การสลายสีย้อมด้วยแสงของไทเทเนียมไดออกไซด์ที่เจือด้วยโครเมียม
Article Sidebar
Main Article Content
Abstract
Uraiwan Werapun, Warit Werapun, Kridtiya Kaewtatip and Oraya Kumuang
รับบทความ: 13 มิถุนายน 2563; แก้ไขบทความ: 10 กันยายน 2563; ยอมรับตีพิมพ์: 28 กันยายน 2563
บทคัดย่อ
งานวิจัยนี้เป็นการเตรียมไทเทเนียมไดออกไซด์ที่เจือด้วยโครเมียม โดยวิธีโซล–เจล และเผาที่อุณหภูมิ 500 และ 800 องศาเซลเซียส เพื่อศึกษาลักษณะของอนุภาคที่เตรียมได้ด้วยเทคนิคเอ็กซเรย์ดิฟแฟรกชัน ฟลูเรียร์ทรานส์ฟอร์ม อินฟราเรดสเปคโทรสโกปี ดิฟฟิวส์รีเฟลกแทนซ์ยูวีวิสิเบิลสเปกโทรโฟโตเมทรี กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด และกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดและอุปกรณ์วิเคราะห์ธาตุ จากเทคนิคเอ็กซเรย์ดิฟแฟรกชันพบว่าโครเมียมยับยั้งการเปลี่ยนเฟสจากอนาเทสไปเป็นรูไทล์เมื่ออุณหภูมิในการเผาเพิ่มขึ้น แถบช่องว่างพลังงานลดลงเมื่อเผาที่อุณหภูมิสูงขึ้น อนุภาคในเฟสอนาเทสมีความสามารถในการสลายสีย้อมเมทิลีนบลูได้ดีกว่าเฟสอื่น นอกจากนี้การศึกษาจลนพลศาสตร์ของปฏิกิริยาโฟโตแคตะลิติกของเมทิลีนบลูเป็นสมการปฏิกิริยาอันดับหนึ่ง (first–order kinetic model)
คำสำคัญ: โซล–เจล ไทเทเนียมไดออกไซด์ ปฏิกิริยาการเร่งด้วยแสง เมทิลีนบลู
Abstract
Titanium dioxide doped with chromium was prepared by sol–gel method and calcined at 500 and 800ºC. The synthesized particles were characterized by using XRD, FT IR, UV–VIS, SEM and SEM–EDX. Result from XRD technique was found that chromium inhibits the transformation of anatase phase into rutile phase when increasing temperature. The band gap energy of particles decreases in accordance to an increase calcined temperature. Anatase phase was found to have enhanced photocatalytic activity for methylene blue degradation when compared to another phase. In addition, kinetics study of photocatalytic reaction of methylene blue was described by 1st order equation kinetics model.
Keywords: Sol–gel, Titanium dioxide, Photodegradation, Methylene blue
Downloads
Article Details
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
References
Amano, F., Nakata, M., Vequizo, J. J. M., and Yamakata, A. (2019). Enhanced Visible Light Response of TiO2 Codoped with Cr and Ta Photocatalysts by Electron Doping. ACS Applied Energy Materials 2(5): 3274–3282.
Barbé, C. J., Arendse, F., Comte, P., Jirousek, M., Lenzmann, F., Shklover, V., and Grätzel, M. (1997). Nanocrystalline titanium oxide electrodes for photovoltaic applications. Journal of the American Ceramic Society 80(12): 3157–3171.
Bellifa, A., Pirault–Roy, L., Kappenstein, C., and Choukchou–Braham, A. (2014). Study of effect of chromium on titanium dioxide phase transformation. Bulletin of Materials Science 37(3): 669–677.
Chauhan, R., Kumar, A., and Chaudhary, R. P. (2012). Structural and optical characterization of Zn doped TiO2 nanoparticles prepared by sol–gel method. Journal of Sol–Gel Science and Technology 61(3): 585–591.
Di, P. A., Bellardita, M., Ceccato, R., Palmisano, L., and Parrino, F. (2009). Highly active photocatalytic TiO2 powders obtained by thermohydrolysis of TiCl4 in water. The Journal of Physical Chemistry C 113(34): 15166–15174.
Di, P. A., Bellardita, M., and Palmisano, L. (2013). Brookite, the least known TiO2 photocatalyst. Catalysts 3(1): 36–73.
Dubey, R. S., and Singh, S. (2017). Investigation of structural and optical properties of pure and chromium doped TiO2 nanoparticles prepared by solvothermal method. Results in physics 7: 1283–1288.
Hu, Y., Tsai, H. L., and Huang, C. L. (2003). Phase transformation of precipitated TiO2 nanoparticles. Materials Science and Engineering: A 344(1–2): 209–214.
