JoVE Logo
Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • النتائج
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

توضح هذه المقالة طريقة اصطناعية للحصول على البزموت أوكسييوديدي الجزئي المجالات الخرز الصغير، التي وظيفية عالية لأداء بهوتوكاتاليتيك إزالة الملوثات العضوية الثابتة، مثل السيبروفلوكساسين، في المياه تحت إشعاع ضوء الأشعة فوق البنفسجية-أ/مرئية.

Abstract

أوكسيهاليدي البزموت (بيوي) مادة واعدة لأشعة الشمس-مدفوعة-البيئية فوتوكاتاليسيس. ونظرا لأن الهيكل المادي لهذا النوع من المواد العالية بأدائها على بهوتوكاتاليتيك، من الضروري توحيد الأساليب الاصطناعية بغية الحصول على أبنية أكثر وظيفية، ومن ثم بهوتوكاتاليتيك أعلى الكفاءة. هنا، نحن تقرير مسار موثوق بها للحصول على بيوي الجزئي المجالات الخرز الصغير عن طريق عملية سولفوثيرمال واستخدام ثنائية (لا3)3 ويوديد البوتاسيوم (كي) السلائف، وجليكول كقالب. يتم توحيد التوليف في اﻷوتوكﻻف 150 مل، في 126 درجة مئوية ح 18. هذه النتائج في 2-3 ميكرون الحجم ميسوبوروس الجزئي المجالات الخرز الصغير، مع مساحة سطحية محددة ذات صلة (/g 61.3 م2). تقصير أوقات رد الفعل في التوليف النتائج في هياكل غير متبلور، بينما يؤدي ارتفاع درجات الحرارة إلى زيادة طفيفة في التسلل الجزئي المجالات الخرز الصغير، مع أي تأثير في الأداء بهوتوكاتاليتيك. المواد الصورة النشطة تحت الأشعة فوق البنفسجية-أ/مرئية إشعاع الضوء لتدهور سيبروفلوكساسين مضاد حيوي في الماء. هذا الأسلوب أثبت فعاليته في الاختبارات اينترلبورتوري، الحصول على مماثل بيوي الجزئي المجالات الخرز الصغير في مجموعات البحوث المكسيكية والشيلي.

Introduction

تم تجميع عدد كبير من أشباه الموصلات قد حتى الآن، تهدف إلى فوتوكاتاليستس مع ارتفاع النشاط تحت إشعاع الضوء مرئياً، أما أن تتحلل المركبات العضوية أو لتوليد الطاقة المتجددة في شكل الهيدروجين1،2. أوكسيهاليديس البزموت بيوكس (X = Cl، Br، أو) هي المرشحة لمثل هذه التطبيقات بسبب كفاءتها العالية على بهوتوكاتاليتيك تحت أشعة الشمس الخفيفة أو محاكاة مرئية تشعيع3،4. طاقة فجوة النطاق (هز) أوكسيهاليديس البزموت يتناقص مع زيادة عدد الذرية هاليد؛ وهكذا، بيوي هي المادة عرض أدنى طاقة التنشيط (هز = 1.8 eV)5. ذرات يوديد، الرهينة عبر فإن دير فالس القوة لذرات البزموت، إنشاء مجال الكهربائي التي تفضل هجرة الناقلين التهمة إلى السطح أشباه الموصلات، مما آثار بهوتوكاتاليتيك العملية4،6. وعلاوة على ذلك، بنية كريستاليتي دور حاسم في صبرا، نشوئها شركات الشحن. هياكل موجه عالية في الطائرة (001) وهياكل ثلاثية الأبعاد (مثل الجزئي المجالات الخرز الصغير) تسهيل فصل الناقل المسؤول عند التشعيع، زيادة بهوتوكاتاليتيك الأداء7،،من89 , 10 , 11 , 12-وفي ضوء هذا، من الضروري تطوير الأساليب الاصطناعية يمكن الاعتماد عليها للحصول على الهياكل التي تعزز الصور-نشاط مواد أوكسيهاليدي البزموت.

