In this study, flat-type photocatalytic reaction system is applied to reduce toxic hexavalent chromium (Cr(VI)) to trivalent chromium (Cr(III)) in aqueous solution under UV irradiation. To overcome the limitation of conventional photocatalysis, a novel approach toward photocatalytic system for reduction of hexavalent chromium including nanotubular $TiO_2$ (NTT) on two kinds of titanium substrates (foil and mesh) were established. In addition, modified Ti substrates were prepared by bending treatment to increase reaction efficiency of Cr(VI) in the flat-type photocatalytic reactor. For the fabrication of NTT on Ti substrates, Ti foil and mesh was anodized with mixed electrolytes ($NH_4F-H_2O-C_2H_6O_2$) and then annealed in ambient oxygen. The prepared NTT arrays were uniformly grown on two Ti substrates and surface property measurements were performed through SEM and XRD. Hydraulic retention time(HRT) and substrate type were significantly affected the Cr(VI) reduction. Hence, the photocatalytic Cr(VI) reduction was observed to be highest up to 95% at bended(modified) Ti mesh and lowest HRT. Especially, Ti mesh was more effective as NTT substrate in this research.
$TiO_2$ nanoparticles were grown on carbon fiber by atomic later deposition (ALD) with TTIP $(Ti(OCH(CH_3)_2)_4$ and $H_2O$ precusors. After sampe surfaces were treated by electron beam (1 MeV, 5 KGy), an improvement in the photocatalytic reacitivity of $TiO_2$ nanoparticles on carbon fiber was observed. An increase in the population of hydroxyl group on $TiO_2$ particles and the oxidation of carbon fiber were found upon e-beam exposure, whereas there was no noticeable changes of their morphology. It implies that those changes in O and C 1s state of $TiO_2$ particles/carbon fiber induced by e-beam treatment could be related to the enhancement of the photocatalytic activity. In contrast, when carbon fiber fully covered with $TiO_2$ thick films was treated with high-energy electron beam under same conditions, the improvement of photocatalytic activity as well as any changes in XPS spectra (Ti 2p, O 1s and C 1s) could not be found.
코발트 적재된 활성탄소섬유(ACFs)는 이산화티탄($TiO_2$) 광촉매 반응을 촉진시키는 것을 발전되었다. Co-ACFs/$TiO_2$ 광촉매는 SEM, XRD, EDX 및 UV-vis 분광기를 사용하여 분석하였다. Co-ACFs/$TiO_2$ 광촉매에 대한 메틸렌불루(MB)의 분해 효과는 300분 반응해서 거의 100%를 도달하였다. 용액에 있는 MB 분자들은 ACFs의 흡착에 의해 $TiO_2$ 입자의 주위에 응축한다고 가정되었다. 그래서 이 광촉매 복합체는 MB 광분해에 대한 활성탄의 흡착성과 $TiO_2$의 광촉매 특성의 결합한 성능을 가지고 있다. 코발트가 전자 천이 효과를 가지고 있기 때문에 MB 용액의 광분해가 증가되는 것으로 판단된다.
International Journal of Advanced Culture Technology
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제3권1호
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pp.129-137
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2015
The study of photocatalysis of nano titanium dioxideon the cotton fabrics have been investigatedthrough self-cleaning properties. The mini-emulsion technique was employed to prepare the encapsulation of titanium dioxide nano particles in polystyrene beads prior used. The mini-emulsion was coated on the cotton fabrics using Pad-dry method.The loading amount of TiO2particles into the mini-emulsion were various from 1%wt to 40%wt. The particles sizes of the TiO2-encapsulated polystyrene mini-emulsion were investigated by dynamic light scattering. It was noticed that the particle size of the mini-emulsion was in the range of 100- 200 nm. The morphology of treated cotton fabrics were investigated using scanning electron microscopy. The crystal structure of TiO2-encapsulated PS mini emulsion which coated on cotton fabrics were examined by X-ray diffraction spectroscopy. In order to investigate the photocatalytic activities of TiO2 through the selfcleaning characteristics of the cotton fabrics, colorant stains were created on the samples. Coffee stains were used as colorant organic stains. The result shown that the coffee stained on the cotton fabrics significantly showed the improving of the self-cleaning properties under UV radiation.
