CC BY
22
УНИВЕРСИТЕТ итмо
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИИ ВЕСТНИК ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИИ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ сентябрь-октябрь 2021 Том 21 № 5 http://ntv.ifmo.ru/
SCIENTIFIC AND TECHNICAL JOURNAL OF INFORMATION TECHNOLOGIES, MECHANICS AND OPTICS September-October 2021 Vol. 21 No 5 http://ntv.ifmo.ru/en/
ISSN 2226-1494 (print) ISSN 2500-0373 (online)
ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ. МЕХАНИКИ И йПТИКИ
doi: 10.17586/2226-1494-2021-21-5-670-678 УДК 541.14, 535.3
Исследование фотокаталитических свойств композитов хитозан-ТЮ2
для разложения пирена
Данила Алексеевич Татаринов1 Софья Руслановна Сокольникова2, Наталья Александровна Мыслицкая3
1'2'3 Калининградский государственный технический университет, Калининград, 236022, Российская Федерация
1 аап^аг^@таП.гаи, https://orcid.org/0000-0002-0463-4129
2 [email protected], https://orcid.org/0000-0002-0896-4512
3 [email protected], https://orcid.org/0000-0001-6701-5328
Аннотация
Предмет исследования. Разработаны нано- и микрокомпозиты хитозан-ТЮ2 для фотокаталитического разложения представителя полициклических ароматических углеводородов — пирена. Метод. Наночастицы ТЮ2 синтезированы методом лазерной абляции и определены их размеры с помощью метода фотонной корреляционной спектроскопии. Изготовлены нано- и микрокомпозиты на основе хитозана с различными содержаниями частиц ТЮ2. Исследовано влияние нано- и микрочастиц ТЮ2 в составе изготовленных нанокомпозитов на фотодеградацию пирена в модельных растворах диметилсульфоксида под ультрафиолетовым излучением. Для оценки снижения концентраций пирена в растворах использован метод люминесцентного анализа. Основные результаты. По результатам выполненных исследований построены графики кинетики псевдопервого порядка для деградации пирена в растворах. Доказана эффективность использования полученных композитов хитозан-ТЮ2 для фотокаталитического разложения пирена. За 60 мин под ультрафиолетовым излучением с помощью композитов хитозан-ТЮ2 подверглось фотокаталитическому разложению 68 % пирена при использовании наночастиц ТЮ2 и 55 % — микрочастиц ТЮ2. Практическая значимость. Разработанные композиты хитозан-ТЮ2 — перспективные фотокаталитические материалы для разложения полициклических ароматических углеводородов в водных средах. Методика изготовления композитов не требует дорогостоящего оборудования для изготовления, а также они удобны в применении для проведения фотокаталитических реакций. Ключевые слова
композиты из хитозана, наночастицы диоксида титана, микрочастицы диоксида титана, фотокатализатор, полициклические ароматические углеводороды, пирен
Ссылка для цитирования: Татаринов Д.А., Сокольникова С.Р., Мыслицкая Н.А. Исследование фотокаталитических свойств композитов хитозан-ТЮ2 для разложения пирена // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2021. Т. 21, № 5. С. 670-678. doi: 10.17586/2226-1494-2021-21-5-670-678
A study of the photocatalytic properties of chitosan-TiO2 composites
for pyrene decomposition Danila A. Tatarinov1®, Sofia R. Sokolnikova2, Natalia A. Myslitskaya3
i'2'3 Kaliningrad State Technical University, Kaliningrad, 236022, Russian Federation
1 [email protected]®, https://orcid.org/0000-0002-0463-4129
2 [email protected], https://orcid.org/0000-0002-0896-4512
3 [email protected], https://orcid.org/0000-0001-6701-5328
Abstract
In this work, nano- and microcomposites of chitosan-TiO2 were developed for the photocatalytic decomposition of pyrene, which is one of polycyclic aromatic hydrocarbons. TiO2 nanoparticles were synthesized by laser ablation, and
© Татаринов Д.А., Сокольникова С.Р., Мыслицкая Н.А., 2021
their sizes were determined using the photon correlation spectroscopy method. Nano- and microcomposites based on chitosan with different TiO2 particle contents were manufactured. The work studies the effect of nano- and microparticles of TiO2 in the composition of manufactured nanocomposites on the photodegradation of pyrene in model solutions of dimethyl sulfoxide under ultraviolet radiation. To assess the decrease in pyrene concentrations in solutions, the authors used the method of luminescent analysis. Based on the results of the conducted studies, pseudo-first-order kinetic graphs for pyrene degradation in solutions were plotted. The analysis proves the efficiency of the obtained chitosan-TiO2 composites for the photocatalytic decomposition of pyrene. In 60 minutes, 68 % and 55 % of pyrene were photodegraded under ultraviolet irradiation using chitosan-TiO2 composites with TiO2 nanoparticles and with TiO2 microparticles, respectively. The developed chitosan-TiO2 composites are prospective photocatalytic materials for the decomposition of polycyclic aromatic hydrocarbons in aqueous media. The method of manufacturing composites does not require expensive equipment, and they are also convenient for performing photocatalytic reactions. Keywords
chitosan composites, titanium dioxide nanoparticles, titanium dioxide microparticles, photocatalyst, polycyclic aromatic hydrocarbons, pyrene
For citation: Tatarinov D.A., Sokolnikova S.R., Myslitskaya N.A. A study of the photocatalytic properties of chitosan-TiO2 composites for pyrene decomposition. Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics, 2021, vol. 21, no. 5, pp. 670-678 (in Russian). doi: 10.17586/2226-1494-2021-21-5-670-678
Введение
Пирен — представитель веществ из группы полициклических ароматических углеводородов (ПАУ). Эти органические соединения — одни из самых распространенных загрязнителей окружающей среды [1]. ПАУ представляют опасность для здоровья человека даже в небольших количествах из-за свойства биоаккумуляции. Установлено, что при превышении содержания веществ группы ПАУ в окружающей среде значительно увеличивается риск развития онкологических заболеваний [2]. Таким образом, актуальным представляется разработка и исследование экологичных и экономичных методов деградации ПАУ, из которых наибольший интерес представляют фотокаталитические реакции [3].