الأسلوب سولفوثيرمال هو، إلى حد بعيد، الأكثر شيوعاً المستخدمة ودرس الطريق للحصول على بيوي الجزئي المجالات الخرز الصغير13،14،،من1516. بعض المنهجيات باستخدام السوائل الأيونية تم أيضا الإبلاغ عن17، على الرغم من النفقات المرتبطة بهذه المنهجيات يمكن أن تكون أعلى. هيكل ميكروسفيري عادة يتم الحصول عليها باستخدام المذيبات العضوية مثل جليكول، الذي يعمل بمثابة عامل تنسيق لتشكيل الكوكسيديس معدنية، أسفر عن ذاتية تجميع تدريجي [بي2س2]2 + الأنواع18 , 19-استخدام الطريق سولفوثيرمال مع جليكول تسهل تشكيل مورفولوجيس مختلفة عن طريق تغيير البارامترات الرئيسية في رد الفعل، مثل درجة الحرارة ووقت رد الفعل4،18. وهناك مجموعة واسعة من المؤلفات حول الأساليب الاصطناعية للحصول على بيوي الجزئي المجالات، الخرز الصغير الذي يظهر المعلومات المتناقضة تحقيق درجة عالية من فوتواكتيفي الهياكل. ويهدف هذا البروتوكول مفصلاً عرض أسلوب اصطناعية يمكن الاعتماد عليها للحصول على بيوي الجزئي المجالات الخرز الصغير وظيفية عالية في تدهور بهوتوكاتاليتيك الملوثات في المياه. ونعتزم تساعد الباحثين جديدة بنجاح الحصول على هذا النوع من المواد، وتجنب المزالق الأكثر شيوعاً المقترنة بعملية التوليف.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

ملاحظة: الرجاء قراءة (MSDS) جميع صحائف بيانات السلامة المادية قبل استخدام الكواشف الكيميائية. اتبع جميع البروتوكولات السلامة بارتداء معطف مختبر والقفازات. ارتداء نظارات السلامة حماية الأشعة فوق البنفسجية أثناء اختبارات فوتوكاتاليسيس. كن على علم أن المواد النانوية قد تعرض الآثار الخطرة هامة مقارنة بسلائفها.

1-إعداد الجزئي المجالات الخرز بيوي الصغير

  1. 1 الحل، حل ز 2.9104 من بينتاهيدراتي نترات البزموت (Bi (لا3)3∙5H2س) في 60 مل من الإثيلين غليكول في كوب زجاج. 2 الحل، حل ز 0.9960 لكي في 60 مل من الإثيلين غليكول في كوب زجاج.
    ملاحظة: من المهم أن تذوب تماما الأملاح غير عضوية في المذيبات العضوية؛ قد يستغرق حوالي 60 دقيقة سونيكاتيون قد تكون مفيدة لحل كل السلائف.
  2. دروبويسي، إضافة إلى حل 1 2 الحل (بمعدل تدفق حوالي 1 مل/دقيقة). سيتم تغيير عديم اللون 2 الحل لتعليق مصفر. في بعض الأحيان، عندما يتم حل 2 فجأة المضافة، قد تظهر لون أسود، بسبب تشكيل المجمع4– BiI. وفي مثل هذه الحالات، ويجب إحباط التوليف وبدأت مرة أخرى.
    ملاحظة: مواد المختبر يجب أن تكون تماما المجففة منذ حدوث المياه تعزز هطول الأمطار غير المنضبط لأكسيد البزموت (بي2س3).
  3. يقلب المخلوط باستخدام بسرعة معتدلة لمدة 30 دقيقة في درجة حرارة الغرفة. ثم قم بنقل الخليط إلى مفاعل اﻷوتوكﻻف 150 مل. دوامة الكأس لإزالة تعليق المتبقية من سيديوالس بعناية. فمن الممكن لإضافة 1 إلى 5 مل جليكول شطف قنينة. تأكد من أحكام إغلاق المفاعل.
    ملاحظة: ينبغي ملء في اﻷوتوكﻻف من 40% إلى 80% طاقتها من أجل تحقيق ظروف الضغط الأمثل لتشكيل الجزئي المجالات الخرز بيوي الصغير. قد يؤدي إلى فقدان للضغط، وإفساد التوليف ختم ناعمة من المفاعل.
  4. توفير المعالجة الحرارية للمفاعل في فرن، من درجة حرارة الغرفة إلى 126 درجة مئوية، استخدام منحدر درجة حرارة 2 درجة مئوية/دقيقة للحفاظ على درجة الحرارة النهائية 18 ح10. ثم تبريد مفاعل اﻷوتوكﻻف لدرجة حرارة الغرفة.
    ملاحظة: لا يسخن الفرن أو توفير التدفئة السريعة نظراً لأنها سوف تفسد تشكيل الجزئي المجالات الخرز الصغير.
    تنبيه: الحث على عدم التبريد عن طريق غسل اﻷوتوكﻻف بالماء البارد، كما أنه قد يسبب تشوه اﻷوتوكﻻف. لا تحاول فتح المفاعل في حين أنها لا تزال ساخنة، وهذا قد يؤدي إلى إطلاق غاز اليود.

