Синтез, исследование каталитической и сорбционной активности наноразмерного феррита никеля (II) в отношении метилового оранжевого
Аннотация
Наноразмерные магнитные ферриты-шпинели привлекают все большее внимание как функциональные материалы для катализа и сорбции. Преимущество таких катализаторов и сорбентов определяется их химической устойчивостью в агрессивных средах и термической стабильностью, большой площадью удельной поверхности, высокой намагниченностью насыщения, позволяющей создавать на их основе магнитоуправляемые функциональные материалы. В данной статье представляются результаты синтеза нанопорошка феррита никеля (II), его характеризации, исследования каталитической и сорбционной активности в отношении красителя метилового оранжевого.
Синтезированный методом цитратного горения нанокристаллический NiFe2O4 охарактеризован методами рентгеновской дифракции (РФА), просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ), растровой электронной микроскопии (РЭМ). Проведено тестирование никелевой шпинели как катализатора фентоноподобной реакции окислительной деструкции метилового оранжевого при УФ-облучении с l = 270 нм. Осуществлена дифференциация окисления с сорбцией красителя на наноразмерном катализатор NiFe2O4. Кинетика окислительной деструкции поллютанта при ультрафиолетовом облучении в присутствии катализатора удовлетворительно описывается моделью псевдопервого порядка, константа скорости реакции составляет 0.0191 мин–1. Степень деструкции метилового оранжевого за 150 мин достигает 99 %. Параллельный эксперимент без добавления пероксида водорода к раствору красителя позволил оценить сорбционную способность наноразмерного феррита никеля (II). Концентрация красителя через 150 мин за счет сорбции уменьшается на 7.5 %, равновесная сорбционная емкость NiFe2O4 невелика и составляет 0.132 мг/г. Это свидетельствует о деколоризации раствора метилового оранжевого преимущественно за счет его каталитической окислительной деструкции по типу реакции Фентона.
Вышеизложенное позволяет рассматривать наноразмерный феррит никеля как перспективный материал для процессов очистки сточных вод путем глубокого окисления органических поллютантов
Скачивания
Литература
Gagan K. B., Sumit B., Mahavir S., Khalid M. B. Ferrites and multiferroics fundamentals to applications: fundamentals to applications. Springer Singapore; 2021. 213 p. https://doi.org/10.1007/978-981-16-7454-9
Sharma S. K. (ed). Spinel nano ferrites. Synthesis, properties and applications. Springer Cham; 2021. 475 p. https://doi.org/10.1007/978-3-030-79960-1
Winiarska K., Klimkiewicz R., Tylus W., … Szczygieł I. Study of the catalytic activity and surface properties of manganese-zinc ferrite prepared from used batteries. Journal of Chemistry. 2019;201: 1–14. https://doi.org/10.1155/2019/5430904
Ramazania A., Fardood S. T., Hosseinzadeha Z., … Jooc S. W. Green synthesis of magnetic copper ferrite nanoparticles using tragacanth gum as a biotemplate and their catalytic activity for the oxidation of alcohols. Iranian Journal of Catalysis. 2017;7(3): 181–185.
Taghavi Fardood S., Ramazani A., Golfar Z., Joo S. W. Green synthesis of a-Fe2O (hematite) nanoparticles using tragacanth gel. Quarterly Journal of Applied Chemical Research. 2017;11(3): 19–27.
Thomas J., Thomas N., Girgsdies F., Beherns M., Huang X., Sudheesh V. D. Synthesis of cobalt ferrite nanoparticles by constant pH co-precipitation and their high catalytic activity in CO oxidation. New Journal of Chemistry. 2017;41: 7356–736. https://doi.org/10.1039/C7NJ00558J
Zelenskaya E. A., Chernyshev V. M., Shabelskaya N. P., Sulima S. I., Sulima E. V., Semchenko V. V., … Vlasenko A. I. Study of catalytic activity of oxides of transition elements in the reaction of hydrogen peroxide decomposition. Fundamentalnye issledovania = Fundamental studies. 2016;4: 261–265. (In Russ).