В настоящее время перспективным представляется использование в качестве фотокатализатора диоксида титана (ГЮ2). ТЮ2 используется в различных областях, например, в работе [4] разработана методика изготовления антибактериальной керамической плитки. Более того, нанесение фотокаталитических материалов на ограждающие конструкции зданий, дорожные сооружения и туннели может быть эффективным для снижения уровня загрязнения окружающей среды [5].
Также фотокатализатор ТЮ2 находит применение в системах водоочистки. При использовании ТЮ2 в процессе фотокатализа генерируются гидроксильные радикалы, которые выступают в качестве окислителя. В связи с этим экотоксиканты, содержащиеся в очищаемой воде, разлагаются до безвредных неорганических составляющих без образования вторичных отходов [6].
Из литературных данных известно, что ТЮ2 позволяет разлагать экотоксиканты, в том числе из группы ПАУ Авторами [7] исследовано фотокаталитическое разложение смеси из 16 ПАУ в водных суспензиях ТЮ2 с большой площадью поверхности, освещенной ультрафиолетовым (УФ) светом. В работе [8] отмечено, что ТЮ2 может эффективно фотокатализовать окисление ПАУ, таких как антрацен, флуорен и нафталин, при облучении искусственным или солнечным светом. Авторами [9] доказано, что для пирена реакция фотокатализа с участием ТЮ2 происходит с образованием
некоторых промежуточных продуктов реакций, в результате пирен может окончательно минерализоваться до диоксида углерода, который не представляет потенциальной опасности для человека.
В работе [10] изучено фотокаталитическое разложение водных растворов нафталина и антрацена в тонком слое частиц ТЮ2 на стеклянных подложках. Авторами [11] наблюдалось, что использование ТЮ2 в больших концентрациях для фотокаталитического разложения ПАУ оказывается малоэффективным, и скорость фотодеградации уменьшается при увеличении концентрации ТЮ2. Это уменьшение могло быть результатом того, что частицы титана вынуждали УФ свет рассеиваться, уменьшая поглощение света в реакционной среде. В связи с этим представляется эффективным использование низких концентраций ТЮ2 для фотокаталитического разложения ПАУ.
В последние годы большой интерес представляют исследования возможности практического применения биополимеров для очистки водных сред. На их основе созданы экологически безопасные материалы с разнообразными свойствами, такие как сорбенты, пленки и фильтры, мембраны для нано- и ультрафильтрации, функциональные композитные материалы [12]. Некоторые биополимерные материалы с добавлением ТЮ2 используются для улучшения их функциональных свойств и увеличения фотокаталитической активности ТЮ2. Одним из перспективных биополимеров для решения подобных задач является продукт деацетилиро-вания хитина — хитозан [13].
Матрицы из хитозана проявляют высокую сорбци-онную способность [14, 15] и являются эффективными сорбентами таких соединений, как ионы тяжелых металлов, красители, ПАУ, и другие. Хитозан обладает высокой способностью к химической модификации благодаря наличию реактивных амино- и гидроксиль-ных групп. Это позволяет подбирать различные характеристики полимерного сорбента в зависимости от поставленных задач [16].
Ранее авторами настоящей работы были проведены исследования по разработке композитов (матриц) из хитозана с добавлением поливинилового спирта для улучшения прочностных характеристик изготавливае-
мых материалов [17]. В настоящей работе рассмотрена возможность применения ранее разработанных твердых матриц для создания фотокаталитически активных биополимерных композитов с использованием нано- и микрочастиц TiO2 для деградации ПАУ в водных средах. При этом в качестве представителя ПАУ выбран пирен, процесс фотодеградации исследовался при различных параметрах эксперимента.
Материалы и методы
В настоящей работе в качестве основы для композитов использован хитозан (Diaham LLC, степень деа-цетилирования 95 %, молярная масса 1526,45 г/моль). Образцы изготовлены по ранее разработанной методике [17], при формировании матриц в них добавлены микро- и наночастицы TiO2 (рис. 1). Полученные композиты представляют собой пленочные материалы на основе хитозана со средней толщиной 8ср = 46 ± 11 мкм.
В работе использованы микрочастицы TiO2 (ОСЧ 7-3, Промхим, Россия), которые изучены под оптическим микроскопом ZEISS SteREO Discovery.V20 (рис. 2, a). Далее определен размер частиц с помощью программы ImageJ, и построена гистограмма его распределения размеров (рис. 2, b).