2-غسل الجزئي المجالات الخرز بيوي الصغير

  1. فصل المواد الصلبة التي والصفق وغسله لإزالة جليكول بقدر الإمكان. وإعداد نظام ترشيح تتكون 0.8 ميكرومتر ورق الترشيح (الصف 5، خالية من رماد) بشكل صحيح التقيد بجدران القمع الزجاج. قم بتوصيل قارورة Erlenmeyer استخدام سداده فلين اخترقت. القيام بخطوة الترشيح بالجاذبية.
    1. (اختياري) عند سكب التعليق من المفاعل للقمع، استخدام المياه شطف مفاعل اﻷوتوكﻻف.
  2. غسل المنتج الصلبة الإبقاء عليها في ورقة تصفية — اللون البرتقالي مكثفة-المقطر عدة مرات مع الماء والايثانول المطلق (الدرجة التقنية). البديل المذيب الغسيل حتى المادة المرتشحة عديم اللون.
    ملاحظة: الرجاء ملاحظة أن المياه بإزالة الأيونات غير العضوية، بينما يزيل الإيثانول المطلقة جليكول المتبقية؛ وبالتالي، يجب استخدام كلا المذيبات.
  3. استخدام المياه في الغسيل آخر خطوتين لإزالة أي أثر الإيثانول المطلقة وتجفيف المنتج اللون البرتقالي مكثفة عند 80 درجة مئوية ح 24. وأخيراً، تخزين المواد في زجاجات، في الظلام، ويفضل أن يكون ذلك في مجفف.

3. وصف الجزئي المجالات الخرز بيوي الصغير

  1. القيام بتحليل حيود الأشعة السينية لمسحوق، استخدام مصدر ضوء Cu-Kα مونوتشروميك، مع λ = 1.5406، تعمل على 30 كيلو فولت و 15 mA.
  2. تحديد مساحة محددة بواسطة الأسلوب برنار – اميت – الصراف (الرهان)، عن طريق الامتزاز من ن2.
    1. Outgas مسحوق العينات (500 ملغ) في 80 درجة مئوية بين عشية وضحاها قبل التحليل. إجراء القياسات الامتزاز2 ن في-75ºC. حساب مساحة محددة وحجم المسام من إيسوثيرمس الامتزاز.
  3. تحديد أطياف الانعكاس منتشر الأشعة فوق البنفسجية-المرئية للمواد باستخدام جهاز المطياف الضوئي مع ملحق فرس.
    1. الجاف لعينات مسحوق، في فرن مختبر، في 105ºC بين عشية وضحاها. بعد ذلك، وضعت بعناية 30 ملغ في الميناء عينة من الملحقات فرس.
    2. تشعيع عينات مسحوق مع مصدر ضوء ضمن المجموعة من 200 إلى 800 نانومتر بغية الحصول على طيف امتصاص الضوء من المواد. حساب طاقة الفجوة باند (Eg) استخدام طيف امتصاص العينة.
  4. تحديد حجم الجزئي المجالات الخرز بيوي الصغير الثانوية عن طريق فحص المجهر الإلكتروني.
    1. وضع مسحوق العينة على شريط الكربون، ومن ثم في كعب الروتين المجهر لتنفيذ الملاحظات.
    2. تحديد التركيب الكيميائي للعينات بواسطة التحليل الطيفي (EDS) الأشعة السينية المشتتة الطاقة.