Jaimy, K.B., Ghosh, S., Sankar, S. and Warrier, K.G.K. (2011). An aqueous sol–gel synthesis of chromium (III) doped mesoporous titanium dioxide for visible light photocatalysis. Materials Research Bulletin 46(6): 914–921.
Lagergren, S., Lagergren, S., Lagergren, S. Y., and Sven, K. (1898). Zurtheorie der Sogenannten Adsorption Gelösterstoffe. Vetensk.Akad. Handl.
Luo, Y., Lu, Z., Jiang, Y., Wang, D., Yang, L., Huo, P., Da, Z., Bai, X., Xie, X., and Yang, P. (2014). Selective photodegradation of 1–methylimidazole–2–thiol by the magnetic and dual conductive imprinted photo-catalysts based on TiO2/Fe3O4/MWCNTs. Chemical Engineering Journal 240: 244–252.
Mendiola–Alvarez, S. Y., Guzmán-Mar, J. L., Turnes–Palomino, G., Maya–Alejandro, F., Caballero–Quintero, A., Hernández–Ramírez, A., and Hinojosa–Reyes, L. (2019). Synthesis of Cr3+–doped TiO2 nanoparticles: characterization and evaluation of their visible photocatalytic performance and stability. Environmental Technology 40(2): 144–153.
Naeem, K. and Ouyang, F. (2010). Preparation of Fe3+–doped TiO2 nanoparticles and its photocatalytic activity under UV light. Physica B: Condensed Matter 405(1): 221–226.
Nasralla, N., Yeganeh, M., Astuti, Y., Piticha-roenphun, S., Shahtahmasebi, N., Kompany, A., Karimipour, M., Mendis, B.G., Poolton, N. R. J., and Šiller, L. (2013). Structural and spectroscopic study of Fe–doped TiO2 nanoparticles prepared by sol–gel method. Scientia Iranica 20(3): 1018–1022.
Oskam, G., Nellore, A., Penn, R. L., and Searson, P. C. (2003). The growth kinetics of TiO2 nanoparticles from titanium (IV) alkoxide at high water/titanium ratio. The Journal of Physical Chemistry B 107(8): 1734–1738.
Peng, Y. H., Huang, G. F., and Huang, W. Q., (2012). Visible-light absorption and photocatalytic activity of Cr–doped TiO2 nanocrystal films. Advanced Powder Technology 23(1): 8–12.
Pirkanniemi, K., and Sillanpää, M. (2002). Heterogeneous water phase catalysis as an environmental application: A review. Chemosphere 48(10): 1047–1060.
Reda, S. M., Khairy, M., and Mousa, M. A. (2020). Photocatalytic activity of nitrogen and copper doped TiO2 nanoparticles prepared by microwave–assisted sol–gel process. Arabian Journal of Chemistry 13(1): 86–95.
Solano, R. A., Herrera, A. P., Maestre, D., and Cremades, A. (2019). Fe–TiO2 nanopar-ticles synthesized by green chemistry for potential application in waste water photo-catalytic treatment. Journal of Nanotechnology Article ID 4571848.
Umar, M., and Aziz, H. A. (2013). Photo-catalytic degradation of organic pollutants in water. Organic Pollutants–Monitoring, Risk and Treatment 8:196–197.
Vorkapic, D., and Matsoukas, T. (1999). Reversible agglomeration: A kinetic model for the peptization of titania nanocolloids. Journal of Colloid and Interface Science 214(2): 283–291.
Watanabe, T., Nakajima, A., Wang, R., Minabe, M., Koizumi, S., Fujishima, A., and Hashimoto, K. (1999). Photocatalytic activity and photoinduced hydrophilicity of titanium dioxide coated glass. Thin Solid Films 351: 260–263.
Wei, Y. L., Chen, K. W., and Wang, H. P. (2010). Study of chromium modified TiO2 nanocatalyst under visible light irradiation. Journal of Nanoscience and Nanotechnology 10(8): 5456–5460.
Wilke, K., and Breuer, H. D. (1999). The influence of transition metal doping on the physical and photocatalytic properties of titania. Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry 121(1): 49–53.
Wu, M., Lin, G., Chen, D., Wang, G., He, D., Feng, S., and Xu, R. (2002). Sol–hydrothermal synthesis and hydrothermally structural evolution of nanocrystal titanium dioxide. Chemistry of Materials 14(5): 1974–1980.
Zhan, S., Yang, J., Liu, Y., Wang, N., Dai, J., Yu, H., Gao, X., and Li, Y. (2011). Mesoporous Fe2O3–doped TiO2 nanostructured fibers with higher photocatalytic activity. Journal of Colloid and Interface Science 355: 328–333.
Zhu, J., Deng, Z., Chen, F., Zhang, J., Chen, H., Anpo, M., Huang, J., and Zhang, L. (2006). Hydrothermal doping method for preparation of Cr3+–TiO2 photocatalysts with concentration gradient distribution of Cr3+. Applied Catalysis B: Environmental 62 (3–4): 329–335.