Наночастицы ТЮ2 получены методом лазерной абляции по методике, описанной в работах [18, 19]. Для приготовления коллоидного раствора наночастиц TiO2 использован импульсный YAG:Nd3+ лазер с длиной волны излучения X = 532 нм, длительностью импульса т = 11 нс и частотой повторения импульсов v = 10 Гц. На рис. 3 представлена схема установки для получения наночастиц TiO2. Тонкая пластина Ti (99,9 % чистоты) погружалась в дистиллированную воду и в течение t = 60 мин облучалась лазером (выходная энергия лазерного излучения 170 мДж). Во время облучения кювета непрерывно перемещалась, чтобы избежать образования кратеров в титановой пластине в результате абляции.
Рис. 1. Модифицированные матрицы с добавлением: микрочастиц TiO2 56,25 мас.% от хитозана (а); наночастиц TiO2 0,75 мас.% от хитозана (b)
Fig. 1. Modified matrices with the addition of: TiO2 microparticles (56.25 wt.% chitosan) (a); TiO2 nanoparticles (0.75 wt.% chitosan) (b)
Исследование полученных наночастиц TiO2 выполнено с помощью метода динамического рассеяния света. Схема установки представлена на рис. 4. Образцы помещались в термостат при температуре 25,0 ± 0,1 °C. Источником излучения выбран гелий-неоновый лазер (W = 25 мВт; X = 632,8 нм; диаметр сечения луча 100 мкм). Лазерное излучение рассеивалось наноча-стицами TiO2, участвующими в броуновском движении. Рассеянный свет регистрировался фотоэлектронным умножителем (ФЭУ) с системой счета фотонов. Корреляционная функция интенсивности рассеянного
Диаметр, мкм
Рис. 2. Микрочастицы TiO2 под микроскопом (a) и гистограмма распределения размеров микрочастиц TiO2 (b) Fig. 2. TiO2 microparticles under a microscope (a) and histogram of the size distribution of TiO2 microparticles (b)
Отражающее
YAG:Nd3+ лазер
Рис. 3. Схема установки для получения наночастиц ТЮ2 Fig. 3. Scheme of the installation for the production of TiO2 nanoparticles
света вычислена с использованием 32-битного 282-ка-нального коррелятора «Photocor-FC», подключенного к компьютеру (ПК). По результатам измерения размеров частиц с помощью метода динамического рассеяния света и обработки результатов программой DynaLS при критическом уровне значимости р = 0,05 рассчитан средний радиус наночастиц Я =21 ± 4 нм.
Концентрация полученных микро- и наночастиц ТЮ2 в составе композитов из хитозана нормирована по удельной площади поверхности частиц ТЮ2. В приближении одинакового размера и шарообразной формы всех частиц по значению величины среднего радиуса Я
вычислена площадь удельной поверхности:
^ = ^
где р — плотность частиц ТЮ2.
При средних радиусах 22 ± 5 мкм и 21 ± 4 нм и плотности ТЮ2 р = 4,5 г/см3 величина £удМЧ = 0,030 ± ± 0,007 м2/г — для микрочастиц и £уд НЧ = 32 ± 5 м2/г — для наночастиц. Для сравнения эффективности микро-и наночастиц с учетом нормирования по использо-
ваны три величины концентрации наночастиц ютю2 нч, равные 0,15, 0,50 и 1,00 мас.% хитозана, и микрочастиц ®тю2.МЧ, равные 18,75, 56,25 и 74,81 мас.% хитозана соответственно.
Растворы пирена с концентрацией, равной 10-6 моль/л (Fluka, Германия), приготовлены в 20-ти % водном растворе диметилсульфоксида, включая дистиллированную воду pH = 7,0. Значение водородного показателя вещества рН контролировалось на рН-метре (F20-Standard, Mettler Toledo, США).
Для проведения исследований были изготовлены модифицированные композиты с микро- и наноча-стицами TiO2 и контрольные образцы без добавления TiO2 размером 3 х 3 см. Образцы подвергались статической сорбции в растворах пирена от 15 до 60 мин при температуре 20 °C под воздействием УФ излучения (УФ-лампа, мощность P = 26 Вт, диапазон длин волн X = 365-395 нм). С интервалами 15 мин осуществлен люминесцентный анализ пирена в растворах после УФ облучения композитов хитозан-ТЮ2.
Для проведения люминесцентного анализа использована модульная система HORIBA Fluorolog-3 TCSPC.
Рис. 4. Схема установки для определения размеров наночастиц ТЮ2 Fig. 4. Scheme of the installation for determining the size of TiO2 nanoparticles
При этом погрешность измеряемых параметров складывалась из погрешностей длины волны излучения, выделяемого эмиссионным монохроматором (0,5 нм по данным производителя [20]), и измерения интенсивности люминесценции.
Статистическая обработка результатов экспериментов выполнена по методике ШРАС [21]. Для выборочной совокупности со степенями свободы п = 5 рассчитано среднеквадратичное отклонение, затем определен доверительный интервал при среднем значении с доверительной вероятностью 0,95 и ошибка результата измерений. Таким образом, для значений эффективности фотодеградации абсолютная погрешность составила (3-6)10-2
Результаты и обсуждение
Для изучения процессов фотокаталитического разложения пирена с помощью композитов хитозан-ТЮ2 проведен люминесцентный анализ изготовленных образцов. Спектры люминесценции (Хех = 320 нм) растворов после статической сорбции пирена на композиты хитозан-ТЮ2 в течение 60 мин представлены на рис. 5.