Artemyanov A. P., Zemskova L. A., Ivanov V. V. Catalytic liquid-phase oxidation of phenol in water media using carbon fiber (iron, iron oxide) catalyst. Izvestia vysshikh uchebnykh zavedenii Khimiya Khimicheskaya Tekhnologiya = News of higher education institutions. Series: Chemistry and Chemical Technology.2017;60(8): 8–95. (In Russ). https://doi.org/10.6060/tcct.2017608.5582
Ding C., Zhao H., Zhu X., Liu X. Preparation of cotton linters’ aerogel-based C/NiFe2O4 photocatalyst for efficient degradation of methylene blue. Nanomaterials. 2022;12(12): 2021. https://doi.org/10.3390/nano12122021
Gomaa H., Abd El-Monaem E. M., Eltaweil A. S., Omer A. M. Efficient removal of noxious methylene blue and crystal violet dyes at neutral conditions by reusable montmorillonite/NiFe2O4@amine-functionalized chitosan composite. Scientif ic Reports. 2022;15;12(1): 15499. https://doi.org/10.1038/s41598-022-19570-1
Tomina E., Novikova L., Kotova A., … Alekhina Y. ZnFe2O4/zeolite nanocomposites for sorption extraction of Cu2+ from aqueous medium. AppliedChem. 2023;(3):452–476. https://doi.org/10.3390/appliedchem3040029
Rashidi S., Ataie A. One-step synthesis of CoFe2O4 nano-particles by mechanical alloying. Advanced Materials Research. 2014;829: 747–751. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/amr.829.747
Srinivasa Rao K., Ranga Nayakulu S. V., Chaitanya Varma M., Choudary G. S. V. R. K., Rao K. H. Controlled phase evolution and the occurrence of single domain CoXoFe2O4 nanoparticles synthesized by PVA assisted sol-gel method. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2018;451(1): 602–608. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2017.11.069
Manikandan A., Sridhar R., Arul Antony S., Ramakrishna S. A simple aloe vera plant-extracted microwave and conventional combustion synthesis: morphological, optical, magnetic and catalytic properties of CoFe2O4 nanostructures. Journal of Molecular Structure. 2014;1076: 188–200. https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2014.07.054
Petrova E., Kotsikau D., Pankov V., Fahmi A. Influence of synthesis methods on structural and magnetic characteristics of Mg–Zn-ferrite nanopowders. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2019;473: 85–91. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2018.09.128
Mittova I. Ya., Tomina E. V., Lavrushina S. S. Nanomaterials: synthesis of nanocrystalline powders and production of compact nanocrystalline materials*. Textbook for universities. Voronezh: Publisher: IPC VSU Publ.; 2007. (In Russ.)
Meshcheryakova A. A., Tomina E. V.,Titov S. A. Study of the sorption and catalytic properties of nickel ferrite with respect to 2,4-dinitrophenol. High Energy Chemistry. 2023;57: 342–345. https://doi.org/10.1134/S0018143923080180
JCPDC PCPDFWIN: A Windows Retrieval/Display program for Accessing the ICDD PDF – 2 Data base. International Centre for Diffraction Data, 1997.
Brandon D., Kaplan U. Microstructure of materials. Research and control methods. West Sussex: John Wiley & Sons Ltd; 1999, p. 384.
Tomina E. V., Kurkin N. A., Konkina D. A. ZnFe2O4 nanoscale catalyst for wastewater treatment from dyes by oxidative degradation. Ecology and Industry of Russia. 2022;26(5): 17–21. (In Russ). https://doi.org/10.18412/1816-0395-2022-5-17-21.
Maldonado A. C. M., Winkler E. L., Raineri M., … Lima E. Free-radical formation by the peroxidaselike catalytic activity of MFe2O4 (M = Fe, Ni, and Mn) nanoparticles. The Journal of Physical Chemistry C. 2019;123(33): 20617–20627. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.9b05371
Tatarchuk T., Shyichuk A., Trawczyńska I., … Gargula R. Spinel cobalt(II) ferrite-chromites as catalysts for H2O2 decomposition: synthesis, morphology, cation distribution and antistructure model of active centers formation. Ceramics International. 2020;46(17): 27517–27530. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.07.243
Kurkin N. A., Volkov A. S., Doroshenko A. V., Gudkova N. A., Tomina E. V. Actual problems of theory and practice of heterogeneous catalysts and adsorbents: Proceedings of the VII All-Russian scientific conference*. Kazan; 2023. pp. 248–249. (In Russ.)
Zhang F., Wu C., Kaiyi W., Zhou H., …Wei S. Ozonation of aqueous phenol catalyzed by biochar produced from sludge obtained in the treatment of coking wastewater. Journal of Environmental Management. 2017;547: 60–68. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2018.07.038
Shabelskaya N. P., Egorova M. A., Vasileva E. V., Polozhentsev O. E. Photocatalytic properties of nanosized zinc ferrite and zinc chromite. Advances in Natural Sciences: Nanoscience and Nanotechnology. 2021;12(1): 015004. https://doi.org/10.1088/2043-6254/abde3b
Copyright (c) 2024 Конденсированные среды и межфазные границы
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
