Влияние превращений метилметакрилата при фотокатализе в присутствии RbTe1,5W0,5O6 на изменение поверхности сложного оксида
В. О. Часова,
Д. Г. Фукина,
А. В. Боряков,
Е. В. Жижин,
А. В. Королева,
Л. Л. Семенычева,
Е. В. Сулейманов https://doi.org/10.21285/2227-2925-2022-12-2-208-221
Аннотация
Изучены особенности изменения поверхности фотокатализатора RbTe1,5W0,5O6 в полимеризационных процессах с участием метилметакрилата (ММА) при облучении видимым светом λ=400–700 нм и температуре 20–25 °С, а также условия регенерации для его повторного применения. Реализация той или иной химической реакции в смеси фотокатализатора и мономера определяется ее кинетическими параметрами и концентрацией реагирующих частиц. Образование OH• радикалов, активных в радикальной полимеризации, происходит в этом случае как при взаимодействии с адсорбированными на поверхности молекулами воды, так и в объеме раствора, а также при восстановлении растворенного в воде кислорода. В связи с тем, что гидроксильный радикал обладает высокой реакционной способностью, можно было ожидать активный процесс радикальной полимеризации ММА. Однако образование ПММА в рассматриваемой реакции проходит с низкой конверсией – наблюдается образование 5–10% полимера, что связано с изменениями на поверхности сложного оксида RbTe1,5W0,5O6 в процессе реакции. Для исследования поверхности катализатора были использованы методы сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС). После реакции на поверхности катализатора было обнаружено присутствие органических и полимерных субстратов. В результате обработки катализатора ультразвуком в водной эмульсии макромолекулы полимера не идентифицируются на поверхности, но представлены химически адсорбированные мономер и олигомеры, образующиеся при разрушении полимера ультразвуком. Другие способы очистки поверхности катализатора путем промывки в различных растворах, таких как хлороформ и тетрагидрофуран, также неэффективны и вызывают превращения адсорбатов на поверхности. Это приводит к снижению активности катализатора RbTe1,5W0,5O6 при повторной полимеризации. Таким образом, для успешной регенерации порошка катализатора требуется не только обработка ультразвуком, но и нагрев его при 300–400 °C для удаления органических субстратов.
Об авторах
В. О. Часова
Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского
Россия
Россия
В. О. Часова, младший научный сотрудник
603950, г. Нижний Новгород
Д. Г. Фукина
Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского
Россия
Россия
Д. Г. Фукина, к.х.н., научный сотрудник,
603950, г. Нижний Новгород, пр-т Гагарина, 23
А. В. Боряков
Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского
Россия
Россия
А. В. Боряков, к.ф.-м.н., научный сотрудник
603950, г. Нижний Новгород, пр-т Гагарина, 23
Е. В. Жижин
Санкт-Петербургский государственный университет
Россия
Россия
Е. В. Жижин, к.ф.-м.н., заместитель директора ресурсного центра
199034, г. Санкт-Петербург, Университетский пр., 7/9
А. В. Королева
Санкт-Петербургский государственный университет
Россия
Россия
А. В. Королева, инженер-исследователь
199034, г. Санкт-Петербург, Университетский пр., 7/9
Л. Л. Семенычева
Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского
Россия
Россия
Л. Л. Семенычева, д.х.н., старший научный сотрудник
603950, г. Нижний Новгород, пр-т Гагарина, 23
Е. В. Сулейманов
Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского
Россия
Россия
Е. В. Сулейманов, д.х.н., профессор, директор научно-исследовательского института
603950, г. Нижний Новгород, пр-т Гагарина, 23
Список литературы
1. Tavakoli-Azar T., Mahjoub A. R., Sadjadi M. S., Farhadyar N., Sadr M. H. Synthesis and characterization of a perovskite nanocomposite of CdTiO3@S with orthorhombic structure: investigation of photoluminescence properties and its photocatalytic performance for the degradation of congo red and crystal violet under sunlight. Journal of Inorganic and Organometallic Polymers and Materials. 2020;30(3):1- 18. https://doi.org/10.1007/s10904-020-01762-9.
2. Gong X., Tang L., Zou J., Guo Z., Li Y., Lei J., et al. Introduction of cation vacancies and iron doping into TiO2 enabling efficient uranium photoreduction. Journal of Hazardous Materials. 2022;423(1):126935. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.126935.