Основываясь на результатах люминесцентного анализа, можно сделать вывод, что интенсивность люминесценции пирена после статической сорбции на композитах хитозан-ТЮ2 с микро- и наночастицами, под воздействием УФ излучения меньше по сравнению с интенсивностью ПАУ после статической сорбции на контрольных матрицах. Таким образом, фотокатализатор ТЮ2 ускоряет процесс окисления представителя ПАУ — пирена.
Также из рис. 5 видно, что эффективность использования композитов хитозан-ТЮ2 для фотодеградации пирена зависит от количества добавляемого ТЮ2. На образцах с содержанием нано- и микрочастиц ТЮ2
ютю2.НЧ = 1,00 мас.% и юТ;о2.мч = 74,81 мас.% от хито-зана соответственно наблюдается наибольшая степень фотодеградации ПАУ при t = 60 мин под УФ излучением.
Отметим, что при нормировании концентраций по величине £уд поверхностей микро- и наночастиц, последние привели к более эффективной деградации пирена, увеличение эффективности в данном случае составило 13 %.
Это связано главным образом с большей фотоактивностью наночастиц ТЮ2. Известно [22], что нано-размерный ТЮ2 склонен к образованию более крупных агрегатов. Так, например, авторами [23] отмечено, что микрочастицы ТЮ2 имеют более гладкую поверхность, чем агрегации наноразмерных частиц. На гладкой поверхности микрочастиц падающие фотоны рассеиваются в основном за счет отражения. Более грубая поверхность, образованная нанокристаллами, позволяет большему количеству рассеянных фотонов проникать в агрегат. Данный процесс способствует увеличению фотокаталитической активности наноразмерного ТЮ2 по сравнению с микроразмерным [24].
Концентрации ПАУ для оценки скорости деградации пирена в процессе фотокаталитических реакций на композитах хитозан-ТЮ2 определены с помощью люминесцентного анализа. В работе [25] концентрация пирена при люминесцентном методе анализа определялась с помощью калибровочного графика. В результате установлено, что зависимость интенсивности люминесценции от концентрации ПАУ имеет линейный характер до СПАУ = 2 х 10-8 г/л, которые определены по схожей методике. Были приготовлены пять растворов пирена в 20-ти % водном растворе диметилсульфокси-да в диапазоне концентраций от 10-4 до 10-8 моль/л. Построен эталонный график по значению интенсивности люминесценции первой вибронной полосы
0,8 х ю6-
g 0,6 х 10«
g 0,4 х ю6-
№
и g
S
0,2 x Ю6-
370
390 410
Длина волны, нм
430
370
390 410
Длина волны, нм
430
Рис. 5. Спектры люминесценции (Xex = 320 нм) растворов пирена после статической сорбции композитов на основе хитозана с различными концентрациями наночастиц TiO2 (a) и микрочастиц TiO2 (b) Fig. 5. Luminescence spectra (Xex = 320 nm) of pyrene solutions after static sorption of chitosan-based composites with different
concentrations of TiO2 nanoparticles (a) and TiO2 microparticles (b)
(X = 372 нм) пирена. Для определения концентраций пирена в исследуемых растворах после статической сорбции композитов получены спектры люминесценции пирена при условиях, аналогичных эталонному анализированию. Выполнено сравнение полученных значений интенсивности с эталонными по ранее построенному графику.
Графики фотодеградации пирена с использованием нано- и микрокомпозитов хитозан-ТЮ2 представлены на рис. 6, а, с. Кривые показывают отношения концентраций пирена С в растворах после статической сорбции на композиты хитозан-ТЮ2 за время УФ облучения / к начальной концентрации пирена в растворах С0 до обработки УФ излучением (/0 = 0 мин). Видно, что эффективность фотодеградации пирена в растворах при использовании нано- и микрокомпозитов хитозан-ТЮ2 достигает соответственно 68 и 55 % через / = 60 мин под воздействием УФ излучения.
Основываясь на данных работы [26], кинетика псевдопервого порядка для фотокаталитического разложения ПАУ описывается уравнением:
С,
Ь— = -к/, (1)
^о
где к — константа скорости деградации ПАУ; / — время протекания фотокаталитической реакции.
На основании уравнения (1) построены графики кинетики псевдопервого порядка для деградации пирена под УФ излучением (рис. 6, Ь, сС), которые показывают зависимость натурального логарифма отношения С/С от времени воздействия УФ излучения /. Определены константы скорости деградации пирена, значения которых также приведены на рис. 6, Ь, с.
Экспериментально полученные значения коэффициентов корреляции R2 для фотодеградации пи-
20 40
Время t, мин
20 40
Время t, мин
Рис. 6. Графики фотодеградации и соответствующие им графики кинетики псевдопервого порядка растворов пирена после
статической сорбции композитов с нано- (a, b) и микрочастицами (c, d) TiO2 Fig. 6. Photodegradation graphs and corresponding graphs of the pseudo-first-order kinetics of pyrene solutions after static sorption of composites with TiO2 nanoparticles (a, b) and TiO2 microparticles (c, d)
рена на композитах хитозан-ТЮ2 лежат в диапазоне 0,9724-0,9905. Это доказывает, что фотокаталитическое разложение пирена с достаточной степенью точности (Я2 > 0,95) соответствует кинетике псевдопервого порядка. Для реакций, протекающих на контрольных образцах без добавления ТЮ2, значение R2 = 0,7341, что свидетельствует о низкой сходимости с кинетикой фотодеградации псевдопервого порядка.
