The effect of methyl methacrylate transformations during photocatalysis in the presence of RbTe1.5W0.5O6 on the change of the complex oxide surface

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Аннотация

The features of the surface changes of the RbTe1.5W0.5O6 photocatalyst during polymerization processes involving methyl methacrylate (MMA) under irradiation with visible light λ= 400–700 nm at a temperature of 20–25 °C, as well as regeneration conditions for its reuse, have been studied. The realization of a chemical reaction in a mixture of a photocatalyst and a monomer is determined by its kinetic parameters and the concentration of reacting particles. The formation of OH• radicals, which are active in radical polymerization, occurs in this case by both ways: interacting between water molecules adsorbed on the surface, as well as during the recovery of oxygen dissolved in water. Due to the high reactivity of the hydroxyl radical, an active process of radical polymerization of MMA could be expected. However, the formation of polymethyl methacrylate (PMMA) in the reaction takes place with a low conversion – the formation of 5–10% polymer, which is related to changes on the surface of the complex oxide RbTe1.5W0.5O6 during the reaction. Scanning electron microscopy (SEM) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) methods have been used to investigate the catalyst surface. The presence of organic and polymer substrates was revealed on the catalyst surface after the reaction. As a result of the catalyst treatment by ultrasound in an aqueous emulsion, polymer macromolecules are not identified on the surface, but chemically adsorbed monomer and oligomers formed under the ultrasound destruction of the polymer are presented. Other methods of cleaning the catalyst surface by washing in different solutions as chloroform and tetrahydrofuran also are not effective and cause the adsorbates transformations on the surface. It leads to decreasing the RbTe1.5W0.5O6 catalyst's activity for repeated polymerization. Thus, to successful regeneration of the catalyst's powder not only ultrasound treatment is required, but also heating it at 300–400 °C to remove organic substrates.

Авторлар туралы

V. Chasova

Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod

Email: tchasowa.vika@yandex.ru

D. Fukina

Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod

Email: dianafuk@yandex.ru

A. Boryakov

Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod

Email: albrv@mail.ru

E. Zhizhin

St. Petersburg University

Email: evgeny_liquid@mail.ru

A. Koroleva

St. Petersburg University

Email: dalika@inbox.ru

L. Semenycheva

Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod

Email: llsem@yandex.ru

E. Suleimanov

Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod

Email: suev@unn.ru

Әдебиет тізімі

  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).

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
Жүктеу


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».