×
20.09.2015
216.013.7b9a

Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕРМОСТАБИЛЬНОГО ФОТОКАТАЛИЗАТОРА НА ОСНОВЕ ДИОКСИДА ТИТАНА

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к способу получения термостабильного фотокатализатора на основе диоксида титана. Данный способ включает осаждение гидроксида титана из водного раствора его неорганической соли, отделение, отмывку, растворение в перекиси водорода, установление требуемого pH раствора, осаждение гидратированного диоксида титана из раствора пероксокомплекса, отмывку, сушку, термическую обработку. При этом гидратированный диоксид титана осаждают из водного раствора пероксокомплекса титана этиловым спиртом или ацетоном. Предлагаемый способ позволяет получать фотокатализаторы на основе недопированного диоксида титана, обладающие термической стабильностью фазы анатаза, а также высокой фотокаталитической активностью в реакциях разложения органических красителей. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл., 2 пр.

Изобретение относится к золь-гель технологии получения фотокатализаторов на основе оксидов металлов, в частности диоксида титана, и может быть использовано в химической технологии, органическом синтезе, для обезвреживания органических загрязнителей в жидкой фазе.

Известны способы синтеза фотокатализаторов на основе диоксида титана из неорганических прекурсоров (патент №2408427; Korean Patent Publication No. 2000-0039147; патент №2508938). Недостатком данных материалов является низкая термическая стабильность (до 600-700°C) каталитически активной фазы диоксида титана - анатаза, что не позволяет их применять для получения самоочищающейся керамики.

Известен и широко применяется фотокатализатор на основе диоксида титана Evonik Р25 (Evonik Ind. Aeroxide TiO2 P25). Его главным недостатком является низкая термическая стабильность наиболее каталитически активной фазы TiO2 - анатаз.

Известны способы получения термостабильных фотокатализаторов на основе допированного диоксида титана (J. Choi, H. Park, M.R. Hoffmann. Effect of single-metal ion doping on the visible-light photoreactivity of TiO2. J. Phys. Chem. C, 114 (2010) 783-792). Однако широкому распространению данного способа препятствуют низкая активность получаемых фотокатализаторов, вызванная присутствием допирующих веществ.

Известен способ увеличения термической стабильности фотокатализаторов на основе недопированного диоксида титана фазы анатаз до 800°C (P. Periyat, S.C. Pillai, D.E. McCormack, J. Colreavy, S.J. Hinder. Improved High-Temperature Stability and Sun-Light-Driven Photocatalytic Activity of Sulfur-Doped Anatase TiO2. J. Phys. Chem. С 112 (2008) 7644-7652). Метод заключается в стабилизации фазы анатаза за счет присутствия сульфат-ионов. Синтез осуществляется золь-гель методом из изопропоксида титана и серной кислоты. Недостатком данного метода является применение токсичных и нестабильных прекурсоров для синтеза диоксида титана и фазовый переход анатаза в фазу рутила при температурах выше 900°C.

Известен способ увеличения термической стабильности фотокатализаторов на основе недопированного диоксида титана фазы анатаз до 900°C (S.C. Padmanabhan, S.C. Pillai, J. Colreavy, S. Balakrishnan, D.E. McCormack, T.S. Perova, Y. Gun′ko, S.J. Hinder, J.M. Kelly. A simple sol-gel processing for the development of high-temperature stable photoactive anatase titania. Chem. Mater. 19 (2007) 4474-4481), включающий золь-гель синтез гидратированного оксида титана из тетраизопропоксида титана в присутствии трифторуксусной кислоты, сушки и термической обработке при различных температурах. Недостатками данного способа являются использование токсичного, нестабильного прекурсора (тетраизопропоксида титана) и полное фазовое превращение фотокаталитически активной фазы при термической обработке при температуре 1000°C в стабильную менее активную фазу - рутил.

Наиболее близким к данному изобретению является способ получения фотокатализатора на основе диоксида титана из водного пероксокомплекса титана. (V. Etacheri, M.К. Seery, S.J. Hinder, S.С. Pillai. Oxygen Rich Titania: A Dopant Free, High Temperature Stable, and Visible-Light Active Anatase Photocatalyst Adv. Funct. Mater. 21 (2011) 3744-3752), заключающейся в получении водного пероксокомплекса из металлического титанового порошка путем растворения его в смеси перекиси водорода и аммиака с последующим гелированием и температурной обработкой. Недостатком данного способа синтеза является полное превращение наиболее фотокаталитически активной фазы - анатаза - в рутил при температурной обработке при 1000°C в течение двух часов.

