UDC 677.077.62

M. A. Salyakhova, I. Sh. Abdullin, V. V. Uvaev, E. N. Pukhacheva

STUDIUL PROPRIETĂȚILOR DE ADsorbție ALE MATERIALELOR COMPOZITE

CU DIOXID DE TITANIU ÎMBUNĂTĂȚIT

Cuvinte cheie: material compozit cu dioxid de titan încorporat, dioxid de titan, dioxid de siliciu, sorbție,

proprietăți de adsorbție.

Proprietățile de adsorbție ale fotocataliticului material compozit evaluată prin doi indicatori: valoarea de echilibru a sorbției vaporilor saturati de benzen și acetat de etil pe probe de material și volumul maxim al spațiului de sorbție al probelor de material.

Cuvinte cheie: material compozit cu dioxid de titan încorporat, dioxid de titan, silice, sorbție, proprietăți de adsorbție.

Proprietățile de adsorbție ale materialului compozit fotocatalitic sunt evaluate prin doi parametri: valoarea sorbției de echilibru a vaporilor saturați de benzen și acetat de etil a probelor de material și limita volumul probelor de material spațiu de sorbție.

În ultimii ani, cercetarea și dezvoltarea materialelor de protecție de nouă generație și a produselor realizate din acestea folosind nanosisteme s-a dezvoltat intens. Dioxidul de titan este cel mai adesea folosit în procesul fotocatalitic ca unul dintre cei mai stabili din punct de vedere chimic și termic și produse netoxice. Oxizii anorganici de dimensiuni nano pot fi folosiți pentru a dezinfecta materialele contaminate cu substanțe toxice periculoase, inclusiv substanțe toxice, precum și pentru a purifica aerul de vapori și gaze toxice. chimicale.

Materialul compozit este obţinut prin formarea secvenţială a unui strat adsorbant pe o bază textilă ţesătă ce conţine celuloză, apoi a unui strat fotocatalitic. Formarea unui strat adsorbant pe o bază textilă țesătă sau nețesată care conține celuloză are loc folosind tehnologia sol-gel ca urmare a impregnării bazei textile cu o dispersie apoasă care conține particule nanometrice de oxid de aluminiu și uscare la o temperatură. de (100±5) oC. Particulele de alumină încărcate pozitiv sunt atașate de suprafața încărcată negativ a bazei textile, atât datorită interacțiunii electrostatice, cât și datorită reținerii mecanice a particulelor de alumină de către fibra de bază textilă. Formarea unui strat fotocatalitic pe o bază textilă țesătă care conține celuloză și care conține un strat adsorbant are loc utilizând tehnologia sol-gel ca urmare a impregnării unei probe de material cu o dispersie apoasă care conține un complex de dioxid de siliciu și dioxid de titan, uscând impregnatul. proba la o temperatură de (80-90) oC timp de 30 de minute, urmată de spălare cu apă și uscare la o temperatură de (100±5) oC. Suprafața dezvoltată de oxid de aluminiu fixată pe suprafața bazei textile asigură o bună aderență a complexului de dioxid de siliciu cu dioxid de titan pe suprafața stratului adsorbant.

Când se formează un strat adsorbant și un strat fotocatalitic pe bază textilă,

Fibrele eficiente nu sunt deteriorate și textura bazei textile nu se modifică.

Un material compozit fotocatalitic care conține o bază textilă țesută sau care conține celuloză, un strat fotocatalitic care include un complex de dioxid de siliciu modificat cu ioni de aluminat și dioxid de titan de modificare a anatazei și un strat adsorbant care conține oxid de aluminiu cu o structură de boehmit situat între stratul fotocatalitic iar baza textilă, caracterizată prin proprietăți de adsorbție crescute în raport cu compușii chimici polari și nepolari, prezintă activitate fotocatalitică ridicată și proprietăți antibacteriene atunci când este iradiată cu lumină UV. O dispersie apoasă de oxid de aluminiu este utilizată ca material pentru a forma un strat de absorbție. Folosind difractometria cu pulbere, s-a stabilit că oxidul de aluminiu de dimensiuni nanometrice are structura cristalină ortorromică a boehmitei (y-AОOH) (Nr. 01-083-1506 în baza de date PDF-2). Oxidul de aluminiu cu structură boehmite are o suprafață dezvoltată, o sarcină electropozitivă mare, are proprietăți de adsorbție față de compușii chimici polari și nepolari și capacitatea de a prinde microorganisme.

Proprietățile de adsorbție ale unui material compozit fotocatalitic sunt evaluate prin doi indicatori: valoarea de echilibru a sorbției vaporilor saturati de benzen și acetat de etil prin probe de material și volumul maxim al spațiului de sorbție al probelor de material în condiții de activitate statică la o temperatură de 25 °C. Proprietățile de adsorbție ale materialului compozit fotocatalitic pe bază de țesătură de bumbac sunt prezentate în tabelele 1 și 2.

Tabel 1 - Proprietăți de adsorbție ale materialului compozit fotocatalitic pe bază de țesătură de bumbac

benzen fotocatalitic

material compozit,%

Photo-Connect-Adsor-Equal-Limit-

catalitic SiO2mo volum arc îndoit

congestie difi- (valoarea Y mâncăm sorb-

TiO2, ziro- A1OOH) sorbție

baie de anatază și boehmit AS, mg/g pro-

A1(OH)4- ţări

25 25 50 104 118

Valoarea de echilibru a sorbției vaporilor saturați ai unui compus chimic de către o probă dintr-un material este determinată ca raportul dintre cantitatea de vapori ai unui compus chimic absorbit de această probă și masa probei. Volumul maxim al spațiului de sorbție al unei probe de material este calculat pe baza valorii de echilibru a sorbției și a densității compusului chimic.

Tabel 2 - Proprietăți de adsorbție ale materialului compozit fotocatalitic pe bază de țesătură de bumbac

După cum se poate observa din exemplele date în tabelele 1 și 2, materialul compozit cu dioxid de titan încorporat se caracterizează prin proprietăți de adsorbție crescute în raport cu compușii chimici polari și nepolari, datorită unei creșteri a suprafeței disponibile de două adsorbanți - oxizi nanodispersați de siliciu și aluminiu.

Literatură

1. Material de filtrare și absorbție cu un fotocatalizator încorporat / M.A. Salyakhova [et al.] // Vestnik Kazansky Universitatea de Tehnologie. -2013.t.16. Nr. 23. - p. 52-53.

2. Distrugerea fotochimică a materialelor textile / M.A. Salyakhova [et al.] // Buletinul Universității Tehnologice din Kazan. - 2013.t.16. Nr 17. - Din 92-93.

3. Shabanova, N.A. Chimia și tehnologia oxizilor nanodispersați [Text] / N.A. Shabanova, V.V. Popov, P.D. Sarkisov - M.: ICC „Academkniga”, 2007. - 309 p.

Fotocatalizator TiO2, anatază Liant SiO2 modificat A1(OH)4- Adsorbant (Y- A1OOH) boehmit Valoare de sorbție de echilibru aS, mg/g Volumul limită al spațiului de sorbție WS, cm3/g

25 25 50 134 152

25 30 45 130 148

25 35 40 128 145

30 30 40 126 143

30 35 35 122 139

35 35 30 119 135

© M. A. Salyakhova - asp. departament plasmachimice și nanotehnologii ale materialelor cu moleculare înaltă KNRTU, [email protected]; I. Sh. Abdullin - Doctor în Inginerie. Științe, prof., șef. departament plasmachimice și nanotehnologii ale materialelor cu moleculare înaltă KNITU, ab(M1m^@k51i.gi; V.V. Uvaev - Candidat de științe chimice, director general al SA KazKhimNII; E.N. Pukhacheva - Candidat de științe tehnice , lucrător științific superior, laboratorul nr. 5, KazKhimNII [email protected].