3. Zhao S., Chen C., Ding J., Yang S., Zang Y., Ren N. One-pot hydrothermal fabrication of BiVO4/Fe3O4/rGO composite photocatalyst for the simulated solar light-driven degradation of Rhodamine B. Frontiers of Environmental Science & Engineering. 2022;16(3):36. https://doi.org/10.1007/s11783-021-1470-y.
4. Kaviyarasu K., Magdalane C. M., Jayakumar D., Samson Y., Bashir A. K. H., Letsholathebe D., et al. High performance of pyrochlore like Sm2Ti2O7 heterojunction photocatalyst for efficient degradation of rhodamine-B dye with waste water under visible light irradiation. Journal of King Saud University – Science. 2019;32(2):1516-1522. https://doi.org/10.1016/j.jksus.2019.12.006.
5. Venkataswamy P., Sudhakar Reddy C. H., Gundeboina R., Sadanandam G., Veldurthi N. K., Vithal M. Nanostructured KTaTeO6 and Ag–doped KTaTeO6 defect pyrochlores: promising photocatalysts for dye degradation and water splitting. Electronic Materials Letters. 2018;14(4). https://doi.org/10.1007/s13391-018-0055-9.
6. Long Z., Li Q., Wei T., Zhang G., Ren Z. Historical development and prospects of photocatalysts for pollutant removal in water. Journal of Hazardous Materials. 2020;395:122599. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.122599.
7. You J. H., Guo Y., Guo R., Liu X. A review of visible light-active photocatalysts for water disinfection: features and prospects. Chemical Engineering Journal. 2019;373. https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.05.071.
8. Mao W., Zhang L., Wang T., Bai Y., Guan Y. Fabrication of highly efficient Bi2WO6/CuS composite for visible-light photocatalytic removal of organic pollutants and Cr(VI) from wastewater. Frontiers of Environmental Science & Engineering. 2020;15(4):1-13. https://doi.org/10.1007/s11783-020-1344-8.
9. Wang J., Sun S., Zhou R., Li Y., He Z., Ding H., et al. A review: synthesis, modification and photocatalytic applications of ZnIn2S4. Journal of Materials Science & Technology. 2021;78:1-19. https://doi.org/ 10.1016/j.jmst.2020.09.045.
10. Wang W., Wang X., Gan L., Ji X., Wu Z., Zhang R. All-solid-state Z-scheme BiVO4−Bi6O6(OH)3(NO3)3 heterostructure with prolonging electron-hole lifetime for enhanced photocatalytic hydrogen and oxygen evolution. Journal of Materials Science & Technology. 2021;77:117- 125. https://doi.org/10.1016/j.jmst.2020.09.051.
11. Hussain M. Z., Yang Z., Linden B. V. D., Huang Z., Jia Q., Cerrato E., et al. Surface functionalized N-C-TiO2/C nanocomposites derived from metal-or‐ ganic framework in water vapour for enhanced photocatalytic H2 generation. Journal of Energy Chemistry. 2021;57:485-495. https://doi.org/10.1016/j.jechem.2020.08.048.
12. Khan K., Xu L., Shi M., Qu J., Tao X., Feng Z., et al. Surface assembly of cobalt species for simultaneous acceleration of interfacial charge separation and catalytic reactions on Cd0.9Zn0.1S photocatalyst. Chinese Journal of Catalysis. 2021;42(6):1004-1012. https://doi.org/10.1016/S1872-2067(20)63717-2.
13. Fukina D. G., Suleimanov E. V., Boryakov A. V., Zubkov S. Yu., Koryagin A. V., Volkova N. S., et al. Structure analysis and electronic properties of ATe4+0.5Te6+1.5-xM6+ xO6 (A=Rb, Cs, M6+=Mo, W) solid solutions with β-pyrochlore structure. Journal of Solid State Chemistry. 2021;293:121787. https://doi.org/10.1016/j.jssc.2020.121787.
14. Zhang D., Bi C., Zong Z., Fan Y. Three different Co(II) metal-organic frameworks based on 4,4′-bis(imidazolyl)diphenyl ether: syntheses, crystal structure and photocatalytic properties. Journal of Inorganic and Organometallic Polymers and Materials. 2020;30(12):5148-5156. https://doi.org/10.1007/s10904-020-01657-9.
15. Chanu W. C., Gupta A., Singh M. K., Pandey O. P. Group V elements (V, Nb and Ta) doped CeO2 particles for efficient photooxidation of methylene blue dye. Journal of Inorganic and Organometallic Polymers and Materials. 2021;31(2):636-647. https://doi.org/10.1007/s10904-020-01822-0.