В целом результаты кинетических исследований подтверждают, что микро- и нанокомпозиты хитозан-ТЮ2 эффективны для разложения пирена. Например, в работе [27] эффективность фотодеградации пирена (Спирена = 0,5 х 10-6 моль/л) в растворе наночастиц ТЮ2, изготовленных по методике [28], составляет 35 % 60 мин воздействия УФ излучения. Авторами работы [29] получено значение эффективности фотодеградации пирена — 46 % в растворе на-ночастиц ТЮ2 при аналогичных условиях проведения эксперимента.
Полученные в данной работе значения эффективности разложения пирена достигаются благодаря высокой сорбционной способности твердых матриц на основе хитозана, которая была доказана ранее в работе [17]. Предполагается, что ускорение фотокаталитической деградации на изготовленных композитах хитозан-ТЮ2 происходит из-за активной адсорбции полициклических ароматических углеводородов на ТЮ2, которые адсорбируются на поверхности ТЮ2 в течение всего процесса фотокаталитической реакции. Это является следствием их низкой растворимости и сильной адсорбции на ТЮ2 [27].
Заключение
За 60 мин под ультрафиолетовым излучением с помощью композитов хитозан-ТЮ2 подверглось фотокаталитическому разложению 68 % пирена при использовании юХЮ2.НЧ = 1,00 % наночастиц ТЮ2 и 55 % — юТ;о2МЧ = 74,81 % микрочастиц. По результатам проведенных исследований построены графики кинетики фотодеградации псевдопервого порядка. Получены значения констант скорости деградации к = 0,0212 мин-1 и к = 0,0156 мин-1 для пирена при использовании нано- и микрокомпозитов соответственно.
При добавлении наночастиц ТЮ2 в состав матриц из хитозана значительно сокращается количество используемого фотокатализатора по сравнению с микрочастицами ТЮ2. Так, например, при добавлении 1,00 мас.% от хитозана наночастиц ТЮ2 в состав композитов достигается большая степень фотодеградации пирена, чем при использовании 74,81 мас.% от хитозана микрочастиц ТЮ2. Предполагается, что это позволит в дальнейшем снизить стоимость производства и повысить эффективность разработанных композитов хитозан-ТЮ2.
Таким образом, нанокомпозиты хитозан-ТЮ2 — перспективные фотокаталитические материалы для разложения пирена в водных средах. Они могут быть использованы для фотодеградации других опасных полициклических ароматических углеводородов, например, бенз(а)антрацена, бензо(к)флуорантена, бенз(а) пирена, дибензантрацена и др. Методика изготовления разработанных композитов не требует дорогостоящего оборудования для изготовления, а также они удобны в применении для проведения фотокаталитических реакций. После использования пленочные нанокомпозиты поддаются дальнейшей переработке.
Литература
1. Kalf D.F., Crommentuijn T., Van de Plassche E.J. Environmental quality objectives for 10 polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) // Ecotoxicology and Environmental Safety. 1997. V. 36. N 1. P. 89-97. https://doi.org/10.1006/eesa.1996.1495
2. Kim K.-H., Jahan S.A., Kabir E., Brown R.J.C. A review of airborne polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) and their human health effects // Environment International. 2013. V. 60. P. 71-80. https:// doi.org/10.1016/j.envint.2013.07.019
3. Zhang L., Li P., Gong Z., Li X. Photocatalytic degradation of polycyclic aromatic hydrocarbons on soil surfaces using TiO2 under UV light // Journal of Hazardous Materials. 2008. V. 158. N 2-3. P. 478-484. https://doi.org/10.1016/jjhazmat.2008.01.119
4. Watanabe T., Kojima E., Norimoto K., Saeki Y. Fabrication of ТЮ2 photocatalytic tile and its practical applications // Fourth Euro Ceramics. 1995. V. 11. P. 175-180.
5. Ramirez A.M., De Belie N. Application of ТЮ2 photocatalysis to cementitious materials for self-cleaning purposes // Applications of Titanium Dioxide Photocatalysis to Construction Materials. 2011. P. 11-15. https://doi.org/10.1007/978-94-007-1297-3_3
6. Nguyen V.-H., Phan Thi L.-A., Van Le Q., Singh P., Raizada P., Kajitvichyanukul P. Tailored photocatalysts and revealed reaction pathways for photodegradation of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in water, soil and other sources // Chemosphere. 2020. V. 260. P. 127529. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2020.127529
7. Ireland J.C., Davila B., Moreno H., Fink S.K., Tassos S. Heterogeneous photocatalytic decomposition of polyaromatic hydrocarbons over titanium dioxide // Chemosphere. 1995. V. 30. N 5. P. 965-984. https://doi.org/10.1016/0045-6535(94)00452-Z
References
1. Kalf D.F., Crommentuijn T., Van de Plassche E.J. Environmental quality objectives for 10 polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs). Ecotoxicology and Environmental Safety, 1997, vol. 36, no. 1, pp. 8997. https://doi.org/10.1006/eesa.1996.1495
2. Kim K.-H., Jahan S.A., Kabir E., Brown R.J.C. A review of airborne polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) and their human health effects. Environment International, 2013, vol. 60, pp. 71-80. https:// doi.org/10.1016/j.envint.2013.07.019
3. Zhang L., Li P., Gong Z., Li X. Photocatalytic degradation of polycyclic aromatic hydrocarbons on soil surfaces using ТЮ2 under UV light. Journal of Hazardous Materials, 2008, vol. 158, no. 2-3, pp. 478-484. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2008.01.119
4. Watanabe T., Kojima E., Norimoto K., Saeki Y. Fabrication of ТЮ2 photocatalytic tile and its practical applications. Fourth Euro Ceramics, 1995, vol. 11, pp. 175-180.
