Телефон: 8-800-350-22-65
WhatsApp: 8-800-350-22-65
Telegram: sibac
Прием заявок круглосуточно
График работы офиса: с 9.00 до 18.00 Нск (5.00 - 14.00 Мск)

Статья опубликована в рамках: XXXVIII Международной научно-практической конференции «Научное сообщество студентов XXI столетия. ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ» (Россия, г. Новосибирск, 09 февраля 2016 г.)

Наука: Химия

Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции

Библиографическое описание:
Кокшарова Л.А., Бутин В.А. ФОТОКАТАЛИТИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ МАРГАНЕЦСОДЕРЖАЩИХ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ НИОБАТОВ ВИСМУТА // Научное сообщество студентов XXI столетия. ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ: сб. ст. по мат. XXXVIII междунар. студ. науч.-практ. конф. № 2(37). URL: http://sibac.info/archive/nature/2(37).pdf (дата обращения: 28.03.2024)
Проголосовать за статью
Конференция завершена
Эта статья набрала 8 голосов
Дипломы участников
Диплом лауреата
отправлен участнику

ФОТОКАТАЛИТИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ МАРГАНЕЦСОДЕРЖАЩИХ
ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ НИОБАТОВ ВИСМУТА

Кокшарова Людмила Алексеевна

студент 4 курса, кафедры химии Сыктывкарского государственного университета, РФ, г. Сыктывкар

E-mail:

Бутин Вадим Андреевич

студент 1 курса магистратуры, кафедры химии Сыктывкарского государственного университета, РФ, г. Сыктывкар

E-mail: vadimbutin220@gmail.com

 

Представлены результаты исследования фотокаталитеской активности твердых растворов BiNb1-xMnxO4-d, Bi5Nb3(1-x)Mn3xO15-d. Фотокаталитическая активность синтезированных порошков оценена по разложению раствора красителя метилового фиолетового при воздействии излучения ультрафиолетовой лампы (TUV PL-S 11W/2P 1CT) (λ=253,7 нм).

Важное место в ряду оксидных материалов занимают системы на основе сложных ниобатов висмута, кристаллизующихся в широком спектре структурных типов, таких как фазы Ауривиллиуса, пирохлор, флюоритоподобные структуры. Благодаря полезным электрофизическим и каталитическим свойствам, низкой температуре синтеза керамических материалов, многие перовскитоподобные ниобаты висмута используются в качестве сегнето-и пьезоэлектриков, ионных проводников, материалов для нелинейной оптики и лазерной техники, катализаторов в фотокаталитической реакции разложения воды [1-3].

В данной работе исследованы фотокаталитические свойства марганецсодержащих твердых растворов ниобатов висмута BiNbO4, Bi5NbO15.

Образцы твердых растворов синтезированы на воздухе по стандартной керамической технологии из смеси стехиометрических количеств оксидов висмута (III), ниобия (V) и марганца (IV) при температуре 650˚С,950˚С. Фазовый состав керамических образцов контролировали методами рентгенофазового анализа (ДРОН-4-13, в  фильтрованном Сu-излучении) и сканирующей электронной микроскопии (электронный микроскоп JSM-6400).

Фотокаталитическая активность синтезированных порошков оценена по разложению раствора красителя метилового фиолетового при воздействии излучения ультрафиолетовой лампы (λ=253,7 нм)[4,5]. Для проведения реакции фоторазложения навеску образца 0,25 г поместили в химический стакан, содержащий 20 см3 раствора метилового фиолетового (МФ), с(МФ) = 10-3 моль/дм3. Далее реакционную смесь облучали ультрафиолетовым излучением в течение 60-90 мин., при постоянном перемешивании. Для каждого состава ниобата висмута проведено по два параллельных измерения с целью оценки вклада адсорбции красителя поверхностью порошка в ослабление светопоглощения суспензии, в связи с этим одну пробу помещали под лампу,  другую - в темноту. Для измерения степени разложения красителя через каждые 10 мин. отбирали аликвотную часть раствора и измеряли его оптическую плотность при длине волны λ = 590 нм (КФК-3), соответствующей максимуму поглощения красителя метилового фиолетового (pH=6,7) в кюветах с толщиной поглощающего слоя 0,5 см. Экспериментальные данные в виде кривых представлены на рисунке 1.

В результате обработки экспериментальных данных построены кинетические кривые (рис.1-2).

а

б

Рисунок 1 – Кинетические кривые окисления метилового фиолетового в присутствии фотокатализатора - а) BiNbO4,б) BiNb1-xMnxO4-d (x=0,04 нт)

 

а

б

Рисунок 2 – Кинетические кривые окисления метилового фиолетового в присутствии фотокатализатора : а) Bi5Nb3O15,б) Bi5Nb3(1-x)Mn3xO15-d(х=0,04)

 

Фотокаталитическую активность твердых растворов ниобатов висмута оценили путем сравнения констант скорости первого порядка (таблица 1). В результате установлено, что твердые растворы обладают большей фотокаталитической активностью по сравнению с ниобатами висмута.

 

Таблица 1.

