본 연구에서는 폴리아닐린과 CeO2 공동 장식 TiO2 나노튜브 어레이(PANI/CeO2 /TiO2 NTA)는 전기화학적 방법으로 쉽게 제조되었다. 준비된 재료는 주사 전자 현미경(SEM), X선 회절계(XRD) 및 에너지 분산 X선 분광법(EDS)으로 특성화되었습니다. 테트라브로모비스페놀 A(TBBPA)를 표적 분석물로 하여 준비된 물질의 광전기촉매 활성을 조사한 결과 PANI/CeO2 /TiO2 NTA는 다른 재료보다 훨씬 더 높은 광전 촉매 효율을 나타냅니다. 최적의 조건에서 TBBPA의 분해율은 모의 태양 조사에서 120분 만에 최대값 96%에 도달했습니다. 결과는 CeO2 및 PANI 공동 수정 TiO2 NTA는 밴드 갭을 좁히고, 자외선(UV)에서 가시 영역으로의 반응을 확장하고, 활성 자유 라디칼의 양을 증가시키고, 전자-정공 쌍의 재결합 속도를 억제하고, 최종적으로 TBBPA에 대한 분해 효율을 향상시킬 수 있습니다. Ce 3+ /Ce 4+ 그리고 파니. 더욱이, 분해 반응은 1차 역학을 따랐고, 반복 실험의 분해율은 10번의 실행 동안 모두 92% 이상이었습니다. 이러한 모든 결과는 이 새로운 촉매가 TBBPA 및 기타 오염 물질을 제거하기 위한 강력한 광전기 촉매로서 큰 잠재력을 얻었다는 것을 나타냅니다.
전 세계적으로 급속한 산업화의 발달로 인해 다양한 오염물질이 생성되었으며, 여기에는 무기 또는 유기 오염물질을 비롯한 다양한 종류의 독성물질이 포함되어 있습니다. 이러한 오염 물질의 독성 효과는 환경과 인간의 건강에 심각한 위협을 가하고 있으며 훨씬 더 많은 관심을 흡수합니다. 따라서 이러한 오염 물질에 대한 효율적이고 깨끗한 분해 기술의 개발에 더 많은 관심을 기울였습니다. 편리하고 경제적이며 향상된 기존 처리 기술인 광촉매는 이러한 유기 오염 물질을 제거하는 중요한 기술이었습니다[1]. 이 기술이 관련될 때 핵심 부품은 광촉매입니다. 최근 이종 광촉매, 특히 TiO2 및 관련 재료는 저비용, 안정적인 화학적, 무독성 및 좁은 밴드 갭 특성으로 인해 가장 주목을 받았습니다. TiO2 -기반 촉매 물질은 오염된 공기와 물에서 유독하고 유해한 유기 오염 물질을 효과적으로 제거하는 데 사용되는 것으로 입증되었으며 이는 환경 보호에 매우 중요합니다[2,3,4]. 테트라브로모비스페놀A(TBBPA)는 브롬계 난연제(BFR) 중 하나로 전체 BFR 시장의 약 60%를 차지하며 의류, 장난감, 전자제품, 플라스틱, 자동차, 섬유 등에 가연성을 줄이기 위해 일반적으로 사용됩니다. TBBPA는 물, 토양, 공기 및 침전물, 심지어 인간의 혈액 및 모유와 같은 다양한 매트릭스에서 발견됩니다[5, 6]. TBBPA는 내분비 교란 물질로서 인간의 건강에 심각한 영향을 미치는 것으로 보고되고 있다[7]. 따라서 TBBPA의 급속 분해 기술을 개발하려면 환경 모니터링과 인간 건강 보호 모두가 필요합니다.