В основу изобретения положена техническая задача, заключающаяся в получении фотокатализатора на основе недопированного диоксида титана с большей термической стабильностью фазы анатаза по сравнению с аналогами и повышенной фотокаталитической активностью в реакциях разложения органических красителей.

Для решения поставленной задачи предложен способ получения фотокатализаторов на основе диоксида титана, характеризующийся осаждением гидроксида титана, отмывкой, растворением осадка в перекиси водорода, последующем осаждением гидратированного диоксида титана органическим растворителем, сушкой и термической обработкой.

Новизна предложенного способа состоит в том, что гидратированный диоксид титана осаждается из водного раствора пероксокомплекса титана органическими растворителями (этиловым спиртом или ацетоном). Образование твердой фазы в смеси вода - органический растворитель сопровождается реакцией последнего перекисью водорода, катализируемой пероксокомплексом титана. Пероксогруппы расходуются на реакцию с органическим растворителем, что приводит к оксоляции гидроксо-оксо групп титана. В результате образуется аморфный гидратированный оксид титана, склонный к кристаллизации в анатаз при низких температурах (300°C). Полученные материалы после температурной обработки при 1000°C сохраняют в своем составе большую долю наиболее фотокаталитически активной фазы - анатаз (69 и 96 массовых %), и обладают высокой активностью в реакции фотокаталитического разложения органического красителя метиленового синего в водном растворе под действием ультрафиолетового излучения.

По предлагаемому способу осаждение гидроксида титана производится из водных растворов оксисульфата титана с концентрацией 0.1 моль/л путем аммиачного гидролиза. Получение пероксокомплекса производится путем реакции гидроксида титана с перекисью водорода и водным раствором аммиака и дальнейшей корректировкой pH раствора введением раствора аммиака. Когда необходимый pH достигнут, к водному раствору пероксокомплекса титана в одном случае приливается равный объем ацетона, в другом - равный объем этилового спирта (96%), что вызывает образование осадка. После смешивания растворов пероксокомплекса титана и органического растворителя реакционная смесь выдерживают в течение 24 часов при температуре 20-25°C, затем не менее восьми раз отмывают дистиллированной водой от примеси аммиака, растворителя и продуктов реакции растворителя с перекисью водорода, сушат при температуре 70°C в течение 24 часов и затем прокаливают до требуемой температуры на воздухе со скоростью нагрева 3°C/мин.

Преимущества способа пояснюется чертежами, на которых представлены результаты рентгенофазового анализа образцов фотокатализаторов диоксида титана (Фиг. 1) и кинетические кривые фотокаталитического разложения метиленового синего (Фиг. 2), а также таблицей, где представлены данные о фазовом составе образцов при различных температурах обработки и константе скорости фотокаталитического разложения метиленового синего.

Пример 1

Раствор соли оксисульфата титана (TiOSO4) с концентрацией 0,2 моль/л, помещали в реактор для синтеза емкостью 50 мл. Затем к нему по каплям приливали раствор аммиака (NH4OH) с концентрацией 3,0 моль/л. После установления в реакционной смеси величины pH, равной 9-10, введение аммиака прекращали. Затем образовавшийся гелеобразный осадок гидроксида титана центрифугировали со скоростью 7000 об/мин и отмывали от примесей солей и избытка аммиака дистиллированной водой. Данную операцию повторяли не менее 6 раз. К отмытому осадку приливали 2,5 мл 30% перекиси водорода, полученную суспензию перемешивали на магнитной мешалке до полного растворения осадка и образования прозрачного оранжевого пероксокомплекса титана. Затем pH реакционной смеси устанавливали равным 9,0 при помощи введения щелочного агента (аммиака с концентрацией 3,0 моль/л) и объем раствора доводили до 25 мл.

