Adsorption of azo dye Congo red on the Sn-doped TiO2 surface

І. Миронюк; М. Мислін; І. Лапчук; Т. Татарчук; О. Ольховий

doi:10.15330/pcss.22.3.561-567

Автор(и)

І. Миронюк Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника
М. Мислін Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника
І. Лапчук Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника
Т. Татарчук Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника
О. Ольховий Ягеллонський університет

DOI:

https://doi.org/10.15330/pcss.22.3.561-567

Ключові слова:

TiO2, адсорбція, Конго червоний, pHТНЗ

Анотація

У цій роботі було досліджено вплив домішки SnO₂ на поверхневий заряд та адсорбційні властивості зразків TiO₂. Експериментальне значення точки нульового заряду для TiO₂ з 3%, 6% та 12% SnO₂ дорівнює 3,53, 3,97 та 3,2 відповідно. Адсорбційну активність зразків вивчали на модельних розчинах аніонного барвника – конго-червоного. Максимальна адсорбційна здатність (q_exp) дорівнює 24,6 мг / г для 3Sn/TiO₂, 25,0 мг/г для 6Sn/TiO₂ та 39,1 мг / г для 12Sn/TiO₂. Для опису механізму адсорбції барвника Конго червоного на поверхні зразків Sn/TiO₂ використовували моделі Ленгмюра, Фрейндліха та Дубініна-Радушкевича. На основі результатів досліджень адсорбції Конго червоного поверхнею діоксиду титану, легованого Sn, всі зразки найкраще узгоджуються з моделлю Ленгмюра. Коефіцієнти кореляції для ізотерм Ленгмюра знаходяться в межах 0,9927 – 0,9996, тоді як значення R² для ізотерм Фрейндліха та Дубініна-Радушкевича знаходяться в межах 0,721 – 0,8329 та 0,8283 – 0,9433 відповідно. Результати апроксимації (модель Дубініна-Радушкевича) вказують на те, що процес зв'язування молекул Конго червоного з поверхнею Sn/TiO₂ є іонним обміном, оскільки енергія адсорбції (Е) знаходиться в діапазоні 8-16 кДж·моль^-1. Експериментальні дані, отримані за допомогою ізотерм адсорбції, показують, що зразок TiO₂, що містить 12% SnO₂, є найбільш активним. Введення додаткових іонів Sn у структуру TiO₂ призводить до збільшення адсорбційної здатності та ефективності видалення барвника. Найкращий результат видалення конго червоного спостерігався при концентрації Co = 5 мг/л (% видаленого барвника ≈ 83% для 12Sn/TiO₂; 81% для 6Sn/TiO₂ та 71% для 3Sn/TiO₂). Отже, досліджені зразки TiO₂, леговані SnO₂, можуть бути використані як ефективні адсорбенти конго-червоного з водних розчинів.

Посилання

F. Xu, Chemosphere 212, 662 (2018); https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2018.08.108.

G. Pfaff, P. Reynders, Chem. Rev. 99, 1963 (1999); https://doi.org/10.1021/cr970075u.

H.J. Leong, S.G. Oh, J. Ind. Eng. Chem. 66, 242 (2018); https://doi.org/10.1016/j.jiec.2018.05.035.

A. Weir, P. Westerhoff, L. Fabricius, K. Hristovski, N. Von Goetz, Environ. Sci. Technol. 46, 2242 (2012); https://doi.org/10.1021/es204168d.

Y. Liang, H. Ding, J. Alloys Compd. 844, 156139 (2020); https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.156139.

J. George, C.C. Gopalakrishnan, P.K. Manikuttan, K. Mukesh, S. Sreenish, Powder Technol. 377, 269 (2021); https://doi.org/10.1016/j.powtec.2020.08.050.

L. Zheng, S. Qian, X. yong Liu, Trans. Nonferrous Met. Soc. China (English Ed. 30, 171 (2020); https://doi.org/10.1016/S1003-6326(19)65189-7.

A.J. Haider, R.H. Al-Anbari, G.R. Kadhim, C.T. Salame, Energy Procedia. 119, 332 (2017); https://doi.org/10.1016/j.egypro.2017.07.117.

S. Riaz, S.J. Park, J. Ind. Eng. Chem. 84, 23 (2020); https://doi.org/10.1016/j.jiec.2019.12.021.

I. Mironyuk, I. Mykytyn, H. Vasylyeva, K. Savka, J. Mol. Liq. 316, 113840 (2020); https://doi.org/10.1016/j.molliq.2020.113840.

M.M. Dávila-Jiménez, M.P. Elizalde-González, M.A. Guerrero-Morales, J. Mattusch, Process Saf. Environ. Prot. 120, 195 (2018); https://doi.org/10.1016/j.psep.2018.09.012.

K.A. Gebru, C. Das, J. Water Process Eng. 16, 1 (2017); https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2016.11.008.

I. Mironyuk, T. Tatarchuk, M. Naushad, H. Vasylyeva, I. Mykytyn, J. Mol. Liq. 285, 742 (2019); https://doi.org/10.1016/j.molliq.2019.04.111.

