Мезопористый диоксид титана, допированный диспрозием, как эффективный адсорбент некоторых органических поллютантов

Abstract

Исследование адсорбционных свойств диоксида титана (TiO2) является актуальной задачей, поскольку он обладает рядом преимуществ по сравнению с другими адсорбентами, такими как широкая доступность, низкие стоимость и токсичность. Целью работы являлось исследование влияния допанта диспрозия на адсорбционные свойства мезопористого диоксида титана. Были получены три образца диоксида титана, допированные различным количеством диспрозия – 2.2, 9.5 и 17.9 масс.% – Dy(2.2)/TiO2 Dy(9.5)/TiO2 и Dy(17.9)/TiO2. Наличие диспрозия в структуре TiO2 было подтверждено методом рентгеноспектрального микроанализа (РСМА). Текстурные характеристики полученных материалов были определены методом низкотемпературной адсорбции-десорбции азота. Для изучения структуры полученных материалов использовали рентгенофазовый анализ (РФА). Адсорбционные свойства материалов изучали на примере адсорбции метилового оранжевого, ализаринового красного С, бензола и м-, о-ксилолов из их водных растворов. На дифрактограммах допированных образцов не обнаружены ярко выраженные характерные рефлексы для фазы Dy2O3, что может говорить о статистическом расположении Dy3+ в междоузлиях или на поверхности кристаллитов TiO2. Размер кристаллитов у допированных образцов уменьшился по сравнению с размером для недопированного TiO2. Все изотермы характеризуются наличием петель гистерезиса, что является характерным признаком изотерм IV типа Ленгмюра и указывает на то, что все синтезированные образцы являются мезопористыми материалами. Удельная поверхность допированных образцов увеличивается по сравнению с недопированным TiO2. Показано, что при допировании диспрозием улучшаются адсорбционные характеристики всех исследуемых образцов. Для ализарина красного С, бензола, м- и о-ксилолов самую высокую адсорбционную активность проявляет образец Dy(2.2)/TiO2, концентрация м- и о-ксилолов в растворе после 2.5 часов уменьшилась на 79.2 и 78% соответственно, бензола на 94%; ализарин красный С адсорбировался полностью уже через 1.5 часа. Наибольшую адсорбционную активность к метиловому оранжевому проявляют образцы мезопористого диоксида титана, допированного 9.5% и 17.9% диспрозия.