Study of the mechanism of photocatalytic activity of zinc oxide in the presence of synthetic zeolite

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. The regularities of changes in the photocatalytic activity of zinc oxide ZnO in the presence of synthetic zeolite are investigated. The data on the photocatalytic properties of the surface of lime coating based on the composition with the addition of zinc oxide and synthetic zeolite are presented.Materials and methods. A complex of general scientific research methods was used. Lime with activity of 83 % was used in the development of the formulation of the finishing composition. An aluminosilicate additive was used as a synthetic zeolite, obtained by adding microdispersed aluminum powders to sodium liquid glass with silicate module of 2.9 at a temperature of 60 °C for 90 minutes. The photocatalytic activity of ZnO using synthetic zeolite was studied by photodegradation of methylene blue dye under the action of UV light. The methods presented in the scientific and technical literature were used. Spectroscopic studies of the specimens were carried out on an FSM 1201 IR Fourier spectrometer (LLC “Infraspek”, Russia) and an SF-56 spectrophotometer.Results. An increase in the photocatalytic properties of the surface of a lime coating based on a composition using ZnO oxide and synthetic zeolite was established. The optical band gap of ZnO was determined. It was revealed that the optical band gap of zinc oxide in combination with synthetic zeolite is 2.96 and 2.70 eV, which is significantly less than the value of 3.37 eV characteristic of zinc oxide.Conclusions. To impart self-cleaning properties to lime coatings, it is proposed to introduce zinc oxide into the formulation of the photocatalyst together with an additive based on synthetic zeolite.

About the authors

V. I. Loganina

Penza State University of Architecture and Construction (PSUAC)

Email: loganin@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-7532-0074

A. D. Ryzhov

Penza State University of Architecture and Construction (PSUAC)

Email: penza48@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-4861-7352

I. A. Pronin

Penza State University

Email: nano-micro@pnzgu.ru

A. A. Karmanov

Penza State University

Email: starosta07km@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-8318-8149