N. Danyliuk, T. Tatarchuk, K. Kannan, A. Shyichuk, Water Sci. Technol. 00, 1 (2021); https://doi.org/10.2166/wst.2021.236.

N. Rahimi, R.A. Pax, E.M. Gray, Prog. Solid State Chem. 44, 86 (2016); https://doi.org/10.1016/J.PROGSOLIDSTCHEM.2016.07.002.

M.A. Vargas, J.E. Rodríguez-Páez, J. Non. Cryst. Solids. 459, 192 (2017); https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2017.01.018.

H. Kurban, M. Dalkilic, S. Temiz, M. Kurban, Comput. Mater. Sci. 183, 109843 (2020); https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2020.109843.

G. Meinhold, Earth-Science Rev. 102, 1 (2010); https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2010.06.001.

U. Diebold, <(Surf.Sci.Rep.)[2003]The surface science of titanium dioxide.pdf>, Surf. Sci. Rep. 48, 53 (2002).

W.J. Yin, B. Wen, C. Zhou, A. Selloni, L.M. Liu, Surf. Sci. Rep. 73, 58 (2018); https://doi.org/10.1016/j.surfrep.2018.02.003.

S. Jafari, M. Sillanpää, Elsevier Inc. 85( 2020); https://doi.org/10.1016/b978-0-12-819216-0.00002-3.

R. Katal, S. Masudy-Panah, M. Tanhaei, M.H.D.A. Farahani, H. Jiangyong, Chem. Eng. J. 384, 123384 (2020); https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.123384.

K.C. Christoforidis, P. Fornasiero, Photocatalytic Mater. 127 (2020); https://doi.org/10.1016/b978-0-12-819000-5.00009-6.

P. Mikrut, M. Kobielusz, P. Indyka, W. Macyk, Mater. Today Sustain. 10, 100052. (2020); https://doi.org/10.1016/j.mtsust.2020.100052.

D.P. Opra, S. V. Gnedenkov, S.L. Sinebryukhov, J. Power Sources. 442, 227225 (2019); https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2019.227225.

A. Sarkar, B. Paul, J. Mol. Liq. 2, 114556 (2020); https://doi.org/10.1016/j.molliq.2020.114556.

K.K. Paul, R. Ghosh, P.K. Giri, Nanotechnology 27, 1 (2016); https://doi.org/10.1088/0957-4484/27/31/315703.

G. Zhou, Y. Cao, Y. Jin, C. Wang, Y. Wang, C. Hua, S. Wu, Novel selective adsorption and photodegradation of BPA by molecularly imprinted sulfur doped nano-titanium dioxide, J. Clean. Prod. 274 (2020) 122929. doi:10.1016/j.jclepro.2020.122929.

[29] Y. Wang, Y. Guan, Y. Li, Z. Li, J. Wan, Y. Zhang, J. Fu, Process Saf. Environ. Prot. (2020); https://doi.org/10.1016/j.psep.2020.10.036.

I. Mironyuk, T. Tatarchuk, H. Vasylyeva, M. Naushad, I. Mykytyn, J. Environ. Chem. Eng. 7, 103430 (2019); https://doi.org/10.1016/j.jece.2019.103430.

I. Mironyuk, T. Tatarchuk, H. Vasylyeva, V.M. Gun’ko, I. Mykytyn, J. Mol. Liq. (2019); https://doi.org/10.1016/j.molliq.2019.03.026.

T. Tatarchuk, A. Shyichuk, I. Mironyuk, M. Naushad, J. Mol. Liq. 293, 111563 (2019); https://doi.org/10.1016/j.molliq.2019.111563.

H. Vasylyeva, I. Mironyuk, I. Mykytyn, K. Savka, Appl. Radiat. Isot. 109473 (2020); https://doi.org/10.1016/j.apradiso.2020.109473.

M. Sharma, D. Choudhury, S. Hazra, S. Basu, J. Alloys Compd. 720, 221 (2017); https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.05.260.

T. Kamal, Y. Anwar, S.B. Khan, M.T.S. Chani, A.M. Asiri, Carbohydr. Polym. 148, 153 (2016); https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2016.04.042.

M. Janus, E. Kusiak, J. Choina, J. Ziebro, A.W. Morawski, Desalination 249, 359 (2009); https://doi.org/10.1016/j.desal.2009.04.013.

S. Ashraf, A. Siddiqa, S. Shahida, S. Qaisar, Heliyon 5, e01577 (2019); https://doi.org/10.1016/J.HELIYON.2019.E01577.

T. Tatarchuk, N. Paliychuk, R.B. Bitra, A. Shyichuk, M.U. Naushad, I. Mironyuk, D. Ziółkowska, Desalin. Water Treat. 150, 374 (2019); https://doi.org/10.5004/dwt.2019.23751.

T. Tatarchuk, M. Myslin, I. Mironyuk, M. Bououdina, A.T. Pędziwiatr, R. Gargula, B.F. Bogacz, P. Kurzydło, J. Alloys Compd. 819, (2020); https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.152945.