Тема: ФОТОКАТАЛИТИЧЕСКОЕ ПОЛУЧЕНИЕ ВОДОРОДА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКИХ КОМПОЗИТОВ ПРИ ОДНОВРЕМЕННОЙ ДЕГРАДАЦИИ ОРГАНИЧЕСКИХ ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ

Одной из основных технологических проблем современности является недостаток энергетических ресурсов. Мировое потребление энергии выросло экспоненциально, что привело к истощению запасов ископаемых видов топлива и отрицательно сказывается на экологической обстановке. Это диктует необходимость развития технологий производства энергии на основе возобновляемых ресурсов.
Использование водородного топлива в энергетической сфере открывает широкие перспективы развития экологических технологий, однако существенной проблемой является неэкономичность его промышленного производства. Перспективный вариант её решения - фотокаталитическое разложение воды или водно-органических систем для получения водорода под действием солнечной энергии. С учетом экономических и экологических факторов в качестве «расходных» органических реагентов для получения водорода предпочтительно использовать загрязнители воды или компоненты, входящие в состав сточных вод различных производств. Растворимые органические вещества (РОВ) выступают в качестве доноров электронов, они окисляются до CO2 с потреблением фотогенерированных дырок и/или кислорода, уменьшая возможность рекомбинации носителей заряда и способствуя тем самым повышению эффективности образования водорода.
С целью эффективного использования солнечной энергии в процессах генерирования водорода применяют различные подходы к сдвигу активности фотокатализатора в область видимого света. Предложены композиционные фотокатализаторы, состоящие из 2-х полупроводников для улучшения разделения зарядов и расширения диапазона действующего света, например, CdS-TiO2, SnO2-TiO2. Железосодержащие катализаторы привлекательны не только с экономической точки зрения; они экологичны и уже широко используются в различных каталитических системах.
Ранее было установлено [31], что железосодержащие композиты нитридов бора и кремния проявляют фотоактивность в процессах деградации РОВ, в частности, щавелевой кислоты, формальдегида, фенольных соединений. Эффективность композитов связана как с созданием в растворе различных фотокаталитических систем (фото-Фентона, ферриоксалатная и др.) посредством совмещения гетерогенного и гомогенного катализа, так и с наличием в составе керамической матрицы широкозонных полупроводниковых соединений, проявляющих активность в условиях УФ излучения.
Представляло интерес исследовать возможность применения Fe-содержащих металлокерамических композитов в совмещённых фотокаталитических процессах деградации РОВ и генерирования водорода из «расходных» реагентов в условиях системы фото-Фентона ^е(П,Ш)/Н2О2/УФ). В качестве «расходных» реагентов изучены карбоновые кислоты (НСООН, Н2С2О4, НэСй), гидразин.
Цель работы: оценка фотокаталитической активности железосодержащих металлокерамических композитов в совмещённых процессах генерирования водорода и деградации РОВ.
Объект исследования: композиционные материалы, полученные азотированием ферросиликоалюминия (ФСА) методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС)
Задачи:
1. Исследование фазовый состав и элементный состав композитов.
2. Исследование оптических свойств фотокатализаторов.
3. Оценка фотокаталитической активности композитов, непосредственно в процессе генерирования водорода.

Купить

1. Методами рентгеновской дифракции и микрорентгеноспектрального анализа установлено, что разбавление исходной шихты ферросиликоалюминия шунгитом и металлическим титаном приводит к введению в состав керамической матрицы полупроводниковых соединений (SiC, TiN), расширяющих диапазон действующего света в видимую область.
2. Изучены оптические свойства исследуемых композитов методом электронной спектроскопии. Из спектров диффузного отражения определена
ширина запрещенной зоны (Eg) полупроводников, входящих в состав керамической матрицы. Показано, что все исследуемые композиты способны поглощать электромагнитное излучение в диапазоне длин волн 240 - 480 нм
3. Установлено, что каталитическая активность модифицированных полупроводниковыми соединениями композитов в процессе генерирования водорода из «жертвенных» реагентов значительно выше исходного композита на основе нитрида кремния, что указывает на преобладающую роль гетерогенного катализа.
4. Увеличение концентрации пероксида водорода в растворе приводит к повышению производительности композитов в процессе генерирования Н2 вследствие возрастания роли гомогенного катализа в совмещенном фотокаталитическом процессе.
5. Повышению производительности композитов в процессе генерирования Н2 способствует увеличение концентрации «жертвенного» реагента, реагента-активатора (Н2О2), внесение в раствор красителя-фотосенсибилизатора
Купить