©M. A. Salyahova - absolvent al catedrei de plasmachimice și nanotehnologii ale materialelor cu moleculare înaltă KNRTU, [email protected]; I. Sh. Abdullin - doctor în științe tehnice, profesor la catedra de plasmachimice și nanotehnologii ale materialelor cu moleculare înaltă KNRTU și [email protected]; V. V. Uvaev - candidat la științe tehnice, director general al Institutului de Cercetare Științifică-Chimică Kazan; E. N. Pukhacheva - candidat la științe tehnice, cercetător principal al Laboratorului Institutului de Cercetare Științifică Chimică din Kazan, [email protected].

1

Un sorbent pe bază de dioxid de titan a fost obținut prin tratarea cu ultrasunete a reactivului TiO2 în diverși electroliți: apă distilată, soluții de NaCl, NaOH, HCl. Au fost studiate microstructura absorbanților rezultați, compoziția elementară a suprafeței, stabilitatea termică, prezența grupărilor funcționale pe suprafață și activitatea de sorbție a dioxidului de titan după tratamentul cu ultrasunete. S-a stabilit că utilizarea tratamentului cu ultrasunete al TiO2 crește activitatea sa de sorbție de câteva ori în comparație cu TiO2 netratat. În plus, mediul electrolitic în care are loc acțiunea ultrasunetelor modifică stabilitatea termică a sorbantului și afectează comportamentul acestuia în procesele de sorbție-desorbție a impurităților de la suprafață. Sorbantul tratat cu ultrasunete în mediu alcalin a avut activitatea de sorbție maximă, în timp ce reactivul dioxid de titan a avut cea minimă. Dioxidul de titan supus tratamentului cu ultrasunete in mediu neutru (H2O, NaCl) se caracterizeaza prin cele mai stabile caracteristici in procesul de sorbtie-desorbtie.

purificarea apei

dioxid de titan

tratament cu ultrasunete

impurități ale metalelor grele

1. Smirnova V.V., Nazarenko O.B. Aplicarea oxizilor și hidroxizilor de titan pentru purificarea apei potabile // Perspective pentru dezvoltarea științelor fundamentale: lucrările conferinței a VIII-a internaționale a studenților și tinerilor oameni de știință (Tomsk, 26-29 aprilie 2011). - Tomsk, 2011. - P.383-385.

2. Smirnova V.V., Nazarenko O.B. Dezvoltarea tehnologiei de producere a sorbantului nanoporos pe bază de dioxid de titan pentru purificarea apei potabile // Echipamente și tehnologii moderne: colecția lucrărilor celei de-a XVII-a Conferințe științifice și practice internaționale a studenților și tinerilor oameni de știință (Tomsk, 9-13 aprilie 2012). - Tomsk, 2012. - P.393-394.

3. GOST 4011 - 72. Apă de băut. Metode de măsurare a concentrației în masă a fierului total.

4. GOST 4974 - 72. Apă de băut. Metode de determinare a conținutului de mangan.

5. Smirnova V.V., Nazarenko O.B. Influența condițiilor de preparare și tratare cu ultrasunete a dioxidului de titan asupra activității sale de sorbție // Perspective pentru dezvoltarea științelor fundamentale: lucrările a IX-a conferință internațională a studenților și tinerilor oameni de știință (Tomsk, 24 aprilie. -27, 2012). - Tomsk, 2012. - P. 484-486.

Introducere

Pentru a atinge standardele europene de calitate a apei potabile în Rusia, este necesar să se dezvolte tehnologii pentru purificarea acesteia din diferite impurități. Cea mai dificilă sarcină este extragerea impurităților solubile ale metalelor grele și a sărurilor de duritate din apă. Pentru a rezolva această problemă, este necesară îmbunătățirea calității absorbanților existenți (cărbune activ, zeoliți, nisip cuarțos etc.) sau dezvoltarea altora noi.

Dintre adsorbanții anorganici, dioxidul de titan este promițător, are o serie de proprietăți pozitive: este nepericuloasă din punct de vedere biologic, este un compus puțin solubil, prezintă proprietăți multifuncționale la purificarea apei de impurități de diferite naturi și sub influența radiațiilor; oferă proprietăți bactericide.

Scopul acestei lucrări a fost creșterea activității de sorbție a dioxidului de titan prin tratarea suprafeței acestuia cu ultrasunete.

Material și metode de cercetare

Pentru a atinge acest obiectiv, a fost efectuat un studiu al structurii suprafeței și stabilității termice a reactivului dioxid de titan (puritate specială) și modificările acestuia în timpul tratamentului cu ultrasunete în diverși electroliți (apă distilată, soluții 0,2 N de clorură de sodiu, acid clorhidric și sodiu). hidroxid).

La realizarea lucrării s-au folosit metode standard de analiză fizico-chimică: microscopie electronică (EM), analiză termică diferențială (DTA), analiză de fază cu raze X (XRD), spectroscopie în infraroșu (ICS) și altele. Analiza fizico-chimică a fost efectuată cu instrumente ale Centrului Analitic Științific al Universității Politehnice din Tomsk (analizor termic Q 600 STD, spectrofotometru Nicolet 5700 IR-Fourier, cromatografie-spectrometru de masă). Metoda originală a fost pretratarea absorbanților și sorbția sub influența ultrasunetelor (22 kHz, 0,15 W/cm2).

Impuritățile solubile Fe +2 și Mn +2, prezente efectiv în apă potabilă orașul Tomsk. Conținutul de impurități de fier a fost determinat prin fotometrie folosind metode standard. Metoda se bazează pe interacțiunea ionilor de fier într-un mediu alcalin cu acid sulfosalicilic și formarea unui strat colorat. galben conexiune complexă. Intensitatea culorii, proporțională cu concentrația de masă a fierului, a fost măsurată la o lungime de undă de 400-430 nm. Conținutul de impurități de mangan a fost analizat și prin fotometrie. Metoda se bazează pe oxidarea compuşilor de mangan la MnO 4 -. Oxidarea are loc într-un mediu acid cu persulfat de amoniu sau potasiu în prezența ionilor de argint ca catalizator. În acest caz, apare o culoare roz a soluției, intensitatea de absorbție a fost măsurată în intervalul de lungimi de undă 530 - 525 nm. Reactivi chimici de grad analitic au fost utilizați pentru prepararea soluțiilor model. Soluțiile pentru studiu au fost preparate prin dizolvarea sulfatului de fier (II) heptahidrat și a sulfatului de mangan (II) pentahidrat. Precizia experimentului a fost mărită prin construirea unui grafic de calibrare și prelucrarea statistică a rezultatelor obținute cu o probabilitate de P = 0,95: pentru fier - în intervalul de concentrație de la 0,01 la 2,00 mg/l, pentru mangan de la 0,005 la 0,3 mg/ l, la MPC 0,3 și, respectiv, 0,1 mg/l.

Rezultatele cercetării și discuții

Conform rezultatelor microscopiei electronice, reactivul TiO 2 tratat cu ultrasunete în diverse medii (H 2 O, NaCl, NaOH, HCl) reprezintă sferoizi poroși cu dimensiunea caracteristică de 5 - 30 μm și aglomerate de particule mai mici: 2 - 4 μm cu o fracțiune de microni și submicron (proba S7). La o mărire mai mare (> 3000 de ori), fragmentele structurale sunt vizibile în structura aglomeratelor, ale căror dimensiuni nu depășesc 1 μm. Microfotografiile probelor obținute sunt prezentate în Figura 1.