이제 많은 연구에서 TiO2 자신의 약점이 있습니다. 상대적으로 넓은 밴드 갭(~ 3.20 eV)은 산업 응용 분야의 주요 제한 사항이며, 이는 TiO2 387 nm 미만의 파장의 조사에 의해서만 활성화될 수 있으며 UV 광선에 민감합니다[8,9,10,11]. TiO
그러나 우리가 아는 한 TiO2에 대해 덜 관심을 기울였습니다. CEO가 도핑한 물질2 TBBPA의 광분해를 위해 동시에 PANI에 의해 코팅되었습니다. 이 작품에서 PANI/CeO2 /TiO2 NTA는 CeO2의 우수성을 접목하도록 설계되었습니다. 결함이 있는 TiO2의 PANI NTA. 예상대로 PANI/CeO2 /TiO2 NTA는 순수 TiO2에 비해 매우 향상된 광전분해 활성을 나타냈습니다. NTA, CEO2 /TiO2 NTA 및 PANI/TiO2 NTA. PANI/CeO2의 미세구조 및 형태 /TiO2 NTA는 주사 전자 현미경(SEM) 및 에너지 분산 X선 분광법(EDS)으로 특성화되었습니다. CeO2의 로딩량을 포함하여 분해 효율에 영향을 미치는 몇 가지 요소 /PANI, 어닐링 온도, pH 값 및 구멍 제거제를 조사했습니다. 예비 메커니즘 연구에서는 HO2와 같은 활성 산소 라디칼이 • 및 HO•, PANI, CeO2의 시너지 효과로 형성된 및 TiO2 , TBBPA 제거에 큰 기여를 했습니다.
사용된 모든 원료는 메탄올을 제외한 분석 등급이었고 합성 및 처리 공정의 모든 용액은 탈이온수로 제조되었습니다. 티타늄 필름(순도 99.6%)은 중국 Northwest Institute for Non-ferrous Metal Research에서 구입했습니다. 아닐린은 중국 JinKe Fine Chemical Institute에서 구입했습니다. 이소프로필 알코올은 중국 Tianjin Guangfu Technology Development Co. Ltd.에서 입수했습니다. NaF, H3 PO4 , HCl 및 아세톤은 중국 Beijing Chemical Works에서 입수했습니다. 나2 SO4 , CeCl3 ·7H2 O 및 TBBPA는 중국 Aladdin Chemistry Co. Ltd.에서 구입했습니다. 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC) 메탄올은 스웨덴 Oceanpak Alexative Chemical에서 구입했습니다. 모든 화학 물질은 추가 정제 없이 받은 그대로 사용되었습니다.
Ti 포일은 불순물을 제거하고 경면을 얻기 위해 다른 연마지로 연마되었습니다. TiO2 NTA(20 × 25 × 0.2 mm)는 양극산화법으로 제작하였다. 그런 다음 Ti 호일을 초음파 수조에서 아세톤, 이소프로필 알코올 및 메탄올로 세척했습니다. 세척된 포일은 0.5 M H3 혼합물로 양극 산화 처리되었습니다. PO4 30 분 동안 20 V에서 상대 전극으로 Pt를 사용하는 2전극 전지의 전해질로 0.14 M NaF. 얻어진 호일을 증류수로 헹구고 주변 조건에서 건조시켰다. 머플로에서 500°C에서 2시간 동안 소성한 후 NTA를 얻었다. 결국 NTA는 탈이온수로 세척되고 실온에서 공기 중에서 건조되었습니다.
적절한 세륨 함량이 TiO2에 증착되었습니다. 정전류 방식으로 필름. CEO2 /TiO2 NTA는 소성되지 않은 TiO2를 사용하여 전기화학적 방법으로 3전극 시스템에서 제조되었습니다. NTA를 작업 전극으로, 백금 호일을 상대 전극으로, 포화 칼로멜 전극(SCE)을 기준 전극으로 사용합니다. 도금 용액은 0.025 M CeCl3입니다. 탈이온수에서 [24]. 샘플을 증착 공정 전에 1 시간 동안 도금 용액에 담그었다. 전착전류는 15분 동안 0.3mA로 설정하여 NTA에 증착되는 Ce의 양을 조절하였다. 그런 다음 증착된 필름을 탈이온수로 세척하고 실온에서 건조시켰다. 준비된 샘플을 머플로에서 서로 다른 온도에서 2 시간 동안 어닐링하여 Ce를 CeO2로 전환했습니다. 아나타제 결정을 형성합니다.