4-على بهوتوكاتاليتيك نشاط الاختبار

  1. اختبار حل، حل 7.5 ملغم سيبروفلوكساسين في 250 مل ماء المقطر للحصول على حل 30 صفحة في دقيقة. ثم قم بنقل الاختبار حل على بهوتوكاتاليتيك الزجاج المفاعل. دقة تحريك الحل، مع محرض مغناطيسي، الحفاظ على درجة الحرارة عند 25 درجة مئوية. فقاعة هواء للحل في 100 مل/دقيقة من أجل الحفاظ على تشبع الهواء.
  2. إضافة 62.5 ملغ فوتوكاتاليست بيوي في حل الاختبار لتحقيق تركيز 0.25 g/l. فورا، وأخذ العينة الأولى (8 مل) استخدام المحاقن زجاجية. وبعد 30 دقيقة من إثارة في الظلام، أخذ العينة الثانية وتشغيل مصدر الضوء.
    1. نظراً لأن التجارب التي تتم تحت ظروف الإضاءة الأشعة فوق البنفسجية-أ/مرئية، استخدم مصباح W 70 في الاختبارات فوتوكاتاليسيس. تحديد موقع مصدر الضوء 5 سم فوق فوتوريكتور.
  3. أخذ العينات السائلة (8 مل) بعد 5 و 10، 15، 20، 30، 45، 60، 90، 120، 180، 240، و 300 دقيقة التشعيع. تصفية جميع العينات المسحوبة بتمريرها عبر غشاء نايلون 0.22 ميكرومتر، بغية إزالة أي جسيمات صلبة من السائل قبل التحليل. تخزين العينات التي تمت تصفيتها في قارورة الزجاج العنبر في 4 درجات مئوية حتى التحليل.
  4. تحديد التمعدن سيبروفلوكساسين عن طريق تحليل تركيز الكربون العضوي الكلي (TOC) المتبقية في العينات السائلة خلال عملية على بهوتوكاتاليتيك.
    1. قياس تركيز الكربون الكلي (TC، في مغ/لتر) عن طريق الاحتراق الرطب في 720 درجة مئوية، ووجود مناخ محفز والهواء Pt. في ظل هذه الظروف، تتأكسد إلى CO2 جميع الكربون وكمياً في كشف فتير الاقتران بالجهاز جدول المحتويات.
    2. تحديد تركيز الكربون غير العضوي (IC، في مغ/لتر) عبر التحمض العينات مع 1 م HCl، مما يؤدي إلى تحويل كربونات وبيكربونات إلى CO2· ح2س، الذي يتم تحديده كمياً في كشف فتير.
    3. حساب تركيز جدول المحتويات المتبقية في عينات المياه بالمعادلة التالية.
      figure-protocol-6235
      ملاحظة: تفاديا للتدخلات، ومن ثم نتائج غير صحيحة، مهم جداً لإزالة أي أثر للشوائب العضوية بدقة تنظيف جميع المواد المستخدمة في إعداد عينة الزجاج. هذا قد يكون له ما يبرره بالغسيل عدة مرات بالماء الساخن.
    4. حساب العائد التمعدن عبر استنفاد الكربون العضوي الكلي في جميع أنحاء رد الفعل باستخدام المعادلة:
      figure-protocol-6610
      هنا، هو جدول المحتوياتس تركيز الكربون العضوي الكلي في بداية التشعيع، بينما جدول المحتويات هو تركيز الكربون العضوي الكلي في أي وقت للرد بهوتوكاتاليتيك.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