К полученному водному раствору пероксокомплекса титана приливали равный объем (25 мл) ацетона, в результате чего образовывался золь. Реакционную смесь перемешивали в течение 30 мин и оставляли на сутки при комнатной температуре. По истечении суток отделяли сформировавшийся осадок центрифугированием при 9000 об/мин и отмывали ацетоном и дистиллированной водой.

Осадок сушили в течение суток при 70°C в сушильном шкафу, затем растирали и прокаливали в муфельной печи в течение 30 мин при температуре 1000°C. Нагрев до заданной температуры осуществляли со скоростью 3°C/мин. Образовавшийся диоксид титана (обозначение TiAc) медленно остужали до комнатной температуры.

Пример 2

Раствор соли оксисульфата титана (TiOSO4) с концентрацией 0,2 моль/л, помещали в реактор для синтеза емкостью 50 мл. Затем к нему по каплям приливали раствор аммиака (NH4OH) с концентрацией 3,0 моль/л. После установления в реакционной смеси величины pH, равной 9-10, введение аммиака прекращали. Затем образовавшийся гелеобразный осадок гидроксида титана центрифугировали со скоростью 7000 об/мин и отмывали от примесей солей и избытка аммиака дистиллированной водой. Данную операцию повторяли не менее 6 раз. К отмытому осадку приливали 2,5 мл 30% перекиси водорода, полученную суспензию перемешивали на магнитной мешалке до полного растворения осадка и образования прозрачного оранжевого пероксокомплекса титана. Затем pH реакционной смеси устанавливали равным 9,0 при помощи введения щелочного агента (аммиака с концентрацией 3,0 моль/л) и объем раствора доводили до 25 мл.

К полученному водному раствору пероксокомплекса титана приливали равный объем (25 мл) этилового спирта, в результате чего образовывался золь. Реакционную смесь перемешивали в течение 30 мин и оставляли на сутки при комнатной температуре. По истечении суток отделяли сформировавшийся осадок центрифугированием при 9000 об/мин и отмывали этиловым спиртом и дистиллированной водой.

Осадок сушили в течение суток при 70°C в сушильном шкафу, затем растирали и прокаливали в муфельной печи в течение 30 мин при температуре 1000°C. Нагрев до заданной температуры осуществляли со скоростью 3°C/мин. Образовавшийся диоксид титана (обозначение TiEt) медленно остужали до комнатной температуры.

На Фиг. 2 представлены кинетические кривые фотокаталитического разложения красителя метиленового синего под действием ультрафиолетового излучения (реакционная смесь была помещена в 50 см от ртутной лампы с длинной волны излучения 254 нм и мощностью 500 Вт) в присутствии полученных фотокатализаторов и в сравнении с фотокатализатором марки Aeroxide Р25 (Evonik Ind.), термически обработанного при 1000°C в течение 30 мин. На Фиг. 1 представлен рентгенофазовый анализ исследованных образцов.

Разложение метиленового синего, имеющего исходную концентрацию 20 мг/л, по истечении 270 мин фотореакции составило 33% и 30%, что в 1,9 и 1,8 раза превосходит аналогичный показатель для фотокатализатора Aeroxide Р25 (Evonik Ind.)

Основные характеристики фотокатализаторов
Наименование Техническая характеристика
Фазовый состав анатаз/рутил, мас. % Степень разложения красителя, мас. %
Фотокатализатор TiO2 0/100 Не активен
Aeroxide Р25 0/100 17%
Опытный фотокатализатор TiAc 64/36 33%
Опытный фотокатализатор TiEt 96/4 30%

TiO2 фотокатализатор получен по методике, описанной в работе V. Etacheri, M.К. Seery, S.J. Hinder, S.С. Pillai, Adv. Funct. Mater. 21 (2011) 3744-3752, и термически обработан при 1000°C в течение 30 мин.

Использование предлагаемого способа позволяет получать термостабильные фотокатализаторы на основе диоксида титана с высокой фотокаталитической активностью после обработки при 1000°C. Данные фотокатализаторы можно использовать в химической промышленности для очистки сточных вод предприятий, при водоподготовке для разложения органических загрязнителей, при производстве самоочищающихся покрытий для стекол и при производстве фотоактивной керамики.


СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕРМОСТАБИЛЬНОГО ФОТОКАТАЛИЗАТОРА НА ОСНОВЕ ДИОКСИДА ТИТАНА
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕРМОСТАБИЛЬНОГО ФОТОКАТАЛИЗАТОРА НА ОСНОВЕ ДИОКСИДА ТИТАНА
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 131-140 из 140.
10.06.2016
№216.015.447f

Мартенситно-ферритная коррозионно-стойкая хромоникелевая сталь с улучшенной обрабатываемостью резанием

Изобретение относится к металлургии, а именно к мартенситно-ферритным коррозионно-стойким сталям, применяемым для изготовления рабочих лопаток, дисков, валов, втулок, фланцев, крепежных и других деталей. Сталь содержит, мас.%: углерод 0,11-0,17, кремний 0,20-0,80, марганец 0,20-0,80, хром...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002586949
Дата охранного документа: 10.06.2016
10.06.2016
№216.015.4658

Аустенитная коррозионно-стойкая хромоникелевая сталь с улучшенной обрабатываемостью резанием

Изобретение относится к области металлургии, а именно к аустенитным коррозионно-стойким сталям, применяемым в серийном и массовом производстве деталей, работающих до 600°C. Сталь содержит, в мас.%: углерод не более 0,12, кремний 0,20-0,80, марганец 0,20-2,00, хром 17,00-19,00, никель...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002586934
Дата охранного документа: 10.06.2016
20.08.2016
№216.015.4c44

Вертикальная призматическая топка

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на котлах тепловых электростанций при сжигании природного газа и угольной пыли. Вертикальная призматическая топка содержит фронтовую, заднюю и боковые стены, потолочное и подовое перекрытия, установленные на фронтовой стене в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002594840
Дата охранного документа: 20.08.2016
12.01.2017
№217.015.5dd5

Способ производства обогащенных вареных колбас

Изобретение относится к мясной промышленности, а именно к производству вареных колбасных изделий. Способ предусматривает приготовление колбасного фарша, внесение в него пищевых добавок, формовку, варку и охлаждение колбас. В качестве обогатителей на стадии внесения пищевых добавок в компоненты...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002590784
Дата охранного документа: 10.07.2016
13.01.2017
№217.015.697f

Способ извлечения тяжелой нефти из продуктивного пласта и устройство для его осуществления

Группа изобретений относится к нефтяной промышленности. Технический результат - повышение производительности нефтеизвлечения из продуктивного пласта с одновременным снижением энергозатрат. В способе извлечения тяжелой нефти из продуктивного пласта прокладывают нагнетательную и добывающую...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002591860
Дата охранного документа: 20.07.2016
13.01.2017
№217.015.6e36

Способ литья алюминиевых сплавов

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано в авиационной технике и автомобилестроении. Способ литья включает сборку газифицируемых моделей отливки и элементов литниковой системы, при этом в газифицируемой модели литниковой системы создают полость, в которую...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002596933
Дата охранного документа: 10.09.2016
13.01.2017
№217.015.6e75

Способ сушки обводненного пастообразного графита

Изобретение относится к промышленному производству пылевидного графитового концентрата и может быть использовано на предприятиях по добыче и обогащению графитовых руд. Совершенствуется способ сушки обводненного пастообразного графита путем его подачи над потоком образующей газовый факел...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002596897
Дата охранного документа: 10.09.2016
13.01.2017
№217.015.74db

Установка комбинированного нагрева жидкого теплоносителя

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в отоплении жилых и производственных помещений. Согласно изобретению межперегородочные призматические каналы камеры приема инфракрасного солнечного излучения имеют по одному оконному перекрытию, причем оконные перекрытия установлены в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002597717
Дата охранного документа: 20.09.2016
25.08.2017
№217.015.9c42

Способ модифицирования магниевых сплавов

Изобретение относится к области металлургии и литейного производства, а именно к процессам модифицирования при плавке магниевых сплавов. Способ включает расплавление сплава и введение в него модификатора. При этом в качестве модификатора используют наноструктурированный алмазный порошок в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002610579
Дата охранного документа: 13.02.2017
25.08.2017
№217.015.b26f

Биметаллическая тонкая полоса и способ ее получения

Изобретение может быть использовано при изготовлении тонких биметаллических полос, содержащих слои из сплавов алюминия и сплавов меди. Биметаллическая полоса содержит основной слой на основе алюминия в отожженном состоянии и, по крайней мере, один плакирующий слой на основе меди в отожженном...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002613543
Дата охранного документа: 17.03.2017
Показаны записи 141-150 из 166.
10.04.2016
№216.015.2ce6