Orez. 1. Microfotografii cu dioxid de titan tratat cu ultrasunete într-un mediu alcalin: a - mărire de 100 ori, b - mărire de 3000 ori

Suprafața TiO2 tratată cu ultrasunete a fost analizată pentru conținutul de impurități folosind spectroscopie fotoelectronică cu raze X, rezultatele sunt prezentate în Tabelul 1. Activitatea de sorbție a dioxidului de titan este atât de mare încât, în unele cazuri, probabil din apă distilată insuficient purificată, un impuritatea de siliciu este detectată pe suprafață (0,95 % în greutate) și cupru (0,68 % în greutate).

Tabelul 1. Compoziția elementară a probelor de dioxid de titan tratate cu ultrasunete în diverși electroliți

		Compoziție elementară, gr. %

Conform DTA, pentru toate probele de dioxid de titan tratate cu ultrasunete, se observă desorbția apei când este încălzită la 500 ˚C. O termogramă tipică (proba S1) este prezentată în Figura 2.

Orez. 2. Termograma tipică a probelor de dioxid de titan tratate cu ultrasunete în H 2 O, NaOH și HCl - a, c NaCl - b

După cum se poate observa din figură, termograma probei de TiO 2 tratată cu ultrasunete într-o soluție de clorură de sodiu (proba S4) diferă considerabil (Fig. 2.b) de datele DTA ale probelor rămase (Fig. 2.a). ). Când este încălzită la 200 ˚C, apa slab legată este îndepărtată din proba S4, dar cantitatea sa este de câteva ori mai mică decât pentru alte probe. În același timp, cu o încălzire suplimentară în intervalul 650 - 900 ˚C, are loc o scădere mai semnificativă a greutății probei (6,0% în greutate), care este asociată cu descompunerea termică a oxoclorurii de TiOCl 2 și tranziția acesteia. la dioxid de TiO2.

Spectrele de transmisie în infraroșu ale probelor de dioxid de titan tratate cu ultrasunete sunt caracterizate prin două benzi intense de absorbție υ (Ti - O) = 650 cm -1 și υ (O - H) = 3000 - 3700 cm -1 .

Orez. 3. Spectrul de transmisie în infraroșu al unei probe de dioxid de titan tratată cu ultrasunete

În plus, după cum se poate observa din Figura 3, IR conține benzi de absorbție de intensitate slabă, caracteristice compușilor prezenți pe suprafața sorbantului după prelucrarea și uscarea acestuia. Benzile de absorbție υ (Ti - Cl) în IR sunt prezente la numere de undă mai mici (< 400 см -1), для записи которых требуется иной спектрофотометр.

Pentru studierea proceselor de purificare a apei, s-au preparat soluții model de fier și mangan prin dizolvarea unei părți exacte cântărite din sărurile corespunzătoare: 3,0 și 1,0 mg/l. Înainte de sorbția impurităților, pulberea de dioxid de titan a fost supusă ultrasonicului în diverse medii: apă distilată, 0,2 N. soluții de NaOH, NaCl și HCl. Durata tratamentului a fost de 10 minute la o putere ultrasonică de 0,15 W/cm2. La soluția inițială cu un volum de 100 ml și care conține 3,0 mg/l de ioni Fe +2, s-au adăugat 0,2 g de sorbent, s-a amestecat și proba a fost analizată pentru conținutul rezidual de impurități de fier (Tabelul 2). În mod similar, s-au adăugat 0,2 g din aceeași probă de sorbent la 100 ml dintr-o soluție care conține 1,0 mg/l ioni Mn +2, s-a agitat și după un anumit timp s-a determinat concentrația reziduală a ionilor de mangan (Tabelul 2). Rezultatele sunt prezentate în Tabelul 2.

Tabelul 2. Conținutul rezidual de impurități Fe +2 și Mn +2 după sorbția acestora de către probele de TiO2

Probe de absorbant		reactiv TiO2
Intrat - găsit		Se adaugă 3,0 mg/l Fe +2	Se adaugă 1,0 mg/l Mn +2	Se adaugă 3,0 mg/l Fe +2	Se adaugă 1,0 mg/l Mn +2	Se adaugă 3,0 mg/l Fe +2	Se adaugă 1,0 mg/l Mn +2	Se adaugă 3,0 mg/l Fe +2	Se adaugă 1,0 mg/l Mn +2	Se adaugă 3,0 mg/l Fe +2	Se adaugă 1,0 mg/l Mn +2
Găsit, mg/l	În 20 de minute
	În 60 de minute
	După 24 de ore

Conform rezultatelor obținute, sorbția impurităților de către dioxidul de titan s-a produs într-un timp relativ scurt: concentrația ionilor de fier de la 3,0 mg/l scade minim la 1,42 mg/l (reactiv) și maxim la 0,53 mg/l (proba S7). ), în același timp, s-a observat o scădere a concentrației ionilor de mangan de la 1,0 mg/l pentru aceeași probă de sorbant ca și pentru impuritatea de fier - minim la 0,56 mg/l, maxim la 0,24 mg/l. Cele mai bune rezultate au fost obținute pentru o probă de dioxid de titan S7 tratată cu ultrasunete într-o soluție de NaOH, iar TiO 2 inițial, netratat cu ultrasunete și neactivat cu reactivi chimici, a avut caracteristicile minime de sorbție. Astfel, scăderea concentrației de impurități de fier a fost de 5,7 ori, manganul - de 4,2 ori.

Odată cu creșterea timpului de contact al sorbantului cu soluțiile model, conținutul de impurități nu s-a modificat pentru proba netratată cu TiO 2 pentru probele obținute în apă (S1) și soluție de clorură de sodiu (S4), conținutul de impurități practic nu sa schimbat; schimbarea in 48 de ore. În același timp, proba de sorbant preparată în hidroxid de sodiu (S7) s-a caracterizat printr-o creștere a concentrației de fier la 0,90 - 1,06 mg/l și o creștere a concentrației ionilor de mangan la 0,47 - 0,74 mg/l. Spre deosebire de probele de TiO2 discutate mai sus, tratate cu acid clorhidric (S10) s-a caracterizat printr-o scădere treptată a concentrației ionilor de fier în soluție de la 1,12 la 0,53 mg/l și o scădere a concentrației ionilor de mangan de la 0,31 la 0,53 mg/l. 0,25 mg/l l.

Concluzii

1. Tratamentul cu ultrasunete al TiO 2 dă un rezultat pozitiv: în comparație cu sorbentul netratat, concentrația reziduală de impurități de fier și mangan a scăzut de câteva ori. Tratamentul sorbantului, efectuat în diverse medii, își modifică comportamentul în procesele de sorbție - desorbție în timp.
2. Sorbantul tratat cu ultrasunete în alcali a avut activitate de sorbție maximă, dar cu contact prelungit, impuritățile, atât fier, cât și mangan, au fost spălate. În același timp, proba de sorbant obținută într-un mediu acid a fost caracterizată printr-o scădere treptată a concentrației de impurități de fier și mangan din soluție.
3. Probele de dioxid de titan preparate în apă distilată și soluție de clorură de sodiu au avut caracteristici stabile în ceea ce privește procesul de sorbție-desorbție: după sorbție, concentrația de impurități nu s-a schimbat când sorbentul a intrat în contact cu soluțiile model timp de 48 de ore. Efectul tratamentului cu TiO 2 și pH-ul mediului asupra activității sale de sorbție este probabil asociat cu formarea structurilor de oxohidroxid în medii alcaline și acide, capabile de schimb de cationi și reținere a impurităților de metale grele.

Recenzători:

• Korobochkin Valery Vasilievich, doctor în științe tehnice, profesor, șef al departamentului de tehnologie chimică generală, Universitatea Națională de Cercetare Politehnică din Tomsk, Tomsk.
• Ilyin Alexander Petrovici, doctor în științe fizice și matematice, profesor, actorie Șeful Departamentului de chimie generală și anorganică a instituției de învățământ bugetar de stat federal de învățământ profesional superior „Universitatea Politehnică din Tomsk de cercetare națională”, Tomsk.

