Design of Low Temperature Hybrid TiO2 - Cyanuric acid nanocomposites - Application in the photodegradation of organic pollutants in water
Date
2019
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Imam Abdulrahman Bin Faisal University
Abstract
the modification of Ti02 by cyanuric acid main reservoir of nitrogen opens the way to new hybrid nanomaterials with interesting photocatalytic activity. Indeed, this work can be summed up in two main objectives. The first concerns the development of titanium dioxide nanohybrid materials decorated with cyanuric acid and obtained at low temperature thanks to the use of growth catalyst. The second objective is to evaluate these different nanomaterials in the photodegradation of formic acid under UV irradiation and methyl orange under visible light. Thus, elaboration parameters have been varied in order to understand the behavior of each nanomaterial towards the photodegradation of formic acid and methyl 2OTi-Interesting textural and structural properties of cyanuric acidorange. nanohybrid materials have been noted. BET analysis shows high surface area. X-ray and Raman spectroscopy show successful formation of anatase phase at low temperature without performing any post-thermal treatment. This finding, open-up new routes for nanohybrid materials. The photoluminescence analysis shows clearly the benefit effect of nitrogen . 2quenching. IR analysis shows CA grafting onto TiOPL and results in which are ascribed 1 -and 1400 cm1 -cm815 We observed elongations at to triazine and C- N in conjugated molecule. However, UV-visible in reflectance mode showed unexpected shift of band gaps to higher energy absence of values. This is surprising result. and can be explained by the tion roducIn addition, the p. 2nitrogen insertion in the lattice of TiOmethod and the content of functionalized cyanuric acid (CA) have been investigated, thus leading to the development of nanomaterials revealing interesting photocatalytic properties, compared to their undoped counterparts. Thus, a content of 5% by mass of functionalized CA leads to a maximum activity. These results also showed that the maximum photocatalytic activity is reached for a content corresponding to a hybrid maximum recovery by formic acid monolayer on the surface of etween the textural properties, the structural ion b. Thus, a correlat2TiOvisible and IR) and the -Raman, photoluminescence, UVray, -(Xproperties degradation rate constant of FA has been established using Langmuir-by cyanuric acid 2 TiOmodification of Hinshelwood model. Indeed, the positively influence their intrinsic performance photodegradation of in the formic acid. The addition of CA stabilizes the holes and facilitates the transfer of photogenerated electrons leading to better charge separation. Thus, the photocatalytic activity is significantly improved by limiting the recombination probability of the photogenerated electron-hole pairs.
nanohybrids were explored for the 2 TiO-Finally, cyanuricphotodegradation of methyl orange (MO) under visible light in presence of excess of diluted oxygen peroxide. Our results show a pseudo-first order rate degradation of MO molecules. Again, the photocatalytic activity is significantly improved in presence of 5wt% cyanuric acid.
Description
تعديل ثاني أكسيد التيتانيوم 2TiO بواسطةحمض السيانوريك )المخزن الرئيسي للنتروجين( فتح الطريق لمواد نانونية هجينة ذات خصائص جديدة وتتمتع بنشاط حفز ضوئي مميز. في واقع الأمر يمكن تلخيص عملنا في هدفين رئيسيين : الأول : يتعلق بتطوير مركبات 2TiO الهجينة والمصممة بواسطة حمض السيانوريك والتي تم تخليقها عند درجة حرارة منخفضة وذلك بفضل استخدام حفاز نمو . والثاني: تقييم هذه المركبات النانونية وقياس فاعليتها في التحلل الضوئي لحمض الفورميك تحت الأشعة فوق البنفسجية والميثيل البرتقالي تحت الأشعة المرئية. وبالتالي فإنه قم تم تغيير عوامل الإعداد وذلك بغية تحقيق فهم أفضل لسلوك كلاً من هذه المركبات الهجينة تجاه التحلل الضوئي لحمض الفورميك والميثيل البرتقالي . وقد لوحظت العديد من الخواص الهيكلية والتركيبية المميزة للمركبات النانوية الهجينة ) 2TiO وحمض السيانوريك (. أظهرت النتائج أن هذه المواد النانونية تتمتع بمساحة سطح محددة كبيرة ، أما مطيافية حيود الأشعة السينية والرامان فقد أظهرتا تكون طور الأناتيس بنجاح عند درجة حرارة منخفضة دون اجراء أي نوع من المعالجة الحرارية ، هذه النتيجة فتحت طرق جديدة للمواد النانونية الهجينة. كما أشارت نتيجة مطياف التألق الضوئي بوضوح فائدة النيتروجين في استخماد التألق وأظهر تحليل طيف الأشعة تحت الحمراء تطعيم 2TiO بحمض السيانوريك حيث لوحظت استطالة عند 1 - cm 815 و 1 - cm 1400 والتي يمكن نسبها إلى التريازين و C-N في النظام المترافق. كما أظهرت مطيافية الأشعة فوق البنفسجية المرئية في وضع الانعكاس تحولاً غير متوقع في قيم - فجوة الطاقة إلى قيم طاقة أعلى ، وهو ما يشكل نتيجة غير متوقعة بتاتاً حيث فسرنا ذلك أنه بسبب عدم دخول النيتروجين في شبكية 2TiO . علاوةً على ذلك أدت دراسة طريقة الإنتاج ومحتوى حمض السيانوريك إلى تطوير مواد نانوية جديدة تتمتع بخصائص تحفيز ضوئي مثيرة للاهتمام مقارنة بنظيراتها الغير مطعمة ، ومن هنا يمكننا القول بأن الحفاز المحتوي على نسبة 5 من حمض السيانوريك كان الأكثر نشاطا.ً كما أشارت النتائج بوضوح إلى أنه تم الوصول إلى الحد الأقصى من نشاط الحفز الضوئي والمتمثل في امتزاز طبقة أحادية كاملة من حمض الفورميك على سطح المحفز . وهكذا فإنه تم انشاء علاقة بين الخواص التركيبية ،الهيكلية ) حيود الأشعة السينية، الرامان، التألق الضوئي، مطياف الأشعة فوق البنفسجية المرئية، وطيف - الأشعة تحت الحمراء( وثابت معدل التفكك لحمض الفورميك وتوصيفها بنموذج Langmuir-Hinshelwood . في واقع الأمر فإن تعديل جزيئات 2TiO بواسطة حمض السيانوريك أثر بشكل إيجابي على أدائها الجوهري في التفكك الضوئي لحمض الفورميك، حيث عملت إضافة حمض السيانوريك على تثبيت الثقوب وتسهيل نقل الالكترونات المتولدة ضوئيا مما زاد من كفاءة فصل الشحنات وتحسين نشاط الحفز الضوئي بشكل كبير وذلك بالحد من سرعة اتحاد أزواج )الالكترون الثقب( المتولدة ضوئي ا . أخيراً، قمنا باستكشاف كفاءة هذه المركبات النانونية الهجينة في التفكك الضوئي للميثيل البرتقالي تحت الأشعة المرئية في وجود فائض من بيروكسيد الهيدروجين المخفف. نتائجنا أظهرت أن التفكك الضوئي للميثيل البرتقالي هو من تفاعلات الرتبة الأولى. ومرة أخرى نود أن نشير أن نشاط الحفز الضوئي قم تم تحسينه بصورة كبيرة في وجود حمض السيانوريك بنسبة 5 .%
Keywords
PHOTOCATALYSIS, TITANIUM DIOXIDE, PHYSICOCHEMICAL, PHYSISORPTION OF NITROGEN, ISOTHERMSAND HYSTERESIS, X-RAY, RAMAN SPECTROSCOPY, MICROSCOPY