النتائج

تم توليفها المجهرية 3D من بيوي بنجاح بالطريقة الاصطناعية المقترحة. وهذا ما أكده الصور SEM هو مبين في الشكل 1 ألف–ج. الجزئي المجالات الخرز الصغير تتشكل من هياكل الصفحي [بي2س2]2 +، التي هي المستعبدين من قبل اثنين من ذرات يوديد...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

أننا نعتبر هذا خليط السلائف كخطوة حاسمة في تركيب سولفوثيرمال الجزئي المجالات الخرز بيوي الصغير. نازف بطيئة جداً لكي الحل إلى الحل ثنائية (لا3)3 (في أقصى قدر من 1 مل/دقيقة) أمر حاسم للحصول على ميسوبوروس الجزئي المجالات الخرز الصغير، حيث أنه يسمح تشكيل بطيئة والتجميع الذاتي من الأل...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.

Acknowledgements

الكتاب أريد أن أشكر العلوم دي أمانة، والتكنولوجيا الإلكترونية Ciudad de la Innovación de قدمت المكسيك للموارد القيام بهذا العمل من خلال مشروع ممول سيسيتي/047/2016، و "الصناديق الوطنية" للتنمية العلمية والتكنولوجية شيلي (التمويلية 11170431).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
Bismuth(III) nitrate pentahydrateSigma Aldrich383074ACS reagent, ≥98.0%
Potassium iodideSigma Aldrich746428ACS reagent, ≥98.0%
Ethylene glycolSigma Aldrich324558Anhydrous, 99.8%
EthanolMeyer5405Technical Grade, 96%
CiprofloxacinSigma Aldrich17850HPLC, ≥98.0%
Cary 5000 UV-Vis-NIR spectrophotometerAgilentUsed for the Band gap determination by the Tauc model.
JSM-5600 Scanning Electron MicroscopeJOELUsed for the SEM images.
Autosob-1Qantachrome InstrumentsUsed for the determination of surface area and pore diameter.
TOC-L Total Organic Carbon AnalyzerShimadzuUsed for determination of total organic carbon in water samples.
Bruker AXS D8 Advance - X-ray DiffractionBrukerDetermination of crystal structure and crystallite size

