ローダミン B の光触媒分解のためのカルシウムおよびマグネシウムベースの酸化物およびチタン酸塩の合成と特性評価: 比較研究

Scientific Reports volume 13、記事番号: 3615 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

現在の研究は、ローダミン B 色素の光触媒荒廃のための CaO、MgO、CaTiO3、および MgTiO3 の簡単で環境に優しい合成を扱っています。 CaOは鶏卵殻廃棄物から焼成法により調達し、MgOは尿素を燃料源とする溶液燃焼法により製造した。 さらに、合成した CaO または MgO と TiO2 を十分に混合し、900 °C で焼成することにより、CaTiO3 および MgTiO3 を簡単な固相法で合成しました。 XRD および EDX 調査により、材料の相形成が確認されました。 さらに、FTIRスペクトルにより、提案された材料の化学組成に類似したCa-Ti-O、Mg-Ti-O、Ti-Oの存在が明らかになりました。 SEM 顕微鏡写真から、CaTiO3 の表面は MgTiO3 に比べて粒子が比較的分散していて粗く、CaTiO3 の表面積が大きいことを反映していることが明らかになりました。 拡散反射分光法の調査により、合成された材料が UV 照射下で光触媒として作用できることが示されました。 したがって、CaO と CaTiO3 は、それぞれ 63% と 72% の光分解活性で 120 分以内にローダミン B 色素を効果的に分解しました。 対照的に、MgO と MgTiO3 の光触媒分解活性は、120 分間の照射後にそれぞれ色素の 21.39 % と 29.44% だけが分解されたため、はるかに低かった。 さらに、チタン酸カルシウムとチタン酸マグネシウムの両方からの混合物の光触媒活性は６４．６３％であった。 これらの発見は、廃水浄化用の潜在的かつ手頃な価格の光触媒を設計するのに貴重である可能性がある。

染料は最も有害な汚染物質の 1 つであるにもかかわらず、繊維、食品、プラスチック、化学、タブロイド紙の業界で広く使用されています。 水生環境へのそれらの排出は、生物に重大な影響を与えます1,2。 色により水への太陽光の浸透が減少し、その結果、光合成活性が低下し、生物相の発達が低下します。 さらに、染料は金属イオンと結合する傾向があり、その結果、魚やその他の生物に微量の毒性を引き起こします1,3。

通常、染料は生分解性がほとんどなく、従来のアプローチでは除去するのが困難です。 これに関連して、キサンテン族に属するローダミン B (RhB) は、その剛直な複素環構造により非常に安定なカチオン色素です4。 実際、RhB 色素の高い安定性はさまざまな産業用途に有益ですが、その分解は単純ではなく困難を伴います 5、6、7。 その結果、そのような汚染物質を分解するための効率的で環境に優しく、コスト効率の高いソリューションを提供することは、緑の生息地の長期的な存続にとって重要です。 その結果、廃水から染料を抽出するために、吸着 8、9、10、限外濾過 11、化学沈殿 12、電極触媒による分解 13、光分解 3、14、15、16 など、さまざまな技術が使用されるようになりました。

光触媒による分解は、染料汚染物質から水を除去するための最も安価で環境に優しく、最も強力な技術の 1 つである可能性があります。 言い換えれば、極度の酸化条件は、それ以上必要な試薬を必要とせずに確立でき、唯一の要件は好気性酸素と光照射源の供給だけです17,18。 電子 (e-)、正孔 (h+)、ヒドロキシル ラジカル (OH·)、およびスーパーオキシドラジカル (O2·-) はすべて、光触媒の分解によって生成される表面活性種です。 界面活性種を生成する光触媒の能力19、20。 ほんの数例を挙げると、黒鉛状窒化炭素 (g-C3N4)、TiO2、ZnO、CdS、CaO、MgO、CaTiO3、MgTiO3 などの汚染物質の光​​分解のために、触媒活性を持つさまざまな材料が提案されています3、5、7。 、15、21、22、23、24、25、26。

TiO2 と比較して、構造式 ABO3 を持つチタンをベースとしたペロブスカイト型酸化物は、その興味深い光物理的特性により、光触媒においてここ 10 年間でますます注目を集めています。 CaTiO3 と MgTiO3 は、レーダー通信、コンデンサー、サーミスター、エレクトロニクス、セラミック、超伝導体、非線形光学、触媒、圧電、誘電体デバイスなど、幅広い用途に利用されています 27、28、29、30。 さらに、それらはさまざまな有機染料に対して高い光触媒分解活性を持っています 21,25。 Ca と Mg は地球上で最も豊富な金属の 1 つであり、その酸化物は廃棄物から合成することもできます。 これにより、さまざまな重要な用途に手頃な価格で使用できるようになります。 CaO、MgO、CaTiO3、または MgTiO37、31、32、33、34 の合成には、水熱法、ゾルゲル法、メカノケミカル法、伝統的な固体法、ポリマー前駆体などのいくつかの方法が使用されています。 これらの材料の触媒効率は合成手順とその前駆体に大きく依存しており、それらは最終的な表面形態、活性サイト、および物理化学的特性に直接影響を与えることは言うまでもないことを強調する必要があります。 さらに、これらの光触媒の性能は染料によって大きく異なります7、25、35。