Синтез нанесених на поверхню нержавіючої сталі фотокаталізаторів на основі ТіО₂

Abstract

Методом іонної імплантації синтезовано нанесений Ті-вмісний каталізатор на поверхні нержавіючої сталі. Показана висока фотокаталітична активність цього каталізатора в процесі знешкодження бензолу у водних стоках при опроміненні видимим світлом, яка значно перевищує його активність в УФ діапазоні. Фізико-хімічними методами охарактеризовано склад поверхні нанесеного каталізатора та вплив на нього температурної обробки зразка. Показано, що в результаті іонної імплантації Ті на поверхню нержавіючої сталі формується нанорозмірний шар імплантату у вигляді рентгеноаморфної композиції, яка складається з оксиду, нітриду та оксинітриду титану. Підвищення температури обробки спричиняє зниження активності зразків. Подібні зміни фотоактивності зразків можна пояснити впливом температури на співвідношення між нітридною, оксинітридною та оксидною фазою титану, при цьому кількість останньої зростає зі збільшенням температури обробки. Висловлено гіпотезу про активні фази на поверхні носія, які забезпечують його високу активність у реакції фотодеструкції водного розчину бензолу при опроміненні видимим світлом. Таким чином, показано перспективність та практичність використання отриманих зразків у процесі видалення бензолу з його водних розчинів у видимому спектрі випромінювання, що є надзвичайно актуальним з екологічної точки зору.

The supported Ti-containing catalyst on the surface of a stainless steel foil is prepared by the low-temperature ion implantation method. It shows the high photocatalytic activity in the process of neutralizing benzene in aqueous solutions under the irradiation with visible light, which significantly exceeds its activity in the UV range. The composition of the surface of the supported catalyst and the effect of the temperature on it are characterized by physico-chemical methods. It is shown that, as a result of the ion implantation of Ti on the surface of a stainless steel, a nanosized layer of the implant is formed in the form of an amorphous composition consisting of titanium oxide, nitride, and oxynitride. Increasing the temperature of the treatment leads to a decrease in the activity of samples. Similar changes in the photoactivity of samples can be explained by the influence of the temperature on the ratio between the nitride, oxynitride and oxide phases of titanium, while the latter increases with increasing the processing temperature. The hypothesis of active phases on the surface of a support is expressed, which ensures its high activity in the reaction of photodegradation of an aqueous solution of benzene under the visible light irradiation. Thus, the perspective and practicality of using the obtained samples in the process of removal of benzene from its aqueous solutions with the visible light irradiation is shown, which is very important today from the point of view of ecology.

Методом ионной имплантации синтезирован нанесенный Ті-содержащий катализатор на поверхности нержавеющей стали. Показана высокая фотокаталитическая активность этого катализатора в процессе обезвреживания бензола в водных стоках при облучении видимым светом, которая значительно превышает его активность в УФ диапазоне. Физико-химическими методами охарактеризованы состав поверхности нанесенного катализатора и влияние на него температурной обработки образца. Показано, что в результате ионной имплантации Ті на поверхность нержавеющей стали формируется наноразмерный слой имплантата в виде рентгеноаморфной композиции, которая состоит из оксида, нитрида и оксинитрида титана. Повышение температуры обработки приводит к снижению активности образцов. Подобные изменения фотоактивности образцов можно объяснить влиянием температуры на соотношение между нитридной, оксинитридной и оксидной фазой титана, при этом количество последней возрастает при увеличении температуры обработки. Высказана гипотеза об активных фазах на поверхности носителя, которые обеспечивают его высокую активность в реакции фотодеструкции водного раствора бензола при облучении видимым светом. Таким образом, показана перспективность и практичность использования полученных образцов в процессе удаления бензола из его водных растворов при облучении видимым светом, что на сегодня весьма актуально с точки зрения экологии.