5. Ramirez A.M., De Belie N. Application of ТЮ2 photocatalysis to cementitious materials for self-cleaning purposes. Applications of Titanium Dioxide Photocatalysis to Construction Materials, 2011, pp. 11-15. https://doi.org/10.1007/978-94-007-1297-3_3
6. Nguyen V.-H., Phan Thi L.-A., Van Le Q., Singh P., Raizada P., Kajitvichyanukul P. Tailored photocatalysts and revealed reaction pathways for photodegradation of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in water, soil and other sources. Chemosphere, 2020, vol. 260, pp. 127529. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2020.127529
7. Ireland J.C., Davila B., Moreno H., Fink S.K., Tassos S. Heterogeneous photocatalytic decomposition of polyaromatic hydrocarbons over titanium dioxide. Chemosphere, 1995, vol. 30, no. 5, pp. 965-984. https://doi.org/10.1016/0045-6535(94)00452-Z
8. Dass S., Muneer M., Gopidas K. Photocatalytic degradation of wastewater pollutants. Titanium-dioxide-mediated oxidation of polynuclear aromatic hydrocarbons // Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry. 1994. V 77. N 1. P. 83-88. https://doi. org/10.1016/1010-6030(94)80011-1
9. Wen S., Zhao J., Sheng G., Fu J., Peng P. Photocatalytic reactions of pyrene at TiO2/water interfaces // Chemosphere. 2003. V. 50. N 1. P. 111-119. https://doi.org/10.1016/S0045-6535(02)00420-4
10. Pal B., Sharon M. Photodegradation of polyaromatic hydrocarbons over thin film of TiO2 nanoparticles; a study of intermediate photoproducts // Journal of Molecular Catalysis A: Chemical. 2000. V. 160. N 2. P. 453-460. https://doi.org/10.1016/S1381-1169(00)00280-6
11. Salihoglu N.K., Karaca G., Salihoglu G., Tasdemir Y. Removal of polycyclic aromatic hydrocarbons from municipal sludge using UV light // Desalination and Water Treatment. 2012. V. 44. N 1-3. P. 324333. https://doi.org/10.1080/19443994.2012.691689
12. Djachuk O.A., Tkachenko A.V. The luminescence of polycyclic aromatic hydrocarbons on modified by surface-active agent cellulose // Proceedings of SPIE. 2008. V. 6791. P. 67910P. https://doi. org/10.1117/12.803984
13. Siripatrawan U., Kaewklin P. Fabrication and characterization of chitosan-titanium dioxide nanocomposite film as ethylene scavenging and antimicrobial active food packaging // Food Hydrocolloids. 2018. V. 84. P. 125-134. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2018.04.049
14. Rinaudo M. Chitin and chitosan: Properties and applications // Progress in Polymer Science. 2006. V. 31. N 7. P. 603-632. https:// doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2006.06.001
15. Jabli M., Baouab M.H.V., Roudesli M.S., Bartegi A. Adsorption of acid dyes from aqueous solution on a chitosan-cotton composite material prepared by a new pad-dry process // Journal of Engineered Fibers and Fabrics. 2011. V. 6. N 3. P. 1-12. https://doi. org/10.1177/155892501100600301
16. Gerente C., Lee V.K.C., Le Cloirec P., McKay G. Application of chitosan for the removal of metals from wastewaters by adsorption — Mechanisms and models review // Critical Reviews in Environmental Science and Technology. 2007. V. 37. N 1. P. 41-127. https://doi. org/10.1080/10643380600729089
17. Tatarinov D., Sokolnikova S., Myslitskaya N. Solid-phase luminescence of pyrene in chitosan adsorbents // Journal of Biomedical Photonics & Engineering. 2020. V. 6. N 1. P. 010305. https://doi.org/10.18287/JBPE20.06.010305
18. Singh S.C., Swarnkar R.K., Gopal R. Synthesis of titanium dioxide nanomaterial by pulsed laser ablation in water // Journal of Nanoscience and Nanotechnology. 2009. V. 9. N 9. P. 5367-5371. https://doi.org/10.1166/jnn.2009.1114
19. Siuzdak K., Sawczak M., Klein M., Nowaczyk G., Jurga S., Cenian A. Preparation of platinum modified titanium dioxide nanoparticles with the use of laser ablation in water // Physical Chemistry Chemical Physics. 2014. V. 16. N 29. P. 15199-15206. https://doi.org/10.1039/ C4CP01923G