16. Wang H., Zhang J. R., Wu X. F., Wang C., Li Y., Ci L. J., et al. Study on Ag2WO4/g-C3N4 nanotubes as an efficient photocatalyst for degradation of rhodamine B. Journal of Inorganic and Organometallic Polymers and Materials. 2020; 30(12):4847-4857. https://doi.org/10.1007/s10904-020-01756-7.
17. Ali N., Ali F., Khurshid R., Ikramullah, Ali Z., Afzal A., et al. TiO2 nanoparticles and epoxy-TiO2 nanocomposites: a review of synthesis, modification strategies, and photocatalytic potentialities. Journal of Inorganic and Organometallic Polymers and Materials. 2020;30(12):4829-4846. https://doi.org/10.1007/s10904-020-01668-6.
18. Amorim S. M., Steffen G., de S Junior J. M. N., Brusamarello C. Z., Romio A. P., Domenico M. D. Synthesis, characterization, and application of polypyrrole/TiO2 composites in photocatalytic processes. Polymers and Polymer Composites. 2021;29(7):1055-1074. https://doi.org/10.1177/0967391120949489.
19. Lobry E., Bah A. S., Vidal L., Oliveros E., Braun A. M., Criqui A., et al. Colloidal and supported TiO2: toward nonextractable and recyclable photocatalysts for radical polymerizations in aqueous dispersed media. Macromolecular Che-mistry and Physics. 2016;217(20):2321-2329. https://doi.org/10.1002/macp.201600150.
20. Zhang Y., Xu Y., Simon-Masseron A., Lalevee J. Radical photoinitiation with LEDs and applications in the 3D printing of composites. Chemical Society Reviews. 2021;50(6):3824-3841. https://doi.org/10.1039/D0CS01411G.
21. Luo X., Zhao S., Chen Y., Zhang L., Tan J. Switching between thermal initiation and photoini-tiation redirects RAFT-mediated polymerization-induced self-assembly. Macromolecules. 2021;54:2948-2959. https://doi.org/10.1021/acs.macromol.1c00038.
22. Semenycheva L., Chasova V., Matkivskaya J., Fukina D., Koryagin A., Belaya T., et al. Features of polymerization of methyl methacrylate using a photocatalyst – the complex oxide RbTe1.5W0.5O6. Journal of Inorganic and Organometallic Polymers and Materials. 2021;31(8):3572-3583. https://doi.org/10.1007/s10904-021-02054-6.
23. Semenycheva L. L., Chasova V. O., Fukina D. G., Koryagin A. V., Valetova N. B., Suleimanov E. V. Synthesis of polymethyl methacrylate-collagen graft copolymer, using photocatalyst – complex oxide RbTe1.5W0.5O6. Polymer Science, Series D. 2022;15:110- 117. https://doi.org/10.1134/S1995421222010166.
24. Ivanov A. A., Popova O. P., Danilova T. I., Kuznetsova A. V. Strategy of the selection and use of scaffolds in bioengineering. Uspekhi sovremennoi biologii = Biology Bulletin Reviews. 2019;139(2):196- 205. https://doi.org/10.1134/S0042132419020042. (In Russian).
25. Chen S., Li Y., Xie L., Liu S., Fan Y., Fang C., et al. Thermosensitive chitosan-collagen composite hydrogel loaded with basic fibroblast growth factor retards ventricular remodeling after myocardial infarction in mice. Chinese Journal of Tissue Engineering Research. 2021;25:2472.
26. Castilho M., Hochleitner G., Wilson W., Rietbergen B., Dalton P. D., Groll J., et al. Mechanical behavior of a soft hydrogel reinforced with three-dimensional printed microfibre scaffolds. Scientific Reports. 2018;8(1):1245. https://doi.org/10.1038/s41598-018-19502-y.
27. Vedhanayagam M., Ananda S., Nair B. U., Sreeram K. J. Polymethyl methacrylate (PMMA) grafted collagen scaffold reinforced by PdO-TiO2 nanocomposites. Materials science & Engineering C. 2020;108:110378. https://doi.org/10.1016/j.msec.2019.110378.
28. Bas O., De-Juan-Pardo E. M., Chhaya M. P., Wunner F. M., Jeon J. E., Klein T. J., et al. Enhancing structural integrity of hydrogels by using highly organised melt electrospun fibre constructs. European Polymer Journal. 2015;72:451-463. https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2015.07.034.