We have investigated the influence of the crystal structure on the chemical bonding nature and photocatalytic activity of cubic and hexagonal perovskite A[$Cr_{1/2}Ta_{1/2}$]O3 (A = Sr, Ba) compounds. According to neutron diffraction and field emission-scanning electron microscopy, the crystal structure and particle size of these compounds are strongly dependent on the nature of A-site cations. Also, it was found that the face-shared octahedra in the hexagonal phase are exclusively occupied by chromium ions, suggesting the presence of metallic (Cr-Cr) bonds. X-ray absorption and diffuse UV-vis spectroscopic analyses clearly demonstrated that, in comparison with cubic Sr[$Cr_{1/2}Ta_{1/2}$]$O_3$ phase, hexagonal Ba[$Cr_{1/2}Ta_{1/2}$]$O_3$ phase shows a decrease of Cr oxidation state as well as remarkable changes in interband Cr d-d transitions, which can be interpreted as a result of metallic (Cr-Cr) interactions. According to the test of photocatalytic activity, the present semiconducting materials have a distinct activity against the photodegradation of 4-chlorophenol. Also the Srbased compound was found to show a higher photocatalytic activity than the Ba-based one, which is attributable to its smaller particle size and its stronger absorption in visible light region.
Transition metal ions doped $TiO_2$ nanostructured powders were prepared with simply heating aqueous $TiOCl_2$ solutions, contained various metal ions (Ni, Al, Fe, Zr, and Nb) of 1.47 mol% added as metal-chlorides, at $100^{\circ}C$ for 4 hrs by homogeneous precipitation process under suppressing conditions of water vaporization. The characterizations for prepared $TiO_2$ powders were carried out to observe doping of metal ions, their concentrations and microstructures using XRD, UV-VIS (DRS), XPS, SEM, TEM and ICP. Also, photo-oxidative abilities were evaluated by decomposition of 4-chlorophenol (4CP) under ultraviolet light irradiations. No secondary oxide phases were formed in all the $VTiO_2$ powders, showing doping with various transition metal ions. When adding ions ($Ni^{2+}$ or$ Al^{3+ }$ and $Zr^{4+}$ ) having valance states or ionic radii greatly different from those of $Ti^{4+}$ , the $TiO_2$ powders of mixed anatase and rutile phases were formed, whereas in the case of additions of $^Fe{3+ }$ and $Nb^{ 5+}$ as well as no addition of metal ion the powders with pure rutile phase alone were formed. Among the prepared $TiO_2$ powders, Ni$^{2+}$ doped $TiO_2$ powders, containing a small amount of anatase phase, showed excellent photo-oxidative ability in 4CP decomposition because of relative decreases in electron-hole recombination and poisoning of $TiO_2$ surface during the photoreaction.n.
Composites of P25 $TiO_2$ and hexagonal $WO_3$ nanorods are synthesized through ball-milling in order to study photocatalytic properties. Various composites of $TiO_2/WO_3$ are prepared by controlling the weight percentages (wt%) of $WO_3$, in the range of 1-30 wt%, and milling time to investigate the effects of the composition ratio on the photocatalytic properties. Scanning electron microscopy, x-ray diffraction, and transmission electron microscopy are performed to characterize the structure, shape and size of the synthesized composites of $TiO_2/WO_3$. Methylene blue is used as a test dye to analyze the photocatalytic properties of the synthesized composite material. The photocatalytic activity shows that the decomposition efficiency of the dye due to the photocatalytic effect is the highest in the $TiO_2/WO_3$ (3 wt%) composite, and the catalytic efficiency decreases sharply when the amount of $WO_3$ is further increased. As the amount of $WO_3$ added increases, dye-removal by adsorption occurs during centrifugation, instead of the decomposition of dyes by photocatalysts. Finally, $TiO_2/WO_3$ (3 wt%) composites are synthesized with various milling times. Experimental results show that the milling time has the best catalytic efficiency at 30 min, after which it gradually decreases. There is no significant change after 1 hour.