Link bibliografic

Smirnova V.V. INFLUENȚA STRUCTURII, PROPRIETĂȚILOR ȘI TRATAMENTULUI DE SUPRAFĂȚĂ ASUPRA ACTIVITĂȚII DE sorbție a dioxidului de titan // Probleme moderne de știință și educație. – 2012. – Nr 5.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=6958 (data acces: 02/01/2020). Vă aducem în atenție reviste apărute la editura „Academia de Științe ale Naturii”

Dioxid de titan. Proprietăți, aplicație. Metode de obținere.

Dioxid de titan pur (TiO2) este un solid cristalin incolor. Desi incolor, in cantitati mari dioxidul de titan este un pigment alb extrem de eficient daca este bine purificat. TiO2 practic nu absoarbe nicio lumină incidentă în regiunea vizibilă a spectrului. Lumina este fie transmisă, fie refractă prin cristal, fie reflectată pe suprafețe.

TiO2 este un stabil (cel mai stabil dintre toți pigmenții albi cunoscuți), nevolatil, insolubil în acizi, alcalii și soluții în condiții normale. Dioxidul de titan se caracterizează prin rezistență ridicată la reacții la diferiți compuși, inclusiv cei toxici, conținuti în aer. Datorită inerției sale, dioxidul de titan este netoxic și este, în general, considerată o substanță foarte sigură. Poate intra în contact cu alimentele ambalate, iar în anumite concentrații poate fi folosit și ca colorant alimentar.

TiO2- polimorfă și apare în trei forme cristaline principale. Există trei forme, anataza (octahedritul), rutilul și brookitul, acesta din urmă este rară în natură și, deși această formă este preparată în laboratoare, nu prezintă interes comercial.

Dioxidul de rutil este cu aproximativ 30% mai bun la împrăștierea luminii (puterea de ascundere) decât dioxidul de anatază, astfel că acesta din urmă este folosit mult mai puțin frecvent. În plus, anataza este mai puțin rezistentă la intemperii decât rutilul. Anataza funcționează mult mai rău în protejarea polimerului (acrilat, plastic) de razele UV și duce la fotocataliză și pierderea proprietăților polimerului (se produce distrugerea, decolorarea, cretarea etc.).

Putere dispersivă

capacitatea unui pigment de a reflecta lumina din partea vizibilă a spectrului la anumite lungimi de undă. Acest indicator pentru dioxidul de titan depinde direct de diametrul particulelor de TiO2. La o dimensiune a particulei de 0,2 µm, suma luminii împrăștiate pentru toate lungimile de undă este maximă. Pe măsură ce dimensiunea particulelor crește de la 0,25 la 0,3 µm, împrăștierea luminii albastre scade rapid. Dar împrăștierea verde și roșu rămâne practic neschimbată. Cu toate acestea, la un diametru al particulei de 0,15 µm există o împrăștiere albastră maximă, în timp ce împrăștierea roșie și verde sunt semnificativ mai mici.

Capacitatea uleiului

Aceasta este capacitatea particulelor de pigment de a reține o anumită cantitate de ulei pe suprafața lor. Este exprimat în grame la 100 de grame de pigment și, de obicei, variază de la 10 la 20.

Putere de acoperire

capacitatea unui pigment, atunci când este distribuit uniform pe tot volumul, de a face culoarea materialului sursă invizibilă. Puterea de acoperire este exprimată în grame de pigment necesare pentru a face culoarea unei suprafețe de 1 m2 invizibilă. Pigmenții albi asigură acoperire prin împrăștierea lungimii de undă a luminii de orice lungime în spectrul vizibil. Cu cât acest indicator este mai mic, cu atât este mai mică rata de consum de dioxid de titan în compoziție.

Culoare

proprietatea corpurilor de a produce o anumită senzație vizuală în concordanță cu compoziția spectrală și cu intensitatea radiației vizibile reflectate sau emise de acestea. Dioxidul de titan uscat se caracterizează prin luminozitate ridicată, alb și reflectivitatea sa este apropiată de cea a unui difuzor ideal.

Rezistenta la lumina

proprietatea unui material de a-și păstra culoarea atunci când este expus la razele de lumină. În timpul utilizării, produsele, în special cele pentru uz exterior, își schimbă culoarea inițială sub influența razelor ultraviolete de la lumina naturală și a surselor de lumină artificială care emit raze ultraviolete.

Rezistenta la intemperii

proprietatea compozițiilor polimerice de a rezista efectelor distructive ale luminii solare, ploii, înghețului, zăpezii, vântului și altor factori atmosferici (de exemplu, gazele și praful care poluează straturile inferioare ale atmosferei).

Tratamentul de suprafață este necesar pentru a crește rezistența la influențele externe. Anorganic (Al2O3, SiO2) crește rezistența particulelor de dioxid de titan la atacul acidului, ceea ce poate duce la distrugerea particulelor de pigment. Tratamentul organic îmbunătățește distribuția particulelor de pigment în întreaga compoziție.

Proprietățile fizice ale dioxidului de titan

Dioxidul de titan pur este o substanță cristalină incoloră care devine galbenă când este încălzită. În stare mărunțită fin este o pulbere albă. Practic insolubil în apă și acizi minerali, cu excepția acidului fluorhidric și a acidului sulfuric concentrat. Punct de topire pentru rutil: 1870°C. Punct de fierbere pentru rutil: 2500°C. Densitatea la 20°C pentru rutil: 4,235 g/cm3.

Proprietățile chimice ale dioxidului de titan

Dioxidul de titan este un oxid amfoter, adică are proprietăți atât acide, cât și bazice.

Reacționează lent cu acidul sulfuric concentrat, dizolvându-se în acesta pentru a forma sulfatul corespunzător:

TiO2+ 2H2SO4 = Ti(S04)2 + 2H2O

De asemenea, dioxidul de titan se dizolvă treptat în soluții concentrate de alcaline, de exemplu, în hidroxid de sodiu, formând titanați (derivați ai acidului titanic):

TiO2 + 2NaOH = Na2TiO3+ H2O

Când dioxidul de titan este încălzit într-o atmosferă de amoniac, se formează nitrură de titan:

4TiO2 + 4NH3 = 4TiN + 6H2O + O2

Cu agenți reducători puternici, de exemplu, metale active (Ca, Mg, Na), carbon sau hidrogen la temperaturi ridicate, dioxidul de titan este redus la oxizi inferiori. Când este încălzită cu carbon într-o atmosferă de clor, se formează tetraclorură de titan TiCl4 - această tehnică este utilizată la scară industrială pentru a purifica titanul de diferite tipuri de impurități.

Proprietățile toxice ale dioxidului de titan

Fiind inert din punct de vedere chimic, dioxidul de titan este o substanță cu risc scăzut. Poate pătrunde în organism sub formă de aerosol prin inhalare sau ingestie.

Aplicații

Materiale de vopsea și lac:

vopsele decorative, arhitecturale; vopsele semi-mate în emulsie; vopsele lucioase în emulsie; grunduri, substraturi, chituri; Vopsele pe bază de solvenți – lucioase; soluții de ipsos; vopsele silicate; Acoperiri pentru materiale lemnoase; mortar de ipsos de ciment; vopsele industriale; ipsos pe bază de rășini sintetice; acoperiri polimerice; vopsele pentru lucrări de reparații; vopsele pulbere cu granulație fină; uv / uv - vopsele curabile; vopsele întărite cu întăritor acid; acoperiri cu pulbere; acoperiri din poliuretan; acoperiri epoxidice; Vopsele pentru marcaj rutier; Vopsele pentru acoperiri marine; vopsele foarte umplute; vopsele electrodepuse; cerneluri de tipar.