PANI/CeO2 /TiO2 NTA는 3전극 시스템에서도 정전류법으로 합성되었습니다. 준비된 CEO2 /TiO2 NTA 전극을 0.5 M Na2 용액에 넣었습니다. SO4 및 0.2 M 아닐린, 0.3 mA의 일정한 양극 전류가 CHI660E 전기화학 워크스테이션에 로드되었습니다. 폴리아닐린 코팅이 CeO2 표면에 부착되었습니다. /TiO2 NTA 기질. PANI의 로딩량은 전도 시간에 의해 제어될 수 있다. 세척 및 건조 후 PANI/CeO2 /TiO2 NTA를 달성했습니다.
샘플의 형태는 5 kV의 가속 전압에서 SU8000 주사 전자 현미경(SEM)으로 특성화되었습니다. 화학조성은 주사전자현미경이 장착된 에너지분산형 X선 검출기(EDAX, America)를 이용하여 구하였다. 결정상은 X선 회절계(XRD, Bruker D8 Advance, Germany)로 조사했습니다.
TBBPA를 모델 화합물로 사용하여 준비된 두 NTA의 광전기촉매(PEC) 활성을 조사했습니다. 10 mg L − 1 의 PEC 분해 TBBPA는 모의 태양광 소스로 광학 필터가 있는 500W 크세논 램프가 있는 3전극 시스템을 사용하는 일반 석영 비이커에서 수행되었습니다. Xe 램프의 광도는 120 mW/cm 2 였습니다. . 또한, 0.05 M Na2 SO4 반응 비커에 지지 전해질로 첨가하였다. PEC 분해 실험 과정에서 매 15분마다 20 마이크로리터의 반응 용액을 빠르게 꺼내어 LC-20AT 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC)에서 분석했습니다. HPLC는 LC-20AT 펌프, 분리 컬럼(Agilent SB-C18, 150 × 4.6 mm, 5 μm) 및 VWD 검출기(SPD-20A)로 구성되었습니다. 이동상은 메탄올과 물로 구성되었습니다(85:15, v /v ), 그리고 유속은 1 ml min − 1 로 설정되었습니다. .
준비된 TiO2의 표면 형태 NTA, CEO2 /TiO2 NTA 및 PANI/CeO2 /TiO2 NTA는 SEM에 의해 검사되었으며 그림 1에 나와 있습니다. 베어 TiO2 NTA는 명확한 미세 구조를 가지며 잘 정돈되고 균일하며 밀도가 높은 TiO2로 구성됩니다. 기공 크기가 90~110 nm이고 벽 두께가 약 5 nm인 나노튜브(그림 1a). CeO2의 전착 후 TiO2에서 NTA, 일부 CEO2 TiO2의 상부 표면에 나노입자가 균일하게 형성됨 NTA(그림 1b). CeO2의 일부가 있어야 한다고 추론할 수 있습니다. 튜브의 NP. 그림 1c는 다공성 및 층상 PANI 필름이 CeO2에 단단히 접착되었음을 보여줍니다. /TiO2 50 ~ 70 nm 범위의 기공 크기와 약 40 nm의 벽 두께로 전착 처리 후 기판. 최적의 양극 전류, 아닐린 농도 및 증착 시간에서 균일한 PANI가 튜브 벽의 상단에서 성장했습니다[25]. 아닐린 단량체의 중합은 CeO2의 벽을 따라 발생했습니다. /TiO2 NTA의 상단 표면에 코팅될 때까지 기공으로 진행합니다. 동시에, 중합은 인접한 튜브 벽 사이에서 발생하여 PANI의 평면 시트의 성장으로 이어졌습니다. Ti, C, N, O, Ce 원소의 존재는 PANI와 CeO2 TiO2에서 수정되었습니다. 영화(그림 1d). 또한 PANI/CeO2의 EDS 결과 /TiO2 NTA에 따르면 N과 Ce의 함량은 각각 약 2.11 at.%와 1.01 at.%였다. 그림 1e는 TiO2 NTA, CeO2의 X선 회절 패턴을 보여줍니다. /TiO2 NTA 및 PANI/CeO2 /TiO2 NTA. 2θ에서 피크 25.5°, 38°, 48° 및 53.3°의 피크는 아나타제상 TiO2의 (110), (103) 및 (105) 회절의 피크였습니다. , 각각. 40.5° 및 56.6°의 피크는 티타늄 기판에 할당됩니다. 2θ의 작은 피크 28.6° 및 33.0°에서 CeO2의 결정상을 나타냅니다. . 그러나 CeO2 사이에는 큰 차이가 발견되지 않았습니다. /TiO2 북미 및 PANI/CeO2 /TiO2 NA는 매우 적은 양의 PANI만 로드되어 XRD 패턴에서 응답이 좋지 않기 때문일 수 있습니다.