Константы скорости реакции разложения метилового фиолетового в присутствии  BiNb1-xMnxO4-d  и Bi5Nb3(1-x)Mn3xO15-d

Порядок реакции, n

Константа скорости реакции разложения метилового фиолетового в присутствии фотокатализатора BiNb1-xMnxO4-d

n=1

х=0,04

k1,моль/с·дм3

8,14·10-6

 

 

Константа скорости реакции разложения метилового фиолетового в присутствии фотокатализатора Bi5Nb3(1-x)Mn3xO15-d

n=1

х=0,04

k2,моль/с·дм3

1,29·10-5

 

 

Исследована фотокаталитическая активность образцов твердых растворов Bi5Nb3(1-x)Mn3xO15-d(х=0,04 и 0,08 нт) по отношению к индикатору метиловому фиолетовому. Получены зависимости изменения оптической плотности раствора индикатора с катализатором от времени воздействия облучения (рис. 3).

а

б

Рисунок 3 – Зависимость оптической плотности раствора метилового фиолетового от времени контакта с катализатором: а) при облучении его ультрафиолетом, б) в отсутствии облучения (в темноте)

 

Для изучаемой системы обнаружено совместное действие фотоокисления (рисунок 3а) и адсорбции поверхностью порошка фотокатализатора (рисунок 3б). Несколько выше фотоактивность в отношении метилового фиолетового для Bi5Nb3(1-x)Mn3xO15-d (х=0,04 нт). Степень окисления метилового фиолетового в присутствии Bi5Nb3(1-x)Mn3xO15-d (х=0,04 нт) за равный промежуток времени различна: за 60 минут концентрация метилового фиолетового уменьшилась на 46 %, а в присутствии Bi5Nb3(1-x)Mn3xO15-d(х=0,08 нт) 40 %. По-видимому, каталитические свойства ниобата висмута при замещении атомов ниобия атомами марганца усиливаются, поскольку незамещенный ниобат висмута практически не проявляет фотоактивность по отношению к метиловому фиолетовому.

Таким образом, марганецсодержащие твердые растворы ниобатов висмута обладают повышенной фотокаталитической активностью по сравнению с незамещенными ниобатами висмута.

Проведена оценка порядка и расчет констант скорости реакции разложения красителя для твердых растворов с различным содержанием марганца (таблица 2).

 

Таблица 2.

Константы скорости реакции разложения метилового фиолетового в присутствии  BiNb1-xMnxO4-d  и Bi5Nb3(1-x)Mn3xO15-d

Порядок реакции n

Константа скорости реакции твердых растворов BiNb1-xMnxO4-d с метиловым фиолетовым

n=1

х=0,04

х=0,08

k1,моль/с·дм3

8,14·10-6

 

7,80·10-6

 

 

Константа скорости твердых растворов Bi5Nb3(1-x)Mn3xO15-d с метиловым фиолетовым

n=1

х=0,04

х=0,08

k2,моль/с·дм3

1,29·10-5

 

1,08·10-5

 

 

Вывод

Замещение атомов ниобия в ниобатах висмута атомами марганца  приводит к увеличению фотокаталитической активности. Установлено, что реакция разложения красителя в присутствии образцов твердых растворов относится к реакциям первого порядка. Константа скорости реакции фотокаталитического окисления для BiNb1-xMnxO4-d составляет 8,14·10-6 (моль/с·дм3), для Bi5Nb3(1-x)Mn3xO15-d – k = 1,29·10-5 (моль/с·дм3).

 

Список литературы:

  1. Карапетьянц М. Х., Дракин С. И. Строение вещества. Учеб. пособие для вузов. Изд. 3-е, перераб. и доп.– М.: «Высшая школа», 1978. – 304 с.
  2. Киселев Ю.М.   Химия координационных соединений: учеб. пособие для студ. высш. проф. учеб. заведений /Ю. М. Киселев, Н.А. Добрынина. – М.: Издательский центр «Академия», 2007. − 352 с.
  3. Яновский В.К., Воронкова В.И. Структура, полиморфизм и сегнетоэлектрические свойства смешанных слоистых висмутсодержащих соединений.- Изв. АН. СССР. Неорг. мат., 1986. - Т.22. №12. С.2029-2033.
  4. Hai-Fa Zhai, Ai-Dong Li, Ji-Zhou Kong, Xue-Fei Li, Jie Zhao. Preparation andvisible-light photocatalytic properties of BiNbO4 and BiTaO4 byacitratemethod.// J. of Sol. St. Chem. 202(2013)6–14.
  5. Jie Zhao, Binghua Yaob, Qiang Hec, Ting Zhang. Preparation and properties of visible light responsive Y3+ doped Bi5Nb3O15 photocatalysts for Ornidazole decomposition.// J. of Hazardous Materials 229– 230 (2012) 151– 158.
Проголосовать за статью
Конференция завершена
Эта статья набрала 8 голосов
Дипломы участников
Диплом лауреата
отправлен участнику

Оставить комментарий

Форма обратной связи о взаимодействии с сайтом
CAPTCHA
Этот вопрос задается для того, чтобы выяснить, являетесь ли Вы человеком или представляете из себя автоматическую спам-рассылку.