Materiale plastice:

clorură de polivinil de înaltă rezistență (pentru interior); cauciuc; termoplastic; plastic termorigid; materiale plastice pe bază de poliesteri nesaturați; elastomeri, cauciuc; pardoseli (linoleum)

Hârtie și carton:

acoperiri din hârtie; tapet; hârtie parafină; hârtie colorată

Fibre/țesături sintetice:

pentru matuirea fibrelor răsucite

Cosmetice:

pasta de dinti, sapun etc.

Industria alimentara:

caramel, gumă de mestecat, zahăr pudră și rafinat, pulpe de broaște, pui, porc și limbă de vită, purcei de lapte, făină, aluat, glazură de zahăr, gemuri, milkshake, brânză feta, zer, lapte condensat, orice pește și fructe de mare etc. d.

Industria farmaceutica:

Pigment dioxid de titan, puritate chimică ridicată, pentru a oferi un efect ridicat de albire și ascundere în produsele farmaceutice.

Cerneală tipografică:

pentru a crește rezistența acoperirilor la influențele atmosferice

Catalizator:

Dioxidul de titan poate fi utilizat ca catalizator, ca fotocatalizator și ca material ceramic de bază inert pentru componentele active.

Alte domenii de utilizare:

conservarea lemnului (creșterea rezistenței la intemperii prin filtrarea optică a radiațiilor solare dăunătoare lemnului), cauciuc de umplutură, emailuri de sticlă, sticlă și sticlă ceramică, electroceramică, purificarea aerului, fluxuri de sudare, aliaje dure, intermediari chimici, materiale care conțin dioxid de titan, potrivite pentru utilizare la temperaturi ridicate (de exemplu, protecție împotriva incendiilor pentru cuptoare cu tiraj forțat), cromatografia analitică și experimentală a lichidelor, beton decorativ (pentru a da alb vopselei de ciment)

Principalele utilizări ale dioxidului de titan:

producatori materiale de vopsea si lac, în special, alb de titan - 57% din consumul total (dioxidul de titan al modificării rutilului are proprietăți mai mari ale pigmentului - rezistența la lumină, capacitatea de albire etc.)

producția de plastic - 21%

producția de hârtie laminată - 14%

Alte utilizări ale dioxidului de titan sunt în producția de produse din cauciuc, producția de sticlă (sticlă termorezistentă și optică), ca refractar (acoperirea electrozilor de sudură și acoperirea matrițelor de turnare), în cosmetică (săpun etc.), în industria alimentară (aditiv alimentar E171 ).

Dioxidul de titan poate fi folosit pentru a face panouri solare- transformarea razelor solare in energie electrica; pentru producerea de hidrogen; în domeniul electronicii pentru pseudo-condensatori etc.

Metode de obținere

Pigmenții de dioxid de titan există în două forme - anatază și rutil și sunt produși după două scheme tehnologice: metode cu sulfat și clor.

În comparație cu metoda cu clorură de sulfat, este mai ecologică și mai avansată datorită capacității de a efectua procesul într-un mod continuu, ceea ce implică automatizarea completă a producției. Cu toate acestea, este selectiv în materie primă, iar datorită utilizării clorului și a temperaturilor ridicate, necesită folosirea unor echipamente rezistente la coroziune.

Metoda clorului:

Metoda clorului pentru producerea dioxidului de titan este ca materia primă de pornire (produsul semifabricat) să fie tetraclorura de titan. Dioxidul de titan poate fi obținut din acesta prin hidroliză sau ardere la temperaturi ridicate. Tetraclorura de titan se hidrolizează atunci când soluțiile apoase sunt încălzite sau în fază gazoasă sub influența vaporilor de apă.

Metoda sulfatului:

Tehnologia de producție constă din trei etape:

obtinerea de solutii de sulfat de titan (prin tratarea concentratelor de ilmenit cu acid sulfuric). Rezultă un amestec de sulfat de titan și sulfați de fier (II) și (III), aceștia din urmă reducându-se cu fier metalic la starea de oxidare a fierului +2. După recuperare, soluțiile de sulfat sunt separate de nămol folosind filtre cu tambur de vid. Sulfatul de fier (II) este separat într-un cristalizator în vid.

hidroliza unei soluții de săruri de sulfat de titan.

Hidroliza se realizează prin introducerea semințelor (se prepară prin precipitarea Ti(OH)4 din soluții de sulfat de titan cu hidroxid de sodiu). În stadiul de hidroliză, particulele de hidrolizat rezultate (hidrați de dioxid de titan) au o capacitate mare de adsorbție, în special în raport cu sărurile Fe3+ tocmai din acest motiv, în etapa anterioară, fierul feric este redus la divalent;

Prin variarea condițiilor de hidroliză (concentrație, durata etapelor, număr de embrioni, aciditate etc.), este posibil să se obțină randamentul particulelor de hidrolizat cu proprietățile dorite, în funcție de aplicația vizată. tratarea termică a hidraților de dioxid de titan. În această etapă, prin variarea temperaturii de uscare și utilizarea aditivilor (cum ar fi oxid de zinc, clorură de titan și folosind alte metode, se poate realiza reutilizarea (adică restructurarea oxidului de titan în modificarea rutilului). Pentru tratamentul termic, rotativ Se folosesc cuptoare cu tambur lung de 40-60 m în timpul tratamentului termic, apa se evaporă (hidroxidul de titan și oxidul de titan hidrați sunt transformați în formă de dioxid de titan), precum și dioxidul de sulf.

Productie

dioxid de titan

În ultimii ani, producția de dioxid de titan în China a crescut extrem de rapid.

În Rusia, pigmentul dioxid de titan nu este produs, dar se produc grade tehnice utilizate în metalurgie. În CSI, dioxidul de titan este produs în Ucraina de întreprinderile „Sumykhimprom”, orașul Sumy, „Titanul Crimeei”, Armyansk) și întreprinderea „Uzina de titan-magneziu” (Zaporozhye). Institutul de Stat al Îngrășămintelor și Pigmenților Minerali Sumy (MINDIP) în lucrările sale de cercetare acordă o atenție deosebită tehnologiilor de producere a oxidului de titan (IV) prin metoda sulfatului: cercetare, dezvoltare de noi clase, modernizarea tehnologiei și instrumentarea procesului.

Fiind în natură

1

Activitatea de sorbție a dioxidului de titan obținut prin hidroliza sării de TiCl4 (proba S0) a fost studiată în raport cu cationii de fier, nichel și mangan cu încărcare dublă după tratarea suspensiei de TiO2 cu un câmp electric constant într-un mediu care nu deplasează echilibrul ionic. H+–OH–: apă distilată (probele S1, S2, S3) și soluție de clorură de sodiu 0,2 N (probele S4, S5, S6). Un câmp electric constant a fost creat prin scufundarea electrozilor plati de titan într-o suspensie de dioxid de titan (l = 120 mm) și aplicarea unei tensiuni de 200 V. După tratarea cu un câmp electric, probele de dioxid de titan au fost împărțite în trei părți, preluând probe din spațiu interelectrod (S1, S4), precum și la electrozii încărcați pozitiv (S2, S5) și negativ (S3, S6). S-a demonstrat că probele de dioxid de titan prelevate din diferite părți ale suspensiei de TiO2 prezintă proprietăți diverseîn raport cu sorbția cationilor dublu încărcați de fier, mangan și nichel. S-a constatat că scăderea concentrației ionilor de impurități în medie a fost: pentru TiO2 (S0) netratat de 2,4 ori; pentru cele tratate în apă distilată: S1 în 4.1; S2 – 3,5; S3 – de 3,4 ori; pentru dioxid de titan tratat în soluție de clorură de sodiu: S4 la 4,7; S5 – 3,5 S6 – de 3,4 ori. Creșterea activității de sorbție a dioxidului de titan după expunerea la un câmp electric constant se explică prin redistribuirea concentrației grupelor funcționale pe suprafața TiO2. Analiza conținutului de impurități al cationilor metalici dublu încărcați a fost efectuată folosind tehnici fotocolorimetrice standard.

dioxid de titan

polarizare

metale grele

capacitatea de sorbție

spectre IR

banda de absorbtie

tensiune electrică constantă

electrod

vibrații de întindere și îndoire

1. GOST 4011-72. Apă potabilă. Metode de măsurare a concentrației în masă a fierului total.

2. GOST 4974-72. Apă potabilă. Metode de determinare a conținutului de mangan.

3. Kulsky L.A. Bazele teoretice și tehnologia condiționării apei. – Kiev: Naukova Dumka, 1983. – 560 p.

4. Mamchenko A.V. Studiul eficacității coagulanților pe bază de titan în purificarea apei // Chimie și tehnologie a apei. – 2010. – T. 32, nr. 3. – P. 309–323.