Крем масляный с функциональными компонентами

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к кондитерскому производству. Крем масляный включает масло сливочное, сахарную пудру, ванильную пудру, коньяк, молоко цельное сгущенное с сахаром, пищевую добавку NovaSol Omega при следующем содержании исходных компонентов, мас. %:...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002579225
Дата охранного документа: 10.04.2016
10.04.2016
№216.015.2d75

Способ производства деликатесного продукта из мяса индейки

Изобретение относится к пищевой промышленности и может быть использовано при производстве мясопродуктов. Способ включает измельчение, посол в течение 120-180 мин при температуре 16±2°C, сушку проводимую в два этапа: 1 этап термообработки осуществляют при температуре 55±2°C в течение 85-100 мин;...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002579226
Дата охранного документа: 10.04.2016
20.04.2016
№216.015.3311

Композиция белкового обогатителя для колбасных изделий

Изобретение относится к пищевой промышленности. Композиция содержит предварительно измельченное вторичное сырье: рубец, уши и губы крупного рогатого скота, взятые в соотношении 1:2:2 в количестве 75-79, ферментный препарат Протепсин в количестве 0,2-0,25, пробиотический концентрат Наринэ-форте...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002582253
Дата охранного документа: 20.04.2016
20.04.2016
№216.015.3388

Способ производства обогащенного пастеризованного молока с функциональными свойствами

Изобретение относится к молочной промышленности. Способ производства обогащенного пастеризованного молока включает приемку и подготовку сырья, его бактофугирование и пастеризацию при температуре 85°C, охлаждение до температуры 2-4°C и нормализацию, далее осуществляют внесение 0,27 кг...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002582252
Дата охранного документа: 20.04.2016
20.04.2016
№216.015.3575

Энергоблок с регулируемыми значениями реактивной мощности, величины и фазы напряжения

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для регулирования напряжения и реактивной мощности блоков генерации электростанций. Техническим результатом является повышение надежности энергоблока, величины активной мощности, выдаваемой в сеть синхронным генератором...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002581650
Дата охранного документа: 20.04.2016
20.04.2016
№216.015.3647

Раздаточная коробка транспортного средства с механизмом переключения передач

Изобретение относится к приводам транспортных машин, устанавливаемых на транспортных средствах повышенной проходимости. Раздаточная коробка содержит картер, в котором размещены несимметричный цилиндрический дифференциал, блок подвижных шестерен с промежуточными шестернями, входящими в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002581798
Дата охранного документа: 20.04.2016
20.04.2016
№216.015.3684

Способ производства обогащенного печенья с добавлением овсяной муки

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к кондитерской, и может быть использовано при производстве мучных кондитерских изделий, а именно песочного печенья, обогащенного биологически активными компонентами. В процессе производства обогащенного печенья с добавлением овсяной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002581220
Дата охранного документа: 20.04.2016
27.04.2016
№216.015.3936

Способ получения труб с внутренним винтообразным оребрением и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области изготовления труб сложного профиля на вертикальном прессе. На боковой поверхности контейнера выполняют отверстие, в котором устанавливают матрицу под прямым углом к оси пуансона в матрице-держателе, в контейнер подают заготовку. Изготовление труб большой длины...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002582842
Дата охранного документа: 27.04.2016
27.04.2016
№216.015.39f8

Торт "графские развалины"

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к кондитерскому производству и общественному питанию. Предложен торт «Графские развалины», включающий один плоский слой из выпеченного полуфабриката, содержащего муку пшеничную высшего сорта, сахар-песок, меланж, маргарин,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002582815
Дата охранного документа: 27.04.2016
27.04.2016
№216.015.39fd

Способ увеличения срока годности мучных кондитерских изделий (варианты)

Изобретение относится к пищевой, а именно к кондитерской промышленности. Способ увеличения срока годности мучных кондитерских изделий предусматривает внесение обогащающей добавки на стадии замеса теста, при производстве печенья с добавлением овсяной муки используют предварительно растворенный в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002582987
Дата охранного документа: 27.04.2016
+ добавить свой РИД