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TiO2의 SEM 이미지 NTA(a ), CEO2 /TiO2 NTA(b ), PANI/CeO2 /TiO2 NTA(c ) 및 PANI/CeO2의 EDS 스펙트럼 /TiO2 NTA(d ) 및 TiO2의 XRD 패턴 NTA(A), CEO2 /TiO2 NTA(B) 및 PANI/CeO2 /TiO2 NTA(C)(e )
촉매의 광전촉매 활성을 평가하기 위해 촉매에 따른 TBBPA의 분해율을 측정하였고, 반응 용액은 0.05 mol L - 1 이었다. 나2 SO4 10 mg L − 1 을 포함하는 용액 TBBPA 및 외부 전위는 9.0 V였습니다. 그림 2는 순수 TiO2로 2시간 후 TBBPA의 분해율을 보여줍니다. NTA, CEO2 /TiO2 NTA, PANI/TiO2 NTA 및 PANI/CeO2 /TiO2 NTA. 실험 결과는 PANI/CeO2의 광전기 촉매 효율이 /TiO2 NTA가 가장 높았다. TiO2의 분해 효율 NTA, CEO2 /TiO2 NTA, PANI/TiO2 NTA 및 PANI/CeO2 /TiO2 NTA는 각각 85.34%, 90.33%, 86.78%, 93.98%였습니다. TiO2와 비교 NTA, PANI/CeO2의 분해 효율 /TiO2 NTA는 거의 8.64%까지 크게 증가했으며 이는 CeO2 그리고 PANI는 TiO2의 광전기촉매 용량을 향상시켰습니다. NTA. 이 결과는 보고된 결과와 거의 일치했습니다[26].
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순수한 TiO2에 대한 TBBPA 용액의 광전기 촉매 분해 NTA, CEO2 /TiO2 NTA, PANI/TiO2 NTA 및 PANI/CeO2 /TiO2 NTA. TiO2의 기하학적 표면적 전극은 2.0 × 2.5 cm 2 . TBBPA의 초기 농도:10 mg L − 1 , 부피:50 mL, 전해질:0.05 M Na2 SO4 , 바이어스 전위:9 V
TBBPA의 광촉매 분해에 영향을 미치는 요인을 조사하고 PANI/CeO2의 최적 합성 매개변수를 얻기 위해 일련의 합성 및 분해 실험을 수행했습니다. /TiO2 CeO2를 포함한 3전극 시스템의 NTA 로딩량, PANI 로딩량 및 어닐링 온도.
그림 3a는 서로 다른 CEO2의 효과를 보여줍니다. TiO2의 광전기촉매 성능에 대한 부하량 TBBPA 분해에 대한 필름. 같은 조건에서 CeO2의 양 필름에 대한 증착 시간에 의해 제어되었습니다. 120 분 조명 동안 CeO2 /TiO2 15분의 증착 시간을 갖는 NTA는 가장 높은 광전기 촉매 활성을 나타내는 반면 CeO2 /TiO2 45분의 증착 시간으로 가장 낮은 광전기 촉매 활성을 나타냈다. CEO2 도입 후 , 준비된 모든 CeO2의 광전기촉매 능력 /TiO2 NTA는 베어 TiO2와 비교하여 확실히 향상되었습니다. NTA.