5. Nakamoto K. Spectre IR și spectre Raman ale compușilor anorganici și de coordonare: trans. din engleză – M.: Mir, 1991. – 536 p.

6. RD 52.24.494-95. Instrucțiuni metodice. Determinarea fotometrică a nichelului cu dimetilglioximă în apele de suprafață ale uscatului.

7. Smirnova V.V. Influența structurii, proprietăților și tratamentului de suprafață asupra activității de sorbție a dioxidului de titan // Probleme moderne de știință și educație. – 2012. – Nr 5. – P. 1–7. – URL: www.science-education.ru/105-6958 (data acces: 13.05.2013).

8. Smirnova V.V., Ilyin A.P., Nazarenko O.B. Stabilitatea termică a compușilor de suprafață ai dioxidului de titan după tratare în diverși electroliți // Materiale refractare și ceramică tehnică. – 2013. – Nr. 1–2. – pp. 33–38.

9. Stremilova N.N., Viktorovsky I.V., Zigel V.V. Concentrarea impurităților în studiul naturalului corpuri de apă// Jurnalul de chimie generală al Academiei Ruse de Științe. – 2001. – T. 71 (133), nr. 1. – p. 21–24.

Posibilitatea utilizării dioxidului de titan ca reactiv pentru concentrarea și extragerea impurităților din apă a fost recent studiată din ce în ce mai mult. Dioxidul de titan este o substanță inertă din punct de vedere chimic, pentru a-și realiza capacitățile de sorbție, este necesară activarea prealabilă a suprafeței prin crearea de grupuri funcționale active pe aceasta. Există metode cunoscute de activare a TiO2 prin tratarea acestuia cu acizi și alcalii sau aplicarea de grupări de complexare pe suprafața sa. O altă direcție în activarea suprafeței TiO2 este tratarea acesteia prin metode electrofizice: iradiere cu un flux de electroni, tratament cu ultrasunete și/sau scântei electrice și alte tipuri de influență. O direcție promițătoare pentru activarea suprafeței dioxidului de titan este expunerea acestuia la un câmp electric constant, dar acest proces nu a fost studiat suficient de detaliat.

Scopul acestei lucrări este de a forma pe suprafața dioxidului de titan grupări funcționale care sunt active în raport cu sorbția ionilor metalici solubili prin tratarea acestuia cu un câmp electric constant în apă distilată și într-o soluție de clorură de sodiu.

Metode experimentale și caracteristici ale obiectului de cercetare

Lucrarea a folosit pulbere de dioxid de titan obținută prin hidroliza reactivului TiCl4 urmată de calcinare la 600 °C.

Mediul selectat pentru tratarea cu un câmp electric constant a fost apă distilată (mediu de referință) și soluție de NaCl 0,2 N, care nu duc la modificarea pH-ului.

La efectuarea lucrării s-a folosit transmisia prin spectroscopie în infraroșu (IR) pentru a determina tipul de grupări funcționale de pe suprafața dioxidului de titan (spectrofotometru FTIR Nicolet 5700). Identificarea grupurilor funcționale asociate cu absorbția în spectrul IR a fost efectuată folosind datele din literatură. Determinarea cantitativă a conținutului de impurități solubile de ioni Fe(II), Mn(II) și Ni(II) în apă a fost efectuată folosind tehnici standard de fotocolorimetrie (fotometru KFK-3-01). Un câmp electric constant a fost creat prin conectarea electrozilor plati din titan marca VT-1.0 (distanța dintre electrozi l = 12 cm, U = 200 V) la sursa de tensiune „Instek” a sursei de alimentare CC a laboratorului. Tratamentul suspensiilor de dioxid de titan în apă și soluție de clorură de sodiu a fost efectuat în baie cu ultrasunete(22 kHz, 0,15 W/cm2).

Rezultatele cercetării și discuții

După amestecarea suspensiei cu ultrasunete (10 min) în apă distilată și expunerea la un câmp electric constant (30 min), s-a prelevat o probă de dioxid de titan din mijlocul spațiului interelectrozi (proba S1, Tabel 1), s-a uscat și Spectrul de transmisie IR a fost înregistrat în regiunea de 400-4000 cm -1 (Figura a) prin presarea probei în bromură de potasiu.

Spectrul de absorbție IR al acestei probe este caracterizat de o bandă ν largă (Ti = O) cu un maxim la 697 cm-1 și o margine de absorbție egală cu 719 cm-1. Această bandă se suprapune cu banda de absorbție ν (Ti-O) = 1024-1030 cm-1. Spectrul conține o bandă de absorbție 5 (H-O-H) = 1628, 1696 cm-1. Nu se observă alte benzi în regiunea spectrală de 1700-2500 cm-1. Spectrul conține o bandă largă de absorbție ν (O-H) cu un maxim la 3383 cm-1, care se termină la ν (O-H) = 3700 cm-1. Intensitatea benzii de absorbție ν (Ti = O) este de 88%, iar ν (O-H) este de 43%.

În același timp, spectrul de transmisie IR al dioxidului de titan luat de la un electrod încărcat pozitiv (proba S2, Tabelul 1) diferă semnificativ de spectrele anterioare (Figura b). Maximul benzii de absorbție este ν (Ti = O) = 532 cm-1, marginea acestei benzi se observă la 710 cm-1 și practic coincide cu spectrele anterioare. În regiunea ν (Ti-O) cu maxim 1011 cm-1 există o bandă de absorbție mai intensă, iar în regiunea δ (H-O-H) se observă o bandă dublă la 1627, 1680 cm-1. Nu a fost detectată o absorbție vizibilă în intervalul de lungimi de undă 1800-2500 cm-1. În același timp, ν (O-H) cu un maxim la 3382 cm-1 este vizibil mai intens în comparație cu spectrele anterioare: absorbția în această bandă scade la ν (O-H) = 3700 cm-1. Dacă intensitatea benzii ν (Ti = O) este de 89,5%, atunci ν (O-H) este de 49,0%.

O probă de dioxid de titan tratată în apă distilată, prelevată lângă un electrod încărcat negativ (proba S3, Tabelul 1), după uscare, are un spectru de transmisie IR similar cu proba S1. Intensitatea benzii de absorbție ν (Ti = O) este de asemenea de 88%, iar intensitatea ν (O-H) este de numai 26%.

Pentru a compara structura suprafeței dioxidului de titan tratat cu un câmp electric constant în apă distilată, o probă de TiO2 a fost tratată cu un câmp electric constant într-o soluție de NaCl 0,2 N. Probele de probă au fost prelevate într-un mod similar: din mijlocul spațiului interelectrod, lângă electrozii încărcați pozitiv și negativ (probele S4, S5 și respectiv S6, Tabelul 1).

