Nanoparticule compozite de tipul Fe3O4/TiO2:Eu pentru depoluarea apelor prin efect fotocatalitic
Autor: Maria Ștefan, Dana Toloman, Adriana Paula Popa, Ioan Ovidiu Pană
Cuvinte cheie: nanoparticule compozite, depoluare, efect fotocatalitic
Aplicații
Consumul de apă contaminată cu poluanți organici, microorganisme patogene și metale grele este asociat cu apariția unor probleme de sănătate publică.
Degradarea poluanților organici poate fi realizată prin efect fotocatalitic, care reprezintă o metodă alternativă de tartare a apelor uzate prin care aceștia sunt descompuși în CO2 și H2O.
Aspecte inovative
Pentru depoluarea apelor uzate la scală largă prin fotocataliză este necesară obținerea unui material reutilizabil, cu proprietăți fotocatalitice crescute, cu răspuns în domeniul vizibil și ușor separabil din mediul apos.
Pentru a eficientiza activitatea fotocatalitică se recurge la dopajul cu ioni tranziționali sau pământuri rare. Astfel, dopajul cu ioni de Eu3+ facilitează transferul electronilor excitonici către suprafața nanocristalitelor de TiO2 unde generează specii reactive de oxigen (O2-). Aceștia au rol de agenți puternic oxidanți determinând degradarea poluanților organici.
În vederea separării facile a fotocatalizatorului din soluția apoasă este necesară cuplarea acestuia cu un material magnetic care îl face ușor manipulabil prin intermediul unui câmp magnetic extern.
Soluția tehnologică furnizată de grupul nostru este următoarea: am combinat semiconductorul (TiO2:Eu) cu magnetită (Fe3O4) optimizând concentrația ionilor dopanți de Eu3+, precum și raportul dintre TiO2 și Fe3O4, astfel încât să se realizeze un proces fotocatalitic eficient.
Tehnologia
Nanoparticulele de Fe3O4 s-au obținut prin metoda co-precipitării, pornind de la un amestec de cloruri ale fierului, în mediu bazic. Nanocompozitul de tip Fe3O4/TiO2:Eu s-a realizat prin metoda însămânțării, în așa fel încât creșterea cristalitelor de TiO2 se produce pe suprafața nanoparticulelor de magnetită.
Prepararea propriu-zisă a dioxidului de titan s-a făcut folosind tehnica sol-gel. Nanoparticulele de TiO2 rezultate au dimensiunea medie 20 nm.
Formarea compozitului poate fi ușor confirmată prin difracție de raze X. Activitatea fotocatalitică a nanoparticulelor compozite obținute a fost evaluată prin iradiere cu lumină vizibilă în prezența unei soluții standard de Rhodamina B.
Avantaje
- Dimensiunile reduse ale nanoparticulelor asigură o suprafață de contact mare cu moleculele de poluant
- Nanoparticulele compozite absorb lumina din domeniul vizibil, cu un maxim la 670 nm
- Nanoparticulele compozite păstrează comportamentul feromagnetic al magnetitei, ceea ce înseamnă că se poate realiza ușor separarea acestora din soluții apoase utilizându-se un magnet
- Tehnologia de preparare și de separare nu implică infrastructură sofisticată şi se poate face cu costuri de producţie reduse