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a의 효과 CEO2 적재량, b PANI 로딩량 및 c 어닐링 온도. TiO2의 기하학적 표면적 전극은 2.0 × 2.5 cm 2 . TBBPA의 초기 농도:10 mg L − 1 , 부피:50 mL, 전해질:0.05 M Na2 SO4 , 바이어스 전위:9 V
보고된 대로 CEO2 광생성 전자와 Ce 4+ 를 포획할 수 있습니다. Ce 3+ 로 감소했습니다. Ce 4+ 의 공존으로 인해 및 Ce 3+ CEO2에서 /TiO2 합성물. 그런 다음 Ce 3+ Ce 4+ 로 다시 산화되는 경향이 있었습니다. 물에 흡착된 산소에 의해 한편, 화학흡착된 산소는 슈퍼옥사이드 라디칼(O2 - ). 따라서 CEO2 광 생성된 전자-정공 쌍 재결합 속도를 어느 정도 변경하여 TBBPA의 광전기 촉매 분해 효율을 향상시켰습니다[27]. 그림 3a에서 볼 수 있듯이 TBBPA의 가장 높은 분해율은 CeO2 증착 시간일 때 93.98%였습니다. 15 분에 도달했습니다. 그러나 증착 시간이 45분까지 증가했을 때 TBBPA의 분해율은 87.96%에 불과했다. 이 사실은 과도한 양의 CeO2 복합재 표면에 코팅된 코팅은 NTA의 활성 부위 중 일부를 차지하거나 전자-정공 쌍의 새로운 재결합 중심으로 작용하여 TBBPA의 분해를 방해합니다.
PANI는 우수한 전도성, 전하 저장 용량 및 산화 환원 능력으로 인해 전기 광학 분야에서 응용되는 중요한 전도성 고분자입니다. 또한, 전기 변색 성능은 가시광선의 흡수와 전자-정공 쌍의 분리를 빠르게 향상시켜 더 많은 광 생성 전자를 유도할 수 있습니다[27, 28]. 그래서 TiO2 장식 PANI를 사용한 NTA는 광전기촉매 성능을 향상시키기 위한 긍정적인 시도입니다. 3전극 시스템에서 최적의 PANI 로딩량을 알아보기 위해 일련의 분해 실험을 수행하였고, 그 결과를 Fig. 3b에 나타내었다. 필름 상의 PANI의 양은 최적의 고정화 조건에서 전착 시간에 의해 제어되었다. 그 결과 TBBPA의 분해율은 처음에는 전착시간이 증가함에 따라 증가하다가 15분 후에 감소하는 것으로 나타났다. CEO2 /TiO2 15분 동안 PANI로 코팅된 NTA는 TBBPA에 대해 가장 높은 광전기 촉매 분해 효율을 나타냈다. 분해 속도의 곡선 경향은 PANI의 존재가 TiO2의 광전기 촉매 성능을 향상시킬 수 있음을 시사했습니다. 시뮬레이션된 태양광 조사에서 NTA 및 NTA에 코팅된 과도한 양의 PANI는 NTA의 조사 흡광도를 억제하고 TiO2의 TBBPA와의 양호한 접촉에 영향을 미칩니다. . 따라서 다음 실험에서는 가장 높은 광사용률을 유지할 수 있는 TBBPA를 15분 동안 전착하는 방법을 적용하였다.
어닐링 온도는 나노 물질 합성에서 중요한 요소 중 하나이며, 이는 물질의 결정상을 쉽게 변화시키고 광전 촉매 활성을 큰 차이로 변경할 수 있습니다. 게다가, 열처리 후, Ce 이온은 CeO2로 산화됩니다. , 이는 또한 촉매 반응에 긍정적인 기여를 할 것입니다. 그림 3c는 PANI/CeO2의 광전촉매 성능을 보여줍니다. /TiO2 다른 어닐링 온도에서 TBBPA에 대한 NTA. Annealing 온도가 200°C에서 500°C로 증가할 때 TBBPA의 분해 효율이 증가함을 알 수 있다. 아나타제 TiO2 다른 상(비정질 및 금홍석)보다 더 높은 광촉매 활성을 나타냈다. 그림 3c는 TiO2 어닐링 온도가 200 °C일 때 주로 비정질이었고, 비정질 TiO2 어닐링 온도가 500 ° C 일 때 점차적으로 아나타제로 전환 될 수 있으며 이는 TBBPA의 분해 효율 증가를 설명합니다. 보고된 바와 같이 어닐링 온도가 600 °C에 도달했을 때 Rutile 상이 나타났고 분해 효율이 약간 감소했습니다[29].
pH 값은 유기 화합물의 이온화 상태, 촉매의 표면 특성 및 반응 매트릭스를 변경합니다. 용액의 pH는 하이드록실 라디칼의 형성 속도 및 오염 물질 분해를 담당하는 기타 활성 산소 종의 형성 속도에 영향을 줄 수 있다고 믿어집니다. 초기 pH 값이 분해 효율에 미치는 영향은 그림 4에 나와 있습니다. 92.96% TBBPA가 pH 3에서 모의 태양광 조사에서 120분 후에 광전분해되는 것으로 나타났습니다. 알칼리 조건은 산성 상태. 광생성 전자-정공 쌍은 PANI/CeO2에서 생성되었습니다. /TiO2 세륨의 환원 및 산화 및 •O2 형성으로 이어지는 모의 태양 조사 하에서 NTA 시트 - . •O2 - H + 로 반응할 수 있을 뿐만 아니라 그런 다음 HO2를 생성합니다. • 및 •OH, 두 종류의 강력한 산화 및 반응성 종이지만 TBBPA와 직접 반응하기도 합니다. 동시에 PANI는 산성 용액에서 촉매 활성이 더 높다고 보고되어 있다. 결과적으로 낮은 pH 값은 HO2 형성에 유리합니다. • 및 •OH, 높은 pH 값은 HO2 생성을 억제할 수 있습니다. • 및 •OH, 광전촉매 분해 효율 감소
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모의 일광 조사에서 광전기 촉매 과정에서 TBBPA 분해 효율에 대한 다양한 pH의 영향. TiO2의 기하학적 표면적 전극은 2.0 × 2.5 cm 2 . TBBPA의 초기 농도:10 mg L − 1 , 부피:50 mL, 전해질:0.05 M Na2 SO4 , 바이어스 전위:9 V
광전기촉매 분해 과정에서 전자와 전자-정공 쌍의 재결합은 TBBPA의 촉매 성능에 상당한 영향을 미쳤다. 구멍 제거제가 TiO2의 분해 능력을 향상시킬 수 있다고 보고되었습니다. 촉매 물질 [30, 31]. 일반적으로 전자와 전자-정공 쌍의 재결합을 억제하고 더 높은 광전기촉매 활성을 달성하기 위해 정공 제거제를 첨가하는 것이 유리합니다. PANI/CeO2와 비교 /TiO2 NTA, 4가지 다른 구멍 제거제(메탄올, 에탄올, 이소프로판올 및 아세톤)를 조사했으며 그 결과를 그림 5a에 나타내었습니다. 에탄올의 존재는 TBBPA의 가장 높은 분해 효율(96.32%)을 초래했지만, 다른 구멍 제거제(이소프로판올 및 아세톤)를 사용한 TBBPA의 분해 효율은 블랭크 대조군에 비해 효율을 약간 감소시켰다. 또한 메탄올은 TBBPA의 분해에 영향을 미치지 않았다. 분해 속도 상수가 0.0283 min − 1 으로 증가했기 때문에 PANI/CeO2와 함께 /TiO2 및 에탄올, TBBPA의 광전기촉매 분해에 대한 에탄올 농도의 영향이 최적화되었습니다. 결과는 그림 5b에 나와 있습니다. 분해 효율은 에탄올 농도가 10 mmol L - 1 일 때 최대값에 도달했습니다. , 효율성은 에탄올 농도가 증가함에 따라 점차 감소했습니다. 에탄올을 첨가하면 정공의 일부가 제거되고 광 생성된 전자-정공 쌍의 재결합 속도가 감소하여 PANI/CeO2의 광전기 촉매 활성이 크게 향상됨을 나타냅니다. /TiO2 NTA.