Maximul benzii de absorbție ν (Ti = O) a probei S4 este de 700 cm-1, marginea benzii sale de absorbție corespunde la 710 cm-1. O bandă largă nerezolvată în regiunea 950-1200 cm-1 apare ca punct de inflexiune. Spectrul conține o bandă de absorbție δ (H-O-H) cu două maxime: 1620 (mai intens) și 1680 cm-1. În regiunea 1680-2600 cm-1 există benzi slabe de absorbție. Se observă o bandă largă ν (O-H) în intervalul 2600-3700 cm-1 cu un maxim la 3454 cm-1. Valoarea absolută a intensității benzilor ν (Ti = O) este de 77%, iar ν (O-H) - 35%.

Dioxidul de titan, selectat lângă un electrod încărcat pozitiv (proba S5, Tabelul 1), are o bandă de absorbție ν (Ti = O) = 656 cm-1 (maxim), marginea acestei benzi este de 704 cm-1. Banda ν (Ti-O) nerezolvată are o lățime de 970-1170 cm-1. Banda de absorbție 5 (H-O-H) este caracterizată de trei maxime: 1627 (maxim), 1644 și 1660 cm-1. Există, de asemenea, benzi de absorbție slabe în intervalul de la 1880 la 2580 cm-1. Se observă o bandă largă ν (O-H) în intervalul 2600-3700 cm-1 cu un maxim la 3340 cm-1. Intensitatea benzii de absorbție ν (Ti = O) este de 88%, iar banda ν (O-H) este de 37%.

Dioxidul de titan situat la electrodul încărcat negativ (proba S6, Tabelul 1) are diferențe semnificative față de toate eșantioanele considerate anterior în ceea ce privește caracteristicile spectrului. Banda de absorbție ν (Ti = O) are un maxim egal cu 560 cm-1, cu marginea în regiunea de 732 cm-1. Banda ν (Ti-O) nerezolvată este caracterizată printr-o lățime mai mare de 940-1160 cm-1. Banda de absorbție 5 (H-O-H) are două maxime: 1635 (mai mare) și 1650 cm-1. Există benzi slabe de absorbție în intervalul de la 1870 la 2250 cm-1. Se observă o bandă largă δ (H-O-H) în intervalul 2600-3700 cm-1 cu un maxim la 3450 cm-1. Intensitatea benzii de absorbție ν (Ti = O) este de 82%, iar - ν (O-H) este de 37%.

a b

Spectrul de transmisie IR al unei probe de TiO2 din mijlocul spațiului interelectrod tratat cu un câmp electric constant: a - în apă distilată; b - în soluție de clorură de sodiu

Tabelul 1

Probe de dioxid de titan supuse la tratament cu ultrasunete și câmp electric constant în diverși electroliți

	Desemnarea eșantionului	Mediul de procesare
	Proba S0	Nu este procesat
	Proba S1	Apă distilată (spațiu interelectrozi)
	Proba S2	Apă distilată (la electrodul încărcat pozitiv)
	Proba S3	Apă distilată (la electrodul încărcat negativ)
	Proba S4	Soluție de clorură de sodiu (spațiu interelectrozi)
	Proba S5	Soluție de clorură de sodiu (la un electrod încărcat pozitiv)
	Proba S6	Soluție de clorură de sodiu (la electrodul încărcat negativ)

Proprietățile de sorbție ale dioxidului de titan tratat cu un câmp electric constant în apă distilată și soluție de clorură de sodiu au fost studiate folosind soluții model de ioni de metal divalenți: Fe - 3,00 mg/l, Ni și Mn - 1,00 mg/l. Dioxidul de titan, care nu a fost supus unui tratament suplimentar, a fost utilizat ca probă de referință (proba S0, Tabelul 1).

Sorpția a fost efectuată în condiții statice prin plasarea a 0,2 g de probe de dioxid de titan (Tabelul 1) în 100 ml de soluții model preparate prin dizolvarea unor cantități cântărite precise de sulfați de nichel, fier și mangan. Concentrația ionilor solubili de fier (II), mangan (II) și nichel (II) după sorbție a fost monitorizată folosind tehnici standard de fotocolorimetrie. Acuratețea experimentelor a fost asigurată prin construirea graficelor de calibrare și prelucrarea statistică a datelor obținute cu o probabilitate de P = 0,95: pentru fier - în intervalul de concentrație de la 0,01 la 3,00 mg/l, pentru mangan și nichel - de la 0,005 la 1,000 mg/l.

Rezultatele determinării concentrației ionilor metalici solubili în soluții model după sorbția cu dioxid de titan (proba S0) și probele obținute prin tratarea TiO2 cu un câmp electric constant în apă distilată (probele S1, S2, S3) și soluție de clorură de sodiu (probele S4). , S5, S6), sunt date în tabelele: 2 - ioni de fier, 3 - mangan, 4 - nichel.

Conform datelor din tabelele 2-4, s-a stabilit că efectul unui câmp electric constant asupra reactivului de dioxid de titan afectează semnificativ proprietățile de sorbție ale acestuia. Probele de dioxid de titan situate în apropierea unui electrod încărcat pozitiv reduc concentrația de ioni de fier, mangan și nichel într-o măsură mai mare în comparație cu probele situate lângă un electrod încărcat negativ.

Scăderea maximă a concentrației de impurități de fier a fost observată pentru proba S4: de la 3,00 la 0,54 mg/l, minima pentru proba S3 - la 1,73 mg/l (Tabelul 2).

Impuritățile ionilor de mangan și nichel au fost reduse mai eficient de proba S1 de la 1,00 la 0,19 și, respectiv, 0,20 mg/l, și minim de proba S0: la 0,53 pentru ionii de mangan și la 0,50 mg/l pentru ionii de nichel (Tabelul 3-4). ).

Tabelul 2

Tabelul 3

Astfel, scăderea concentrației de impurități solubile ale ionilor de fier, mangan și nichel după sorbția acestora folosind dioxidul de titan original și probele tratate cu un câmp electric constant în apă distilată și soluție de clorură de sodiu a avut o medie: pentru TiO2 netratat (S0) - 2 de 4 ori; pentru cele tratate în apă distilată: S1 - 4,1; S2 - 3,5; S3 - de 3,4 ori; pentru dioxid de titan tratat în soluție de clorură de sodiu: S4 - 4,7; S5 - 3,5 S6 - de 3,4 ori.

Tabelul 4

Cele mai bune rezultate în purificarea apei din impuritățile solubile de fier (II) au fost obținute folosind dioxid de titan netratat cu un câmp electric constant și soluție de electrolit ca sorbent (timp de contact - 20 min). După 60 de minute de sorbție, concentrația ionilor de fier (II) a scăzut pe cât posibil de la 3,00 la 1,73 mg/l utilizând proba S5 (Tabelul 1), dar după 24 de ore cele mai bune rezultate au fost obținute folosind proba S4 (Tabelul 1) .

Un studiu al procesului de sorbție a ionilor de mangan (II) a arătat că, după 20 de minute de sorbție, cele mai bune rezultate au fost obținute pentru probele S1 și S4: concentrația de impurități a scăzut de la 1,00 la 0,31 mg/l. După o oră de sorbție, s-a înregistrat scăderea maximă a concentrației de impurități pentru proba S4: concentrația a scăzut la 0,21 mg/l. Cu o creștere a timpului de sorbție la 24 de ore pe proba S1, s-a găsit o scădere maximă a concentrației de impurități la 0,19 mg/l.

Concentrația de impurități solubile ale ionilor de nichel (II) după 20 de minute de sorbție pe proba S4 a scăzut pe cât posibil de la 1,00 la 0,39 mg/l, iar după 60 de minute de sorbție s-a observat scăderea maximă a impurităților pe aceeași probă - 0,37 mg/l, adică sorbția maximă a avut loc pe dioxid de titan tratat într-o soluție de clorură de sodiu. După 24 de ore de sorbție, concentrația de impurități a scăzut pe cât posibil în prezența probei S1 (la 0,20 mg/l).

