Исследование адсорбционных свойств композиционных материалов с внедренным диоксидом титана

УДК 677.077.62

М. А. Саляхова, И. Ш. Абдуллин, В. В. Уваев, Э. Н. Пухачева

ИССЛЕДОВАНИЕ АДСОРБЦИОННЫХ СВОЙСТВ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

С ВНЕДРЕННЫМ ДИОКСИДОМ ТИТАНА

Ключевые слова: композиционный материал с внедренным диоксидом титана, диоксид титана, диоксид кремния, сорбция,

адсорбционные свойства.

Адсорбционные свойства фотокаталитического композитного материала оценивают по двум показателям: равновесной величине сорбции насыщенных паров бензола и этилацетата образцами материала и предельному объему сорбционного пространства образцов материала.

Keywords: composite material with embedded titanium dioxide, titanium dioxide, silica, sorption, adsorption properties.

Adsorption properties of photocatalytic composite material is evaluated by two parameters: the value of the equilibrium sorption of saturated vapors of benzene and ethyl acetate samples of material and limit the volume of sorption space material samples.

В последние годы интенсивно развиваются исследования и разработка защитных материалов нового поколения и изделий из них с использованием наносистем. Наиболее часто в фотокаталитическом процессе используется диоксид титана как один из самых химически и термически стабильных и нетоксичных продуктов. Наноразмерные неорганические оксиды могут использоваться для обеззараживания материалов, загрязненных опасными токсичными веществами, в том числе отравляющими веществами, а также для очистки воздуха от примесей паров и газов токсичных химических веществ [1-3].

Композиционный материал получают путем последовательного формирования на тканой целлю-лозосодержащей текстильной основе слоя адсорбента, затем фотокаталитического слоя. Формирование слоя адсорбента на тканой или нетканой целлюлозо-содержащей текстильной основе происходит по золь-гель технологии в результате пропитки текстильной основы водной дисперсией, содержащей наноразмерные частицы оксида алюминия, и сушки при температуре (100±5) оС. Положительно заряженные частицы оксида алюминия закрепляются на отрицательно заряженной поверхности текстильной основы, как за счет электростатического взаимодействия, так и за счет механического удерживания частиц оксида алюминия волокном текстильной основы. Формирование фотокаталитического слоя на тканой целлюлозосодержащей текстильной основе, содержащей слой адсорбента, происходит по золь-гель технологии в результате пропитки образца материала водной дисперсией, содержащей комплекс диоксида кремния с диоксидом титана, сушки пропитанного образца при температуре (80-90) оС в течение 30 минут с последующей промывкой водой и сушкой при температуре (100±5) оС. Развитая поверхность оксида алюминия, закрепленного на поверхности текстильной основы, обеспечивает хорошую адгезию комплекса диоксида кремния с диоксидом титана на поверхности слоя адсорбента.

При формировании на текстильной основе слоя адсорбента и фотокаталитического слоя от-

дельные волокна не повреждаются и текстура текстильной основы не изменяется.

Фотокаталитический композитный материал, содержащий тканую или целлюлозосодержащую текстильную основу, фотокаталитический слой, включающий комплекс диоксида кремния модифицированного алюминат-ионами и диоксида титана анатазной модификации, и слой адсорбента, содержащий оксид алюминия бемитной структуры, расположенный между фотокаталитическим слоем и текстильной основой, характеризуется повышенными адсорбционными свойствами по отношению к полярным и неполярным химическим соединениям, проявляет высокую фотокаталитическую активность и антибактериальные свойства при облучении УФ светом. В качестве материала для образования слоя адсорбента используют водную дисперсию оксида алюминия,Водная дисперсия содержит наноразмер-ные частицы оксида алюминия бемитной структуры в количестве 9,0-9,5 мас.%, рН раствора 3,8. Методом порошковой дифрактометрии установлено, что наноразмерный оксид алюминия имеет ромбическую кристаллическую структуру бемита (y-AЮOH) (№ 01-083-1506 в базе данных PDF-2). Оксид алюминия бемитной структуры имеет развитую поверхность, высокий электроположительный заряд, обладает адсорбционными свойствами по отношению к полярным и неполярным химическим соединениям, способностью улавливать микроорганизмы.