20. HORIBA Instruments Incorporated. Fluorolog-3: Operation Manual. 2014.
21. Currie L.A., Svehla G. Nomenclature for the presentation of results of chemical analysis (IUPAC Recommendations 1994) // Pure and Applied Chemistry. 1994. V. 66. N 3. P. 595-608. https://doi. org/10.1351/pac199466030595
22. Lasa H.D., Serrano B., Salaices M. Novel photocatalytic reactors for water and air treatment // Photocatalytic Reaction Engineering. Springer, 2005. P. 17-47. https://doi.org/10.1007/0-387-27591-6_2
23. Maira A.J., Yeung K.L., Lee C.Y., Yue P.L., Chan C.K. Size effects in gas-phase photo-oxidation of trichloroethylene using nanometer-sized TiO2 catalysts // Journal of Catalysis. 2000. V. 192. N 1. P. 185-196. https://doi.org/10.1006/jcat.2000.2838
24. Shih Y.-H., Lin C.-H. Effect of particle size of titanium dioxide nanoparticle aggregates on the degradation of one azo dye // Environmental Science and Pollution Research. 2012. V. 19. N 5. P. 1652-1658. https://doi.org/10.1007/s11356-011-0669-z
25. Rogacheva S.M., Volkova E.V., Otradnova M.I., Gubina T.I., Shipovskaya A.B. Solvent effect on the solid-surface fluorescence of pyrene on cellulose diacetate matrices // International Journal of Optics. 2018. V. 2018. P. 3012081. https://doi.org/10.1155/2018/3012081
26. Tatarinov D., Sokolnikova S., Myslitskaya N. Applying of chitosan-TiO2 nanocomposites for photocatalytic degradation of anthracene and pyrene // Journal of Biomedical Photonics & Engineering. 2021. V. 7. N 1. P. 010301. https://doi.org/10.18287/JBPE21.07.010301
8. Dass S., Muneer M., Gopidas K. Photocatalytic degradation of wastewater pollutants. Titanium-dioxide-mediated oxidation of polynuclear aromatic hydrocarbons. Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 1994, vol. 77, no. 1, pp. 83-88. https:// doi.org/10.1016/1010-6030(94)80011-1
9. Wen S., Zhao J., Sheng G., Fu J., Peng P. Photocatalytic reactions of pyrene at TiO2/water interfaces. Chemosphere, 2003, vol. 50, no. 1, pp. 111-119. https://doi.org/10.1016/S0045-6535(02)00420-4
10. Pal B., Sharon M. Photodegradation of polyaromatic hydrocarbons over thin film of TiO2 nanoparticles; a study of intermediate photoproducts. Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 2000, vol. 160, no. 2, pp. 453-460. https://doi.org/10.1016/S1381-1169(00)00280-6
11. Salihoglu N.K., Karaca G., Salihoglu G., Tasdemir Y. Removal of polycyclic aromatic hydrocarbons from municipal sludge using UV light. Desalination and Water Treatment, 2012, vol. 44, no. 1-3, pp. 324-333. https://doi.org/10.1080/19443994.2012.691689
12. Djachuk O.A., Tkachenko A.V. The luminescence of polycyclic aromatic hydrocarbons on modified by surface-active agent cellulose. Proceedings of SPIE, 2008, vol. 6791, pp. 67910P. https://doi. org/10.1117/12.803984
13. Siripatrawan U., Kaewklin P. Fabrication and characterization of chitosan-titanium dioxide nanocomposite film as ethylene scavenging and antimicrobial active food packaging. Food Hydrocolloids, 2018, vol. 84, pp. 125-134. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2018.04.049
14. Rinaudo M. Chitin and chitosan: Properties and applications. Progress in Polymer Science, 2006, vol. 31, no. 7, pp. 603-632. https://doi. org/10.1016/j.progpolymsci.2006.06.001
15. Jabli M., Baouab M.H.V., Roudesli M.S., Bartegi A. Adsorption of acid dyes from aqueous solution on a chitosan-cotton composite material prepared by a new pad-dry process. Journal of Engineered Fibers and Fabrics, 2011, vol. 6, no. 3, pp. 1-12. https://doi. org/10.1177/155892501100600301
16. Gerente C., Lee V.K.C., Le Cloirec P., McKay G. Application of chitosan for the removal of metals from wastewaters by adsorption — Mechanisms and models review. Critical Reviews in Environmental Science and Technology, 2007, vol. 37, no. 1, pp. 41-127. https://doi. org/10.1080/10643380600729089
17. Tatarinov D., Sokolnikova S., Myslitskaya N. Solid-phase luminescence of pyrene in chitosan adsorbents. Journal of Biomedical Photonics & Engineering, 2020, vol. 6, no. 1, pp. 010305. https://doi. org/10.18287/JBPE20.06.010305
18. Singh S.C., Swarnkar R.K., Gopal R. Synthesis of titanium dioxide nanomaterial by pulsed laser ablation in water. Journal of Nanoscience and Nanotechnology, 2009, vol. 9, no. 9, pp. 5367-5371. https://doi.org/10.1166/jnn.2009.1114
19. Siuzdak K., Sawczak M., Klein M., Nowaczyk G., Jurga S., Cenian A. Preparation of platinum modified titanium dioxide nanoparticles with the use of laser ablation in water. Physical Chemistry Chemical Physics, 2014, vol. 16, no. 29, pp. 15199-15206. https://doi. org/10.1039/C4CP01923G