29. Fujisawa S., Kadoma Y. Tri-n-butylborane/water complex-mediated copolymerization of methyl methacrylate with proteinaceous materials and proteins. Polymers. 2010;2:575-595. https://doi.org/10.3390/polym204057.
30. Kuznetsova Y. L., Morozova E. A., Vavilova A. S., Markin A. V., Smirnova O. N., Zakharycheva N. S., et al. Synthesis of biodegradable grafted copolymers of gelatin and polymethyl methacrylate. Polymer Science, Series D. 2020;13:453-459. https://doi.org/10.1134/S1995421220040115.
31. Egorikhina M. N., Semenycheva L. L., Chasova V. O., Bronnikova I. I., Rubtsova Y. P., Zakharychev E. A., et al. Changes in the molecular characteristics of bovine and marine collagen in the presence of proteolytic enzymes as a stage used in scaffold formation. Marine Drugs. 2021;19:502. https://doi.org/10.3390/md19090502.
32. Balachandramohan J., Singh R., Sivasankar T., Manickam S. Sonochemical synthesis of highly efficient Ag3PO4-Guar gum nanocomposite with photooxidation property under visible light irradiation. Chemical Engineering and Processing – Process Intensification. 2021;168:108549. https://doi.org/10.1016/j.cep.2021.108549.
33. Rashid J., Parveen N., Haq T., Iqbal A., Talib S. H., Awan S. U., et al. g-C3N4/CeO2/Fe3O4 ternary composite as an efficient bifunctional catalyst for overall water splitting. ChemCatChem. 2018;10(24):5587-5592. https://doi.org/10.1002/cctc.201801597.
34. Keshavarz I., Ashjari M. Efficient SiO2/WO3– TiO2@rGO nanocomposite photocatalyst for visiblelight degradation of colored pollutant in water. Journal of Materials Science: Materials in Electronics. 2021;32:20184-20196. https://doi.org/10.1007/s10854-021-06523-z.
35. Fukina D. G., Koryagin A. V., Koroleva A. V., Zhizhin E. V., Suleimanov E. V., Kirillova N. I. Photocatalytic properties of β-pyrochlore RbTe1.5W05O6 under visible-light irradiation. Journal of Solid State Chemistry. 2021;300:122235. https://doi.org/10.1016/j.jssc.2021.122235.
36. Fukina D. G., Koryagin A. V., Volkova N. S., Suleimanov E. V., Kuzymichev V. V., Mitin A. V. Features of the electronic structure and photocatalytic properties under visible light irradiation for RbTe1.5W0.5O6 with β-pyrochlore structure. Solid State Sciences. 2022;126:106858. https://doi.org/10.1016/j.solidstatesciences.2022.106858.
37. Park S., Kim K., Youn Y.-S. Ring-opening reaction of tetrahydrofuran on Ge(100) surface. ACS Omega. 2020;5(36):22926-22930. https://doi.org/10.1021/acsomega.0c02406.
38. Zhao W., Yan L., Gu H., Li Z., Wang Y., Luo Q., et al. Zinc oxide coated carbon dot nanoparticles as electron transport layer for inverted polymer solar cells. ACS Applied Energy Materials. 2020;3:11388- 11397. https://doi.org/10.1021/acsaem.0c02323.
39. Grishin D. F., Semyonycheva L. L. Problems of control of the reactivity of macroradicals and the growth of polymer chains. Russian Chemical Reviews. 2001;70:486-509. https://doi.org/10.1070/RC2001v070n05ABEH000635.
40. Kabanov V. A., Zubov V. P., Semchikov Yu. D. Radical complex polymerization. Moscow: Khimiya; 1987. 256 p. (In Russian).
Рецензия
Для цитирования:
Часова В.О., Фукина Д.Г., Боряков А.В., Жижин Е.В., Королева А.В., Семенычева Л.Л., Сулейманов Е.В. Влияние превращений метилметакрилата при фотокатализе в присутствии RbTe1,5W0,5O6 на изменение поверхности сложного оксида. Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2022;12(2):208-221. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2022-12-2-208-221
For citation:
Chasova V.O., Fukina D.G., Boryakov A.V., Zhizhin E.V., Koroleva A.V., Semenycheva L.L., Suleimanov E.V. The effect of methyl methacrylate transformations during photocatalysis in the presence of RbTe1.5W0.5O6 on the change of the complex oxide surface. Proceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology. 2022;12(2):208-221. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2022-12-2-208-221
Просмотров:
373
Послать статью по эл. почте 