Общее содержание компонентов, включая фотокаталитический слой и слой адсорбента, для каждого примера составляет 14,8 %.

Адсорбционные свойства фотокаталитического композитного материала оценивают по двум показателям: равновесной величине сорбции насыщенных паров бензола и этилацетата образцами материала и предельному объему сорбционного пространства образцов материала в условиях статической активности при температуре 25оС. Адсорбционные свойства фотокаталитического композитного материала на основе хлопчатобумажной ткани представлены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1 - Адсорбционные свойства фотокаталитического композитного материала на основе хлопчатобумажной ткани

Содержание компонентов Адсорбция паров

фотокаталитического бензола

композитного материала, %

Фото- Связую- Адсор- Равно- Предель-

катали- щееSiО2мо бент весная ный объ-

затор дифи- (Y- величина ем сорб-

TiO2, циро- A1OOH) сорбции цион-ного

анатаз ванныи бемит aS, мг/г про-

А1(ОН)4- странства

WS, см3/г

25 25 50 104 118

25 30 45 99 113

25 35 40 95 108

30 30 40 94 107

30 35 35 91 103

35 35 30 85 97

Равновесную величину сорбции насыщенных паров химического соединения образцом материала определяют как отношение количества паров химического соединения, поглощенных этим образцом, к массе образца. Предельный объем сорбционного пространства образца материала рассчитывают, исходя из равновесной величины сорбции и плотности химического соединения.

Таблица 2 - Адсорбционные свойства фотокаталитического композитного материала на основе хлопчатобумажной ткани

Как видно из приведенных в таблицах 1 и 2 примеров, композиционный материал с внедренным диоксидом титана характеризуется повышенными адсорбционными свойствами по отношению к полярным и неполярным химическим соединениям благодаря увеличению доступной площади поверхности двух адсорбентов - нанодисперсных оксидов кремния и алюминия.

Литература

1. Фильтрующе-сорбирующий материал с внедренным фотокатализатором / М.А.Саляхова [и др.] // Вестник Казанского Технологического Университета. -2013.т.16. № 23. - С. 52-53.

2. Фотохимическая деструкция текстильных материалов / М.А.Саляхова [и др.] // Вестник Казанского Технологического Университета. - 2013.т.16. № 17. - С 92-93.

3. Шабанова,Н.А. Химия и технология нанодисперсных оксидов [Текст] / Н.А. Шабанова, В.В.Попов, П.Д.Саркисов - М.: ИКЦ «Академкнига», 2007. - 309 с.

Содержание компонентов фотокаталитического композитного материала, % Адсорбция паров этилацетата

Фото -катализатор TiO2, анатаз Связую- щееSiО2 модифи- циро- ванный А1(ОН)4- Адсорбент (Y- A1OOH) бемит Равновесная величина сорбции aS, мг/г Предельный объем сорбци-онного про-странст-ва WS, см3/г

25 25 50 134 152

25 30 45 130 148

25 35 40 128 145

30 30 40 126 143

30 35 35 122 139

35 35 30 119 135

© М. А. Саляхова - асп. каф. плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов КНИТУ, milya_salyah@mail.ru; И. Ш. Абдуллин - д-р техн. наук, проф., зав. каф. плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов КНИТУ, аЪ(М1т^@к51и.ги; В. В. Уваев - канд. хим. наук, ген. дир. ОАО «КазХимНИИ»; Э. Н. Пухаче-ва - канд. техн. наук, ст. науч. сотр. лаб. №5 ОАО «КазХимНИИ», pukhacheva.e1a@mai1.ru.

©M. A. Salyahova - postgraduate of chair of plasmochemical and nanotechnologies of high-molecular materials KNRTU, milya_salyah@mail.ru; I. Sh. Abdullin - doctor of technical science, professor of chair of plasmochemical and nanotechnologies of high-molecular materials KNRTU, аbdu11in_i@kstu.ru; V. V. Uvaev - candidate of technical sciences, General Director, of Kazan Chemical Scientific-Research Institute; E. N. Pukhacheva - candidate of technical sciences, Senior researcher of Laboratory of Kazan Chemical Scientific-Research Institute, pukhacheva.ela@mail.ru.