References

  1. Yu, C., Zhou, W., Liu, H., Liu, Y., Dionysiou, D. D. Design and fabrication of microsphere photocatalysts for environmental purification and energy conversion. Chemical Engineering Journal. 287, 117-129 (2016).
  2. Wang, H., et al. Semiconductor heterojunction photocatalysts: Design, construction, and photocatalytic performances. Chemical Society Reviews. 43 (15), 5234-5244 (2014).
  3. Chou, S. Y., Chen, C. C., Dai, Y. M., Lin, J. H., Lee, W. W. Novel synthesis of bismuth oxyiodide/graphitic carbon nitride nanocomposites with enhanced visible-light photocatalytic activity. RSC Advances. 6, 33478-33491 (2016).
  4. Siao, C. W., et al. Controlled hydrothermal synthesis of bismuth oxychloride/bismuth oxybromide/bismuth oxyiodide composites exhibiting visible-light photocatalytic degradation of 2-hydroxybenzoic acid and crystal violet. Journal of Colloid and Interface Science. 526, 322-336 (2018).
  5. Meng, X., Zhang, Z. Bismuth-based photocatalytic semiconductors: Introduction, challenges and possible approaches. Journal of Molecular Catalysis A: Chemical. 423, 533-549 (2016).
  6. Wang, Y., Deng, K., Zhang, L. Visible light photocatalysis of BiOI and its photocatalytic activity enhancement by in situ ionic liquid modification. Journal of Physical Chemistry C. 115 (29), 14300-14308 (2011).
  7. Xiao, X., Zhang, W. De Facile synthesis of nanostructured BiOI microspheres with high visible light-induced photocatalytic activity. Journal of Materials Chemistry. 20 (28), 5866-5870 (2010).
  8. Chen, C. C., et al. Bismuth oxyfluoride/bismuth oxyiodide nanocomposites enhance visible-light-driven photocatalytic activity. Journal of Colloid and Interface Science. 532, 375-386 (2018).
  9. Xia, J., et al. Self-assembly and enhanced photocatalytic properties of BiOI hollow microspheres via a reactable ionic liquid. Langmuir. 27 (3), 1200-1206 (2011).
  10. Mera, A. C., Contreras, D., Escalona, N., Mansilla, H. D. BiOI microspheres for photocatalytic degradation of gallic acid. Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry. 318, 71-76 (2016).
  11. Pan, M., Zhang, H., Gao, G., Liu, L., Chen, W. Facet-dependent catalytic activity of nanosheet-assembled bismuth oxyiodide microspheres in degradation of bisphenol A. Environmental Science and Technology. 49 (10), 6240-6248 (2015).
  12. Hu, J., et al. Solvents mediated-synthesis of BiOI photocatalysts with tunable morphologies and their visible-light driven photocatalytic performances in removing of arsenic from water. Journal of Hazardous Materials. 264, 293-302 (2014).
  13. Ye, L., Su, Y., Jin, X., Xie, H., Zhang, C. Recent advances in BiOX (X = Cl, Br and I) photocatalysts: Synthesis, modification, facet effects and mechanisms. Environmental Science: Nano. 1 (2), 90-112 (2014).
  14. Qin, X., et al. Three dimensional BiOX (X=Cl, Br and I) hierarchical architectures: Facile ionic liquid-assisted solvothermal synthesis and photocatalysis towards organic dye degradation. Materials Letters. 100, 285-288 (2013).
  15. Chou, S. Y., et al. A series of BiO x I y/GO photocatalysts: synthesis, characterization, activity, and mechanism. RSC Advances. 6 (86), 82743-82758 (2016).
  16. Shi, X., Chen, X., Chen, X., Zhou, S., Lou, S. Solvothermal synthesis of BiOI hierarchical spheres with homogeneous sizes and their high photocatalytic performance. Materials Letters. 68, 296-299 (2012).
  17. Di, J., et al. Reactable ionic liquid-assisted rapid synthesis of BiOI hollow microspheres at room temperature with enhanced photocatalytic activity. Journal of Materials Chemistry A. 2 (38), 15864-15874 (2014).
  18. Ren, K., et al. Controllable synthesis of hollow/flower-like BiOI microspheres and highly efficient adsorption and photocatalytic activity. CrystEngComm. 14 (13), 4384-4390 (2012).
  19. Lei, Y., et al. Room temperature, template-free synthesis of BiOI hierarchical structures: Visible-light photocatalytic and electrochemical hydrogen storage properties. Dalton Transactions. 39 (13), 3273-3278 (2010).
  20. Montoya-Zamora, J. M., Martínez-de la Cruz, A., López Cuéllar, E. Enhanced photocatalytic activity of BiOI synthesized in presence of EDTA. Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers. 75, 307-316 (2017).
  21. He, R., Zhang, J., Yu, J., Cao, S. Room-temperature synthesis of BiOI with tailorable (0 0 1) facets and enhanced photocatalytic activity. Journal of Colloid and Interface Science. 478, 201-208 (2016).
  22. Song, J. M., Mao, C. J., Niu, H. L., Shen, Y. H., Zhang, S. Y. Hierarchical structured bismuth oxychlorides: self-assembly from nanoplates to nanoflowers via a solvothermal route and their photocatalytic properties. CrystEngComm. 12, 3875-3881 (2010).
  23. Mera, A. C., Váldes, H., Jamett, F. J., Meléndrez, M. F. BiOBr microspheres for photocatalytic degradation of an anionic dye. Solid State Science. 65, 15-21 (2017).
  24. Kong, X. Y., Lee, W. C., Ong, W. J., Chai, S. P., Mohamed, A. R. Oxygen-deficient BiOBr as a highly stable photocatalyst for efficient CO2 reduction into renewable carbon-neutral fuels. ChemCatChem. 8, 3074-3081 (2016).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

145

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved