ФОТОКАТАЛИТИЧЕСКАЯ ДЕСТРУКЦИЯ МЕТИЛЕНОВОГО СИНЕГО НОВОЙ АЛЛОТРОПНОЙ ФОРМОЙ ГРАФИТОПОДОБНОГО НИТРИДА УГЛЕРОДА

PHOTOCATALYTIC DESTRUCTION OF METHYLENE BLUE BY A NEW ALLOTROPIC FORM OF GRAPHITIC CARBON NITRIDE
Цитировать:
ФОТОКАТАЛИТИЧЕСКАЯ ДЕСТРУКЦИЯ МЕТИЛЕНОВОГО СИНЕГО НОВОЙ АЛЛОТРОПНОЙ ФОРМОЙ ГРАФИТОПОДОБНОГО НИТРИДА УГЛЕРОДА // Universum: химия и биология : электрон. научн. журн. Бахромова И.А. [и др.]. 2023. 9(111). URL: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/15902 (дата обращения: 17.06.2024).
Прочитать статью:
DOI - 10.32743/UniChem.2023.111.9.15902

 

АННОТАЦИЯ

В данной работе изучена фотокаталитическая деструкция метиленового синего в присутствии допированного кислородом графитоподобного нитрида углерода О-g-C2N3 под действием ультрафиолетового, видимого и солнечного света. Показано, что О-g-C2N3 наибольшую фотокаталитическую активность по МС проявляет при инициировании процесса под действием видимого света.

ABSTRACT

In this work, we studied the photocatalytic degradation of methylene blue in the presence of oxygen-doped graphitic carbon nitride О-g-C2N3 under the action of ultraviolet, visible, and sunlight. It has been shown that O-g-C2N3 exhibits the highest photocatalytic activity with respect to MB when the process is initiated under the action of visible light.

 

Ключевые слова: графитоподобный нитрид углерода, фотокатализатор, метиленовый синий, УФ-, видимый и солнечный свет.

Keywords: graphitic carbon nitride, photocatalyst, methylene blue, UV, visible, and sunlight.

 

Введение. В настоящее время особую актуальность приобретает вопрос эффективного использования процесса фотодеструкции органических загрязнителей с применением графитоподобного нитрида углерода (g-C3N4), который, в отличие от диоксида титана, позволяет провести реакцию фотодеструкции под действием видимого и солнечного света [1-4]. Одним из часто распространённых органических загрязнителей является метиленовый синий (МС), используемый не только для окрашивания бумаги и канцелярских принадлежностей, но и для придания цвета шелку. Его нельзя разлагать в ходе обычного процесса очистки воды из-за сложной ароматической структуры, гидрофильной природы и высокой устойчивости к свету, температуре, воде, химическим веществам и т. д. Данное вещество может вызвать значительное загрязнение окружающей среды. Фотокаталитическое окисление считается одним из наиболее эффективных способов разложения МС [5].

Целью нашего исследования является изучение процесса фотодеструкции МС в присутствии новой аллотропной формы графитоподобного нитрида углерода (O-g-C2N3) под действием видимого, ультрафиолетового и солнечного света.

II. Экспериментальная часть. Новая аллотропная форма графитоподобного нитрида углерода О-g-C2N3 получена согласно методике, приведенной в работе [6]. Наличие атома кислорода в условной формуле соединения обусловлено тем, что процесс проведен не в инертной среде, как в работе [6], а в присутствии воздуха [7].

В соответствии с данными, полученными с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ), оборудованного микроаналитической системой для энерго-дисперсионного рентгеновского (EDX) микроанализа Jeol JSM-IT200LA (Япония), синтезированный О-g-C2N3 содержит 29.53, 64.85 и 2.66 % атомов углерода, азота и кислорода соответственно (без учета водорода) (рис.1).

 

   

Рисунок 1. СЭМ микрофотография и электронно-дисперсионный спектр синтезированного О-g-C2N3

 

Фотокаталитическая деградация МС в присутствии О-g-C2N3 проведена в статических условиях. Концентрация МС составила 10 мг/л. В качестве источника света использовали УФ-свет, видимый свет (ксеноновая лампа с мощностью 500 Вт) и солнечный свет. Для количественной оценки изменения концентрации МС в ходе реакции использовали спектрофотометр EMC-30PC-UV/VIS (Германия) при длине волны 609 нм.

III. Полученные результаты и их обсуждение. На рисунке 2 представлены спектры поглощения водного раствора МС в зависимости от времени обработки в присутствии фотокатализатора О-g-C2N3 под действием ультрафиолетового, видимого и солнечного света.

 

Рисунок 2. Спектры поглощения водного раствора МС в зависимости от времени обработки под действием УФ- (А), видимого (Б) и солнечного света (С)

 

На рисунке 3 представлены кинетические кривые процесса фотодеструкции водного раствора МС под действием УФ-, видимого и солнечного света в присутствии фотокатализатора О-g-C2N3.

 

Рисунок 3. Кинетические кривые фотодеструкции водного раствора МС под действием УФ-, видимого и солнечного света

 

Как видно из представленных на рисунке 3 данных, после обработки в течение 45 минут активность фотокатализатора О-g-C2N3 по МС уменьшается в следующем ряду: солнечный свет> УФ-свет > видимый свет. Однако, уже по истечению 60 минут активность образца под действием видимого света сравняется с активностью реакции, инициированной солнечным светом. В дальнейшем активность образца под действием видимого света превалирует над остальными случаями. В результате, после 75 минутной обработки МС под видимым светом достигается практически 100 %-ная степень деструкции, тогда как этот показатель составляет 65 и 80 % для случаев УФ- и солнечного света соответственно.

Выводы. Таким образом, синтезированный О-g-C2N3 проявляет фотокаталитическую активность под действием УФ-, видимого и солнечного света, что свидетельствует о возможности его применения в широком диапазона света. Примечательно, что фотокатализатор очень активен под действием видимого света, а также солнечного света. Высокая активность О-g-C2N3 при видимом спектре света сделает его применение экономически выгодным.

 

Список литературы:

  1. Liu A.Y., Cohen M.L. Prediction of new low compressibility solids // Science. – 1989. – Vol. 245. –  Pp. 841–842.
  2. Goettmann F., Fischer A., Antonietti M., Thomas A. Metal-free catalysis of sustainable Friedel–Crafts reactions: direct activation of benzene by carbon nitrides to avoid the use of metal chlorides and halogenated compounds // Chemical Communications. –2006. –  Vol. 43. –  Pp. 4530–4532.
  3. Kroke E., Schwarz M., Horath-Bordon E., Kroll P., Noll B., Norman A.D. Tri-s-triazine derivatives. Part I. From trichlorotri-s-triazine to graphitic C3N4 structures // New Journal of Chemistry. – 2002. – Vol. 26 (5) . – Pp. 508–512.
  4. Ehrampoush M. H., Moussavi G. H. R., Ghaneian M. T., Rahimi S., Ahmadian M. Removal of Methylene Blue Dye from Textile Simulated Sample using Tabular Reactor and TiO2/UV-C Photocatalytic Process // Iranian Journal of Health and Environment. – 2011. – Vol. 8(1). – Pp. 35–40.
  5. Samsudin, M.F.; Sufian, S.; Bashiri, R.; Mohamed, N.M.; Siang, L.T.; Ramli, R.M. Optimization of photodegradation of methylene blue over modified TiO2/BiVO4 photocatalysts: Effects of total TiO2 loading and different type of co-catalyst // Materials Today: Proceedings. – 2018. – Vol. 5. – Pp. 1710–1717.
  6. Dongmei Tang, Chengtian Shao, Shujuan Jiang, Chuanzhi Sun, Shaoqing Song. Graphitic C2N3: An Allotrope of g‑C3N4 Containing Active Azide Pentagons as Metal-Free Photocatalyst for Abundant H2 Bubble Evolution // ACS Nano. – 2021. – Vol. 15. Pp. 7208-7215.
  7. Сидрасулиева Г.Б., Каттаев Н.Т., Акбаров Х.И. Синтез наноразмерного графитоподобного углерода нитрида g-O-C3Nx // Universum: химия и биология: электрон. научн. журн. 2021. 12(90). URL: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/12706 (дата обращения: 10.08.2023).
Информация об авторах

базовый докторант Национального университета Узбекистана, Республика Узбекистан, г. Ташкент

Ph.D. student at the National University of Uzbekistan, Republic of Uzbekistan, Tashkent

соискатель Национального университета Узбекистана, Узбекистан, г. Ташкент

Researcher of the National University of Uzbekistan, Uzbekistan, Tashkent

д-р хим. наук, доцент кафедры «Физическая химия» Национального университета Узбекистана имени Мирзо Улугбека, Узбекистан, г. Ташкент

Doctor of Chemical sciences, associate professor of the Department of Physical chemistry of the National University of Uzbekistan named after MirzoUlugbek, Uzbekistan, Tashkent

д-р хим. наук, профессор, зав. кафедры физической химии Национального университета Узбекистана имени Мирзо Улугбека, Республика Узбекистан, г. Ташкент

DSc, professor, Physical chemistry head of Chair of Mirzo Ulugbek National University of Uzbekistan, Republic of Uzbekistan, Tashkent

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), регистрационный номер ЭЛ №ФС77-55878 от 17.06.2013
Учредитель журнала - ООО «МЦНО»
Главный редактор - Ларионов Максим Викторович.
Top