Tratamentul cu un câmp electric constant duce la polarizarea particulelor de TiO2 și a grupurilor funcționale de pe suprafața lor. Ca urmare a acțiunii câmpului electric, particulele de dioxid de titan sunt separate în fracții care prezintă proprietăți de sorbție diferite în raport cu impuritățile solubile ale cationilor de fier, mangan și nichel. Acțiunea unui câmp electric constant duce la o redistribuire a concentrației grupelor funcționale pe suprafața dioxidului de titan.

1. Tratarea dioxidului de titan obținut prin hidroliza TiCl4 cu un câmp electric constant duce la separarea acestuia în fracții care diferă ca activitate de sorbție față de impuritățile solubile ale ionilor de fier (II), mangan (II) și nichel (II), care este asociat cu o modificare a conținutului anumitor grupări funcționale de pe suprafața dioxidului de titan.

2. În mediile care nu înlocuiesc echilibrul ionic H+-OH-, cele mai bune rezultate la sorbția ionilor de fier (II) s-au obținut pe o probă de dioxid de titan tratată cu câmp electric constant într-o soluție de clorură de sodiu și prelevată din spațiul interelectrozi (S4): concentrația a scăzut de la 3,00 la 0,54 mg/l (5,6 ori).

3. Ionii de mangan (II) au fost absorbiți mai bine de o probă de dioxid de titan expus la un câmp electric constant într-un mediu cu apă distilată și, de asemenea, prelevați din spațiul interelectrod (S1): concentrația a fost redusă de la 1,00 la 0,19 mg/l ( de 5,3 ori).

4. O mostră de dioxid de titan, tratată cu un câmp electric constant în apă distilată și prelevată în mijlocul spațiului interelectrod (S1), a condus la o scădere maximă a concentrației ionilor de nichel (II): de la 1,00 la 0,20 mg /l (de 5 ori) .

Recenzători:

Kozik V.V., doctor în științe tehnice, profesor, șef al departamentului de chimie anorganică, instituția de învățământ bugetar de stat federal de învățământ profesional superior „National Research Tomsk universitate de stat„, Tomsk;

Vereshchagin V.I., Doctor în Științe Tehnice, Profesor al Departamentului de Tehnologia Silicaților și Nanomaterialelor, Universitatea Națională de Cercetare Politehnică Tomsk, Tomsk.

Lucrarea a fost primită de redactor pe 27 mai 2013.

Link bibliografic

Smirnova V.V., Ilyin A.P. INFLUENȚA UNUI CÂMP ELECTRIC CONSTANT ASUPRA PROPRIETĂȚILOR DE sorbție ALE DIOXIDULUI DE TITANIU // Cercetare fundamentală. – 2013. – Nr. 6-6. – P. 1366-1371;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=31742 (data acces: 02/01/2020). Vă aducem în atenție reviste apărute la editura „Academia de Științe ale Naturii”

În lumea modernă, industria titanului se dezvoltă rapid. Este sursa unui număr mare de substanțe care sunt utilizate în diverse industrii.

Caracteristicile dioxidului de titan

Dioxidul de titan are multe denumiri. Este un oxid amfoter de titan tetravalent. Joacă un rol important în dezvoltarea industriei titanului. Doar cinci procente din minereul de titan intră în producția de oxid de titan.

Există un număr mare de modificări ale dioxidului de titan. În natură, există cristale de titan care au forma unui romb sau un patrulater.

Formula dioxidului de titan este prezentată după cum urmează: TiO2.

Dioxidul de titan este utilizat pe scară largă în diverse industrii. El este cunoscut în întreaga lume ca atare aditivi alimentari, ca E-171. Cu toate acestea, această componentă are o serie de efecte negative, care pot indica faptul că dioxidul de titan este dăunător pentru corpul uman. Se știe că această componentă are proprietăți de albire. Acest lucru poate fi bun în producția de detergenți sintetici. Daunele aduse corpului uman de la acest supliment alimentar reprezintă o amenințare pentru ficat și rinichi.

În industria alimentară, există o posibilitate de deteriorare a dioxidului de titan. Dacă este folosit în exces, produsul poate căpăta o nuanță nedorită, care nu va respinge decât consumatorii.

Dioxidul de titan are un nivel destul de scăzut de toxicitate.

Poate deveni toxic atunci când interacționează cu alte componente ale oricărui produs. Utilizarea produselor care conțin niveluri ridicate de toxine poate duce la otrăvire sau chiar la moarte. Prin urmare, este foarte important să știi cu ce elemente nu ar trebui să folosești oxidul de titan.

Proprietățile dioxidului de titan

Dioxidul de titan are un număr mare de proprietăți caracteristice. Ele determină posibilitatea utilizării sale în diverse industrii. Dioxidul de titan are următoarele proprietăți:

• grad excelent de albire diverse tipuri materiale,
• interacționează bine cu substanțele care sunt destinate să formeze un film,
• rezistență la niveluri ridicate de umiditate și condiții de mediu,
• nivel scăzut de toxicitate,
• nivel ridicat de rezistență din punct de vedere chimic.

Prepararea dioxidului de titan

Peste cinci milioane de tone de dioxid de titan sunt produse anual în lume. Recent, China și-a crescut foarte mult producția. Liderii mondiali în producția acestei substanțe sunt SUA, Finlanda și Germania. Aceste state sunt cele care au mari oportunități de a obține această componentă. Ei îl exportă în diferite țări pace.

Dioxidul de titan poate fi obținut prin două metode principale:

1. Producția de dioxid de titan din concentrat de ilmenit.

În fabricile de producție, procesul de obținere a oxidului de titan este astfel împărțit în trei etape. La prima dintre ele, concentratele de ilmenit sunt prelucrate folosind acid sulfuric. Ca rezultat, se formează două componente: sulfatul feros și sulfatul de titan. Apoi crește nivelul de oxidare a fierului. Filtrele speciale separă sulfații și nămolul. În a doua etapă, sărurile de sulfat de titan sunt hidrolizate. Hidroliza se realizează prin utilizarea semințelor din soluții de sulfat. Ca rezultat, se formează hidrați de oxid de titan. În a treia etapă, acestea sunt încălzite la o anumită temperatură.

2. Producția de dioxid de titan din tetraclorura de titan.

În acest tip de obținere a unei substanțe, există trei metode, care sunt prezentate:

• hidroliza soluțiilor apoase de tetraclorură de titan;
• hidroliza în fază de vapori a tetraclorurii de titan,
• tratamentul termic al tetraclorurii de titan.

Masă. Producători de dioxid de titan.

Întreprindere	Volume de producție, mii de tone
Tehnologii DuPont Titanium	1150
National Titanium Dioxide Co	N / A
Ltd. (Cristal)	705
Pigmenti Huntsman	659
Tronox, Inc.	642
Kronos Worldwide, Inc.	532
Sachtleben Chemie GmbH	240
Ishihara Sangyo Kaisha, Ltd	230

ÎN lumea modernă Oxidul de titan este utilizat în mod activ în diverse industrii.

Dioxidul de titan are următoarele aplicații:

• Productie de vopsele si lacuri. În cele mai multe cazuri, albul de titan este produs pe baza acestei componente.
• utilizare în producția de materiale plastice.
• producția de hârtie laminată,
• Productie de produse cosmetice decorative.

Oxidul de titan a găsit, de asemenea, o largă aplicație în industria alimentară. Producătorii îl adaugă la produsele lor ca unul dintre componentele coloranților de tip alimentar. Practic nu se observă în produsele alimentare. Producătorii îl adaugă în cantități minime, astfel încât produsele lor să fie mai bine depozitate și să aibă un aspect atractiv.