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다양한 구멍 제거제의 효과(a ) 및 에탄올 양(b ) TBBPA 분해의 역학. TiO2의 기하학적 표면적 전극은 2.0 × 2.5 cm 2 . TBBPA의 초기 농도:10 mg L − 1 , 부피:50 mL, 전해질:0.05 M Na2 SO4 , 바이어스 전위:9 V, pH:3
모의 태양 조사 하에서 위 반응의 동역학을 연구하고 그 결과를 그림 5에 표시했습니다. 1차 운동 방정식과 좋은 선형 관계가 달성되었음을 알 수 있으며 이러한 열화 실험의 선형 상관 계수는 다음과 같습니다. 0.9959~0.9982의 범위는 TBBPA 분해 반응이 1차 동역학을 따른다는 것을 분명히 증명했습니다. 또한, 운동상수는 부화제 양의 영향을 정확히 나타내었다. 따라서 10 mmol L − 1 TBBPA 분해를 향상시키기 위해 용액에 에탄올을 첨가했습니다.
그림 6은 PANI/CeO2를 사용하여 TBBPA 분해를 10회 반복했을 때의 분해 효율을 보여줍니다. /TiO2 최적의 조건에서 에탄올과 NTA. 결과는 10개 실험의 분해 효율이 매우 근접하여(<3%) 준비된 재료가 우수한 안정성을 가지고 있음을 나타냅니다. 그 결과, PANI/CeO2 /TiO2 NTA는 TBBPA로의 광전기촉매 분해에서 여러 번 재사용될 수 있으며 92%의 높은 수준의 분해율을 갖는 효율적인 촉매가 될 수 있습니다.
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EC-PANI/TiO2 재사용성 테스트 최적의 조건에서의 NTA
위의 실험에서 배운 CEO2 PANI/TiO2 표면에 증착된 나노 입자 NTA는 TBBPA의 분해 효율을 크게 향상시키는 것으로 입증되었습니다. 유기오염물질의 광전기촉매 산화는 주로 TiO2 내부에서 광발생된 전자와 정공의 생성, 이동 및 소비에 기인하는 것으로 알려져 있다. 촉매 물질 [32, 33]. TBBPA, PANI/CeO2에 대한 광전기촉매 분해 실험에서 /TiO2 NTA는 시뮬레이션된 태양광에 의해 조사되었고 TiO2의 활성화에 기인한 광생성 전자와 정공을 생성했습니다. 그리고 CEO2 광자 에너지를 받아들임으로써(식 (1) 및 (2)). 생성된 전자의 일부는 TiO2의 두 전도대(CB)에서 전달되었습니다. 그리고 CEO2 파니에게. TiO2에 코팅된 PANI NTA는 흡수 파장 범위를 확장하고 전하를 빠르게 분리하며 전자와 정공의 재결합을 억제하는 중요한 역할을 합니다[34]. 전자의 다른 부분은 CeO2에 흡수되었습니다. 입자, 그 다음 Ce 4+ CEO2 이온 Ce 3+ 으로 감소했습니다. , O2와 반응할 수 있음 슈퍼옥사이드 라디칼 이온 생성(•O 2 - ) (식 (3) 및 (5)). 동시에 전자는 O2를 직접 감소시킬 수 있습니다. 형성하다 •O 2 - 이것은 반응성이 매우 높은 이온 라디칼이며 많은 수산기 라디칼(HO•)과 히드로퍼옥시 라디칼(HO2 •) (식 (4), (8), (9)). 반면에 광생성 구멍(h + )는 H2와 반응할 수 있습니다. O 및 OH − HO• 및 H + 생성 , 이는 반응 (8) 및 (9)에서 사용될 수 있습니다. 마지막으로 HO2 • 및 HO•는 PEC 분해 절차에서 주요 활성 종으로 간주되었으며 h + TBBPA 또는 매개 생성물과 직접 반응하여 분해 과정이 완료되었습니다(식 (10)). 따라서 PANI/TiO2에 의한 TBBPA의 광전기촉매 분해에 대한 가능한 메커니즘 전극은 다음과 같이 표현할 수 있습니다.
$$ {\mathrm{TiO}}_2+ hv\to {\mathrm{TiO}}_2+\left({e}^{-}+{h}^{+}\right) $$ (1) $$ { \mathrm{CeO}}_2+ hv\to {\mathrm{CeO}}_2+\left({e}^{-}+{h}^{+}\right) $$ (2) $$ {\mathrm{ Ce}}^{4+}+{e}^{-}\to {\mathrm{Ce}}^{3+} $$ (3) $$ {\mathrm{O}}_2+{e}^{ -}\to \bullet {{\mathrm{O}}_2}^{-} $$ (4) $$ {\mathrm{Ce}}^{3+}+{\mathrm{O}}_2\to \bullet {{\mathrm{O}}_2}^{-}+{\mathrm{Ce}}^{4+} $$ (5) $$ {h}^{+}+{\mathrm{H} }_2\mathrm{O}\to \mathrm{HO}\bullet +{\mathrm{H}}^{+} $$ (6) $$ {h}^{+}+{\mathrm{OH}} ^{-}\to \mathrm{HO}\bullet $$ (7) $$ {\mathrm{H}}^{+}+\bullet {{\mathrm{O}}_2}^{-}\to {\mathrm{H}\mathrm{O}}_2\bullet $$ (8) $$ 4{\mathrm{H}}^{+}+\bullet {{\mathrm{O}}_2}^{- }\to 2\mathrm{HO}\bullet $$ (9) $$ {\mathrm{HO}}_2\bullet \mathrm{or}\ \mathrm{HO}\bullet \mathrm{or}\ {h} ^{+}+\mathrm{TBBPA}\to \mathrm{열화}\ \mathrm{제품} $$ (10)한마디로 PANI/CeO2 /TiO2 NTA는 좋은 광전촉매이며, 그림 7과 같이 가능한 열화 영향 요인을 최적화하고 열화 메커니즘을 설명했습니다.
Degradation mechanism of TBBPA on PANI/CeO2 /TiO2 NTAs under simulated sunlight
PANI/CeO2 /TiO2 NTAs were simply synthesized by an electrochemical method. PANI/CeO2 /TiO2 NTAs exhibited extraordinary photoelectrocatalytic activity for the degradation of TBBPA with the assistance of ethanol. Under the optimum conditions, the degradation rate of TBBPA was higher than 92% in 120 min. The synergetic effect of PANI, CeO2 및 TiO2 played a crucial role to increase the active free radicals, reduce the recombination rate of photogenerated electron-hole pairs, and enhance the catalytic performance. The degradation reaction followed the first-order kinetics. PANI/CeO2 /TiO2 NTAs earned good reusability and stability. These results indicated that PANI/CeO2 /TiO2 NTAs would be a promising catalyst for effective removal of TBBPA and some other organic pollutants.
Brominated flame retardants
전도대
에너지 분산 X선 분광기
Hydroperoxy radical
고성능 액체 크로마토그래피
Polyaniline and CeO2 co-decorated TiO2 nanotube arrays
Photoelectrocatalytic
주사전자현미경
Tetrabromobisphenol A
나노물질
초록 본 연구에서는 고압증기멸균기에서 아미드화 반응을 통해 아미노 하이퍼브랜치 폴리머(HBP)-그라프트된 폴리아크릴로니트릴(PAN) 섬유를 제조하였다. 준비된 PAN-G-HBP 섬유는 Ag+를 복합화할 수 있습니다. 아미노 HBP의 아미노 그룹을 통해, 그리고 뜨거운 증기 조건에서 Ag+ HBP의 환원성을 통해 Ag0로 전환될 수 있습니다. PAN-G-HBP 및 Ag 나노입자(NPs) 코팅된 섬유는 FTIR, UV-VIS DRS, FE-SEM, EDS, XPS 및 항균 측정을 통해 특성화되었습니다. FTIR 결과 HBP가 PAN
초록 질소(N) 및 탄소 질화물(C3 N4 ) 도핑된 TiO2 공동 침전 경로를 사용하여 나노 구조를 제조했습니다. 고정량의 N 및 다양한 농도(0.1, 0.2, 0.3wt%)의 C3 N4 TiO2에 도핑되었습니다. 격자. 여러 기술을 통해 샘플의 구조적, 화학적, 광학적 및 형태학적 특성을 철저히 조사했습니다. XRD 결과 검증된 아나타제 TiO2 N의 치환 도핑을 따라 존재하는 반면, 도핑 후에는 더 높은 정도의 결정화도와 증가된 결정자 크기가 관찰되었습니다. HR-TEM 연구에서 2차원(2D) C3에 통합된 나노구조의 형성이