Lee, Min Hee;Patil, Umakant Mahadev;Kochuveedu, Saji Thomas;Lee, Choon Soo;Kim, Dong Ha
Bulletin of the Korean Chemical Society
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제33권11호
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pp.3767-3771
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2012
In this study, we investigate the potential use of $TiO_2@SiO_2$ and $ZnO@SiO_2$ core/shell nanoparticles (NPs) as effective UV shielding agent. In the typical synthesis, $SiO_2$ was coated over different types of $TiO_2$ (anatase and rutile) and ZnO by sol-gel method. The synthesized $TiO_2@SiO_2$ and $ZnO@SiO_2$ NPs were characterized by UV-Vis, XRD, SEM and TEM. The UV-vis absorbance and transmittance spectra of core@shell NPs showed an efficient blocking effect in the UV region and more than 90% transmittance in the visible region. XRD and SAED studies confirmed the formation of amorphous $SiO_2$ coated over the $TiO_2$ and ZnO NPs. The FESEM and TEM images shows that coating of $SiO_2$ over the surface of anatase, rutile $TiO_2$ and ZnO NPs resulted in the increase in particle size by ~30 nm. In order to study the UV light shielding capability of the samples, photocatalytic degradation of methylene blue dye on $TiO_2@SiO_2$ and $ZnO@SiO_2$ NPs was performed. Photocatalytic activity for both types of $TiO_2$ NPs was partially suppressed. In comparison, the photocatalytic activity of ZnO almost vanished after the $SiO_2$ coating.
Kim, Ji-Won;Kim, Hee-Sung;Yu, Kook-Hyun;Fujishima, Akira;Kim, Young-Soon
Bulletin of the Korean Chemical Society
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제31권10호
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pp.2849-2853
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2010
A method to improve the photocatalytic activity of titanium dioxide by modification with a sensitizer and a metal oxide is proposed. To achieve this goal, we used metal oxides as dopants. In particular, $CaWO_4$ and $Gd_2O_2S$:Tb were used because their 2.6 eV and 2.2 eV band gap energy and optical properties have a large positive effect on photocatalysis. The improvement in the photocatalytic activity of $TiO_2$ modified with $Gd_2O_2S$:Tb under ultraviolet light irradiation is described in a previous study. The present work focuses on the sensitization of metal oxide-modified $TiO_2$. Having observed the ultraviolet-visible absorption spectra of 3,4,9,10-Perylenetetracarboxylic diimide in the wide visible-light region from 400 nm to 650 nm and the broad peaks in its photoluminescence spectra at 695 nm and 717 nm, we decided to use this perylene dye to sensitize modified $TiO_2$ to enhance its activity as a visible-light harvesting photocatalyst. We also explored the positive effects thin-film surface changes stemming from ultraviolet pre-treatment have on photocatalytic activity. Finally, we subjected several metal oxide-modified $TiO_2$ products sensitized by the perylene dye to ultraviolet pre-treatment, obtaining the most active photocatalysts.
$Zn_2Ti_{1-x}Fe_xO_4\;(0\;{\leq}\;x\;{\leq}\;0.7)$ photocatalysts were synthesized by polymerized complex (PC) method and investigated for its physico-chemical as well as optical properties. $Zn_2Ti_{1-x}Fe_xO_4$ can absorb not only UV light but also visible light region due to doping of Fe in the Ti site of $Zn_2TiO_4$ lattice because of the band transition from Fe 3d to the Fe 3d + Ti3d hybrid orbital. The photocatalytic activity of Fe doped $Zn_2TiO_4$ samples for hydrogen production under UV light irradiation decreased with an increase in Fe concentration in $Zn_2TiO_4$. Consequently, there exists an optimized concentration of iron for improved photocatalytic activity under visible light (${\lambda}{\leq}$420 nm)
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[게시일 2004년 10월 1일]
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