical Chemistry C. 115 (29), 14300-14308 (2011).
- Xiao, X., Zhang, W. De Facile synthesis of nanostructured BiOI microspheres with high visible light-induced photocatalytic activity. Journal of Materials Chemistry. 20 (28), 5866-5870 (2010).
- Chen, C. C., et al. Bismuth oxyfluoride/bismuth oxyiodide nanocomposites enhance visible-light-driven photocatalytic activity. Journal of Colloid and Interface Science. 532, 375-386 (2018).
- Xia, J., et al. Self-assembly and enhanced photocatalytic properties of BiOI hollow microspheres via a reactable ionic liquid. Langmuir. 27 (3), 1200-1206 (2011).
- Mera, A. C., Contreras, D., Escalona, N., Mansilla, H. D. BiOI microspheres for photocatalytic degradation of gallic acid. Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry. 318, 71-76 (2016).
- Pan, M., Zhang, H., Gao, G., Liu, L., Chen, W. Facet-dependent catalytic activity of nanosheet-assembled bismuth oxyiodide microspheres in degradation of bisphenol A. Environmental Science and Technology. 49 (10), 6240-6248 (2015).
- Hu, J., et al. Solvents mediated-synthesis of BiOI photocatalysts with tunable morphologies and their visible-light driven photocatalytic performances in removing of arsenic from water. Journal of Hazardous Materials. 264, 293-302 (2014).
- Ye, L., Su, Y., Jin, X., Xie, H., Zhang, C. Recent advances in BiOX (X = Cl, Br and I) photocatalysts: Synthesis, modification, facet effects and mechanisms. Environmental Science: Nano. 1 (2), 90-112 (2014).
- Qin, X., et al. Three dimensional BiOX (X=Cl, Br and I) hierarchical architectures: Facile ionic liquid-assisted solvothermal synthesis and photocatalysis towards organic dye degradation. Materials Letters. 100, 285-288 (2013).
- Chou, S. Y., et al. A series of BiO x I y/GO photocatalysts: synthesis, characterization, activity, and mechanism. RSC Advances. 6 (86), 82743-82758 (2016).
- Shi, X., Chen, X., Chen, X., Zhou, S., Lou, S. Solvothermal synthesis of BiOI hierarchical spheres with homogeneous sizes and their high photocatalytic performance. Materials Letters. 68, 296-299 (2012).
- Di, J., et al. Reactable ionic liquid-assisted rapid synthesis of BiOI hollow microspheres at room temperature with enhanced photocatalytic activity. Journal of Materials Chemistry A. 2 (38), 15864-15874 (2014).
- Ren, K., et al. Controllable synthesis of hollow/flower-like BiOI microspheres and highly efficient adsorption and photocatalytic activity. CrystEngComm. 14 (13), 4384-4390 (2012).
- Lei, Y., et al. Room temperature, template-free synthesis of BiOI hierarchical structures: Visible-light photocatalytic and electrochemical hydrogen storage properties. Dalton Transactions. 39 (13), 3273-3278 (2010).
- Montoya-Zamora, J. M., Martínez-de la Cruz, A., López Cuéllar, E. Enhanced photocatalytic activity of BiOI synthesized in presence of EDTA. Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers. 75, 307-316 (2017).
- He, R., Zhang, J., Yu, J., Cao, S. Room-temperature synthesis of BiOI with tailorable (0 0 1) facets and enhanced photocatalytic activity. Journal of Colloid and Interface Science. 478, 201-208 (2016).
- Song, J. M., Mao, C. J., Niu, H. L., Shen, Y. H., Zhang, S. Y. Hierarchical structured bismuth oxychlorides: self-assembly from nanoplates to nanoflowers via a solvothermal route and their photocatalytic properties. CrystEngComm. 12, 3875-3881 (2010).
- Mera, A. C., Váldes, H., Jamett, F. J., Meléndrez, M. F. BiOBr microspheres for photocatalytic degradation of an anionic dye. Solid State Science. 65, 15-21 (2017).
- Kong, X. Y., Lee, W. C., Ong, W. J., Chai, S. P., Mohamed, A. R. Oxygen-deficient BiOBr as a highly stable photocatalyst for efficient CO2 reduction into renewable carbon-neutral fuels. ChemCatChem. 8, 3074-3081 (2016).