N. D. Yakushova

Penza State University

Email: nano-micro@pnzgu.ru

References

  1. Tolstoy A.D., Lesovik V.S., Glagolev E.S., Vodopyanov I.O. Self-restoration hardening systems of high-strength concrete of a new generation // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019. Vol. 560. Issue 1. P. 012156. doi: 10.1088/1757-899x/560/1/012156
  2. Фаликман В.Р., Вайнер А.Я. Новые высокоэффективные нанодобавки для фотокаталитических бетонов: синтез и исследование // Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал. 2015. Т. 7. № 1. С. 18–28. doi: 10.15828/2075-8545-2015-7-1-18-28. EDN TIXUVD.
  3. Лукутцова Н.П., Постникова О.А., Соболева Г.Н., Ротарь Д.В., Оглоблина Е.В. Фотокаталитическое покрытие на основе добавки нанодисперсного диоксида титана // Строительные материалы. 2015. № 11. С. 5–8. EDN VCIDUF.
  4. Фаликман В.Р. Фотокаталитически активные строительные материалы с наночастицами диоксида титана — новая концепция улучшения экологии мегаполисов. М. : МГСУ, 2015. 49 с.
  5. Kiriakidou F., Kondarides D.I., Verykios X.E. The effect of operational parameters and TiO2-doping on the photocatalytic degradation of azo-dyes // Catalysis Today. 1999. Vol. 54. Issue 1. Рр. 119–130. doi: 10.1016/s0920-5861(99)00174-1
  6. Umebayashi T., Yamaki T., Itoh H., Asai K. Analysis of electronic structures of 3d transition metal-doped TiO2 based on band calculations // Journal of Physics and Chemistry of Solids. 2002. Vol. 63. Issue 10. Рр. 1909–1920. doi: 10.1016/s0022-3697(02)-00177-4
  7. Степанов А.Ю., Сотникова Л.В., Владимиров А.А., Дягилев Д.В., Ларичев Т.А., Пугачев B.М. и др. Синтез и исследование фотокаталитических свойств материалов на основе TiO2 // Вестник КемГУ. 2013. № 2–1 (54). С. 249–255. EDN OLMIVS.
  8. Самченко С.В., Козлова И.В., Коршунов А.В., Земскова О.В., Дударева М.О., Агафонова Н.З. Исследование физико-механических и фотокаталитических свойств цементных композитов, модифицированных промышленным диоксидом титана // Техника и технология силикатов. 2023. Т. 30. № 2. С. 152–161. EDN LFEMUW.
  9. Козлова И.В., Земскова О.В., Самченко С.В., Дударева М.О. Варианты синтеза фотокаталитически активной добавки для цементных систем // Техника и технология силикатов. 2023. Т. 30. № 3. С. 206–216. EDN HJAAJE.
  10. Samchenko S.V., Kozlova I.V., Korshunov A.V., Zemskova O.V., Dudareva M.O. Synthesis and evaluation of properties of an additive based on bismuth titanates for cement systems // Materials. 2023. Vol. 16. Issue 18. P. 6262. doi: 10.3390/ma16186262
  11. Лашкова Н.А., Максимов А.И., Рябко А.А., Бобков А.А., Мошников В.А., Теруков Е.И. Синтез наноструктур на основе оксида цинка для создания гетероструктурных фотовольтаических элементов // Физика и техника полупроводников. 2016. Т. 50. № 9. С. 1276–1282. EDN XAXUWV.
  12. Аверин И.А., Пронин И.А., Якушова Н.Д., Карманов А.А., Сычев М.М., Вихман С.В. и др. Анализ структурной эволюции порошков оксида цинка, полученных методом механического высокоэнергетического размола // Журнал технической физики. 2019. Т. 89. № 9. С. 1406–1411. doi: 10.21883/JTF.2019.09.48067.437. EDN OHCSAR.
  13. Nikazar M., Alizadeh M., Lalavi R., Rostami M.H. The optimum conditions for synthesis of Fe3O4/ZnO core/shell magnetic nanoparticles for photodegradation of phenol // Journal of Environmental Health Science and Engineering. 2014. Vol. 12. Issue 1. doi: 10.1186/2052-336x-12-21
  14. Elshypany R., Selim H., Zakaria K., Moustafa A.H., Sadeek S.A., Sharaa S.I. et al. Elaboration of Fe3O4/ZnO nanocomposite with highly performance photocatalytic activity for degradation methylene blue under visible light irradiation // Environmental Technology & Innovation. 2021. Vol. 23. P. 101710. doi: 10.1016/j.eti.2021.101710
  15. Губарева Е.Н., Баскаков П.С., Строкова В.В., Лабузова М.В. Особенности структуры золей диоксида титана и морфологии пленок на их основе // Известия Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета). 2019. № 48 (74). С. 78–83. EDN KFLTUQ.
  16. Zhang J., Liu Z. Fabrication and characterization of Eu2+-doped lanthanum-magnesium-gallium/TiO2-based composition as photocatalytic materials for cement concrete-related methyl orange (MO) degradation // Ceramics International. 2019. Vol. 45. Issue 8. Рр. 10342–10347. doi: 10.1016/j.ceramint.2019.02.090
  17. Sreethawong T., Suzuki Y., Yoshikawa S. Photocatalytic evolution of hydrogen over mesoporous TiO2 supported NiO photocatalyst prepared by single-step sol-gel process with surfactant template // International Journal of Hydrogen Energy. 2005. Vol. 30. Issue 10. Рр. 1053–1062. doi: 10.1016/j.ijhydene.2004.09.007
  18. Li G., Mang C., Xing L., Cao P., Cai Y., Luo J. et al. Surfactant-assisted synthesis of Mo-doped TiO2/FAC (fly ash cenosphere) for degradation of methylene blue dye under visible light irradiation // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2022. Vol. 651. P. 129669. doi: 10.1016/j.colsurfa.2022.129669
  19. Yan Y., Li C., Wu Y., Gao J., Zhang Q. From isolated Ti-oxo clusters to infinite Ti-oxo chains and sheets: Recent advances in photoactive Ti-based MOFs // Journal of Materials Chemistry A. 2020. Vol. 8. Issue 31. Рр. 15245–15270. doi: 10.1039/d0ta03749d
  20. Cheng W., Li C., Ma X., Yu L., Liu G. Effect of SiO2-doping on photogenerated cathodic protection of nano-TiO2 films on 304 stainless steel // Materials & Design. 017. Vol. 126. Рр. 155–161. doi: 10.1016/j.matdes.2017.04.041
  21. Liu W., Li C., Mao J., Hu L., Li M., Yun Y. et al. Synergistic effect of xSi-TiO2 ceramic membrane on photocatalytic oxidation and water vapor recovery of high humidity NO // Separation and Purification Technology. 2023. Vol. 318. P. 123928. doi: 10.1016/j.seppur.2023.123928
  22. Viezbicke B.D., Patel S., Davis B.E., Birnie D.P. Evaluation of the Tauc method for optical absorption edge determination: ZnO thin films as a model system // Physica status solidi (b). 2015. Vol. 252. Issue 8. Рр. 1700–1710. doi: 10.1002/pssb.201552007
  23. Loganina V.I., Ryzhov A.D. Structure and properties of synthesized additive based on amorphous aluminosilicates // Case Studies in Construction Materials. 2015. Vol. 3. Рр. 132–136. doi: 10.1016/j.cscm.2015.10.005
  24. Loganina V.I., Ryzhov A.D. Properties of limy composites with the addition aluminosilicates // Contemporary Engineering Sciences. 2015. Vol. 8. Рр. 409–413. doi: 10.12988/ces.2015.5237
  25. Loganina V.I., Skachkov Y.P., Ryzhov A.D. Additive based on aluminosilicates for lime dry mortar mixes // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018. Vol. 441. P. 012028. doi: 10.1088/1757-899x/441/1/012028
  26. Loganina V.I., Makarova L.V., Tarasov R.V., Ryzhov A.D. The limy composite binder with the use of the synthesized aluminosilicates // Applied Mechanics and Materials. 2014. Vol. 662. Рр. 11–14. doi: 10.4028/ href='www.scientific.net/amm.662.11' target='_blank'>www.scientific.net/amm.662.11
  27. Ellerbrock R., Stein M., Schaller J. Comparing amorphous silica, short-range-ordered silicates and silicic acid species by FTIR // Scientific Reports. 2022. Vol. 12. Issue 1. doi: 10.1038/s41598-022-15882-4

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».