Photodegradation of Methylene Blue Dye in Aqueous Stream Using Immobilized TiO<sub>2</sub> Film Catalyst: Synthesis, Characterization and Activity Studies
Authors: Chin Mei Ling , Mohamed Abdul Rahman , Bhatia Subhash 
Published: January 2013

Filem fotomangkin TiO2 telah berjaya disentesiskan dan tersekat gerak pada reaktor kaca melalui kaedah sol–gel. Lapisan TiO2 yang berlut–sinar membenarkan penembusan cahaya ultra–ungu (UV) ke atas permukaan mangkin. Reaktor foropemangkinan berbentuk tiub yang mempunyai mod kitar semula telah dibina. Formula sintesis TiO2 yang baru telah dicadangkan, iaitu 1 titanium isoproposida : 8 isopropanol : 3 asetil aseton : 1.1 H2O : 0.05 asid asetik (dalam nisbah molar) menunjukkan aktiviti proses berfotomangkin yang tinggi dalam proses penurunan bahan pencemaran metilena biru yang hadir di dalam air. Bagi reaktor fotomangkin yang berbentuk tiub, 5 pusingan kitar semula pada τ = 1.4 min diperhatikan untuk 50% degradasi metilena biru pada kepekatan awal 40 μmol/L. Proses penurunan berfotomangkin didapati tidak peka terhadap perubahan suhu tindak balas. Tenaga pengaktifan bagi metilena biru adalah 10.72 kJ/mol.
Dalam kajian ini, kepekatan awal bahan tindak balas, nilai pH, kehadiran hidrogen peroksida, udara dan suhu tindak balas merupakan pembolehubah proses yang dikaji. Pencirian ke atas lapisan TiO2 dijalankan dengan menggunakan analisis SEM, XRD dan EDX. Analisis SEM menunjukkan lapisan TiO2 yang serata pada sokongan kaca tanpa kemunculan retakan. Analisis XRD mendedahkan kemunculan fasa kehabluran anatasi TiO2 pada suhu kalsinasi 500°C dan fasa rutil, fasa kehabluran TiO2 yang kurang aktif pada suhu melebihi 600°C. Satu kajian perbandingan keaktifan diantara lapisan filem TiO2 disintesis dan komersial serbuk TiO2 (99% anatasi) dinilai pada keadaan eksperimen yang sama. Filem TiO2 didapati sama aktif seperti mangkin serbuk TiO2.

Kata kunci: Film fotomangkin TiO, metilena biru, proses penurunan berfotomangkin, sintesis

TiO2 thin film photo catalyst was synthesized and immobilized on glass reactor through sol–gel method. The synthesized TiO2 coating was transparent that enabled the penetration of ultra–violet (UV) light to the catalyst surface. A tubular photo–catalytic reactor with recirculation mode was designed, fabricated and used for activity measurements. TiO2 film was synthesized using the formulation of 1 titanium iso–proproxide : 8 iso–propanol : 3 acetyl acetone : 1.1H2O : 0.05 acetic acid (in molar ratio) and gave excellent photo–catalytic activity in degradation of methylene blue dye present in aqueous solution. 50% degradation of methylene blue dye at the initial dye concentration of 40 μmol/L was observed after 5 passes of recirculation with residence time of 1.4 min. Photo catalytic degradation of methylene blue dye was insensitive to the increase of reaction temperature. The activation energy for photo degradation of methylene blue dye was 10.72 kj/mol.
The initial methylene blue dye concentration, pH value, presence of hydrogen peroxide, air bubbling, and reaction temperature were studied as the important process variables. The synthesized TiO2 thin photo–film was characterized using SEM, XRD and EDX analysis methods. SEM analysis showed a uniform TiO2 coating on glass support without fractured appearance. XRD analysis revealed the appearance of anatase TiO2 crystalline phase at calcination temperature of 500°C and rutile phase, the less active TiO2 crystalline phase was observed above 600°C. A comparative performance between the TiO2 thin film and a commercial sample of TiO2 powder (99% anatase) was evaluated under the same experimental conditions. The synthetic TiO2 film was found equally active as TiO2 powder catalyst.

Key words: TiO film photo catalyst, methylene blue dye, photo catalytic degradation, synthesized