20. HORIBA Instruments Incorporated. Fluorolog-3. Operation Manual. 2014.
21. Currie L.A., Svehla G. Nomenclature for the presentation of results of chemical analysis (IUPAC Recommendations 1994). Pure and Applied Chemistry, 1994, vol. 66, no. 3, pp. 595-608. https://doi. org/10.1351/pac199466030595
22. Lasa H.D., Serrano B., Salaices M. Novel photocatalytic reactors for water and air treatment. Photocatalytic Reaction Engineering, Springer, 2005, pp. 17-47. https://doi.org/10.1007/0-387-27591-6_2
23. Maira A.J., Yeung K.L., Lee C.Y., Yue P.L., Chan C.K. Size effects in gas-phase photo-oxidation of trichloroethylene using nanometer-sized TiO2 catalysts. Journal of Catalysis, 2000, vol. 192, no. 1, pp. 185196. https://doi.org/10.1006/jcat.2000.2838
24. Shih Y.-H., Lin C.-H. Effect of particle size of titanium dioxide nanoparticle aggregates on the degradation of one azo dye. Environmental Science and Pollution Research, 2012, vol. 19, no. 5, pp. 1652-1658. https://doi.org/10.1007/s11356-011-0669-z
25. Rogacheva S.M., Volkova E.V., Otradnova M.I., Gubina T.I., Shipovskaya A.B. Solvent effect on the solid-surface fluorescence of pyrene on cellulose diacetate matrices. International Journal ofOptics, 2018, vol. 2018, pp. 3012081. https://doi.org/10.1155/2018/3012081
26. Tatarinov D., Sokolnikova S., Myslitskaya N. Applying of chitosan-TiO2 nanocomposites for photocatalytic degradation of anthracene and pyrene. Journal of Biomedical Photonics & Engineering, 2021, vol. 7, no. 1, pp. 010301. https://doi.org/10.18287/JBPE21.07.010301
27. Soni H., Kumar N., Patel K., Kumar N.R. Investigation on the heterogeneous photocatalytic remediation of pyrene and phenanthrene in solutions using nanometer TiO2 under UV irradiation // Polycyclic Aromatic Compounds. 2020. V. 40. N 2. P. 257-267. https://doi.org/ 10.1080/10406638.2017.1411956
28. Soni H., Kumar J.I.N., Patel K., Kumar R.N. Photocatalytic decoloration of three commercial dyes in aqueous phase and industrial effluents using TiO2 nanoparticles // Desalination and Water Treatment. 2016. V. 57. N 14. P. 6355-6364. https://doi.org/10.1080 /19443994.2015.1005147
29. Saloot M.K., Borghei S.M., Shirazi R.H.S.M. Evaluation of the photo-catalytic degradation of pyrene using Fe-doped TiO2 in presence of UV // Desalination and Water Treatment. 2019. V. 169. P. 232-240. https://doi.org/10.5004/dwt.2019.24660
27. Soni H., Kumar N., Patel K., Kumar N.R. Investigation on the heterogeneous photocatalytic remediation of pyrene and phenanthrene in solutions using nanometer TiO2 under UV irradiation. Polycyclic Aromatic Compounds, 2020, vol. 40, no. 2, pp. 257-267. https://doi. org/10.1080/10406638.2017.1411956
28. Soni H., Kumar J.I.N., Patel K., Kumar R.N. Photocatalytic decoloration of three commercial dyes in aqueous phase and industrial effluents using TiO2 nanoparticles. Desalination and Water Treatment, 2016, vol. 57, no. 14, pp. 6355-6364. https://doi.org/10.1080/19443 994.2015.1005147
29. Saloot M.K., Borghei S.M., Shirazi R.H.S.M. Evaluation of the photo-catalytic degradation of pyrene using Fe-doped TiO2 in presence of UV. Desalination and Water Treatment, 2019, vol. 169, pp. 232-240. https://doi.org/10.5004/dwt.2019.24660
Авторы
Татаринов Данила Алексеевич — студент, Калининградский государственный технический университет, Калининград, 236022, Российская Федерация, https://orcid.org/0000-0002-0463-4129, dan. [email protected]
Сокольникова Софья Руслановна — студент, Калининградский государственный технический университет, Калининград, 236022, Российская Федерация, https://orcid.org/0000-0002-0896-4512, [email protected]
Мыслицкая Наталья Александровна — кандидат физико-математических наук, доцент, Калининградский государственный технический университет, Калининград, 236022, Российская Федерация, https://orcid.org/0000-0001-6701-5328, [email protected]
Authors
Danila A. Tatarinov — Student, Kaliningrad State Technical University, Kaliningrad, 236022, Russian Federation, https://orcid.org/0000-0002-0463-4129, [email protected]
Sofia R. Sokolnikova — Student, Kaliningrad State Technical University, Kaliningrad, 236022, Russian Federation,https://orcid.org/0000-0002-0896-4512, [email protected]
Natalia A. Myslitskaya — PhD, Associate Professor, Kaliningrad State Technical University, Kaliningrad, 236022, Russian Federation, https:// orcid.org/0000-0001-6701-5328, [email protected]
Статья поступила в редакцию 18.07.2021 Одобрена после рецензирования 09.08.2021 Принята к печати 02.10.2021
Received 18.07.2021
Approved after reviewing 09.08.2021
Accepted 02.10.2021
Работа доступна по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial»
