Structural, morphological, and adsorption properties of titanium dioxide doped with Fluorine

Editorial Board PCSS Journal; Ганна Васильєва; Іван Миронюк; Ігор Микитин

doi:10.15330/pcss.26.2.267-276

Автор(и)

Ганна Васильєва Ужгородський національний університет, м. Ужгород, Україна
Іван Миронюк Кафедра хімії, Прикарпатський національний університет ім. В.Стефаника, м. Івано-Франківськ, Україна
Ігор Микитин Кафедра хімії, Прикарпатський національний університет ім. В.Стефаника, м. Івано-Франківськ, Україна https://orcid.org/0000-0002-5283-6710

DOI:

https://doi.org/10.15330/pcss.26.2.267-276

Ключові слова:

адсорбція, золь-гель синтез, діоксид титану, питома поверхня, рНтнз, стронцій

Анотація

Дана робота присвячена синтезу та дослідженню структурно-морфологічних та адсорбційних властивостей діоксиду титану допованого Фтором. Методом золь-гель синтезу були синтезовані зразки ТіО₂ із 2, 4 та 8 масовими відсотками Фтору, які позначені 2F-TiO₂, 4F-TiO₂ та 8F-TiO₂. Для одержання цих зразків у водний розчин титанового аквакомплексу [Ti(OH₂)₆]³⁺‧3Cl^- із рН ~ 0.5÷1.5 вводили відповідну кількість NaF. Було проведено Х-променеву дифрактометрію, ІЧ-спектроскопію, вимірювання питомої площі поверхні та точки нульового заряду синтезованих адсорбентів. Також дано опис структуроутворюючого процесу. Досліджено адсорбційну здатність зразків 2F-TiO₂, 4F-TiO₂ та 8F-TiO₂ щодо катіонів стронцію. Проведено вимірювання кінетики адсорбції, рівноважної адсорбції а також впливу на даний процес кислотності розчину. Виявлено, що найбільшою адсорбційною здатністю щодо катіонів стронцію володіє адсорбент 8F-TiO₂. У роботі зроблено висновок, що в міру зростання масової долі атомів Фтору в ТiO₂чисельність кислотних адсорбційних центрів ≡ТіОН^δ+ збільшується. В порівнянні з базовим зразком а-ТіО₂ чисельність адсорбційних центрів у зразку 8F-TiO₂ зростає в 3.5 рази.

Посилання

C. Liu, X. Li, Q. Duan, X. Yu, Ya. Guo, T. Deng, Insight into strontium recovery from oilfield water by porous fiber-supported ammoniated titanium phosphate: Adsorption performance and mechanisms, Chemical Engineering Journal, 503, 158586 (2025); https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.158586.

C. Liu, X. Yu, C. Ma, Ya. Guo, T. Deng, Selective recovery of strontium from oilfield water by ion-imprinted alginate microspheres modified with thioglycolic acid, Chemical Engineering Journal 410, 128267 (2021); https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.128267.

I.F. Mironyuk, I.M. Mykytyn, O.Ye. Kaglyan, D.I. Gudkov, et al., Energy, 90Sr adsorption from the aquatic environment of Chornobyl exclusion zone by chemically enhanced TiO2, Nucl. Phys. At.21 (4) 347 (2020); https://doi.org/10.15407/jnpae2020.04.347

Zh. Cao, Ya. Hu, P. Zhang, Predicting sulfate mineral scale solubility with machine learning, Journal of Cleaner Production 461, 142655 (2024); https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2024.142655.

H. Vasylyeva, I. Mironyuk, I. Mykytyn, N. Danyliuk, Adsorption of Barium and Zinc Ions by Mesoporous TiO2 with Chemosorbed Carbonate Groups, Physics and Chemistry of Solid State 20 (3) 282 (2019); http://DOI.org/10.15330/pcss.20.3.282-290.

M. E. Mahmoud, E. A. Saad, M. A. Soliman, M. S. Abdelwahab, Removal of radioactive cobalt/zinc and some heavy metals from water using diethylenetriamine/2 pyridine carboxaldehyde supported on NZVI, Microchemical Journal 145, 1102 (2019); https://doi.org/10.1016/j.microc.2018.12.032.

D.S.P. Franco, J. M. Cunha, G. F. Dortzbacher, G. L. Dotto, Adsorption of Co(II) from aqueous solutions onto rice husk modified by ultrasound-assisted and supercritical technologies, Process Safety and Environmental Protection, 109, 55 (2017); https://doi.org/10.1016/j.psep.2017.03.029.

Y. Komatsu, Y. Fujiki, T. Sasaki, Adsorption of Cobalt(II) Ions on Crystalline Hydrous Titanium Dioxide Fibers at 298 to 423 K, Bulletin of the Chemical Society of Japan, 59 (1), 49 (1986); https://doi.org/10.1246/bcsj.59.49.

K.R. Kim, S.H. Lee, S.W. Paek, et al., Adsorption of cobalt (II) ion by titanium-based oxides in high-temperature water. Korean J. Chem. Eng., 16, 34 (1999); https://doi.org/10.1007/BF02699002.

K.M. Mackay, R.A. Mackay, W. Henderson, Introduction to modern inorganic chemistry, 5th ed. (Blackie Academic and professional, and imprint of Chapman and Hall. 2-6 Boundary Row, London, 1996, UK ISBN 0751403733).

I.F. Mironyuk, V.M. Gun'ko, H.V. Vasylyeva, O.V. Goncharuk, T.R. Tatarchuk, V.I. Mandzyuk, N.A. Bezruka, T.V. Dmytrotsa, Effects of enhanced clusterization of water at a surface of partially silylated nano silica on adsorption of cations and anions from aqueous media, Microporous, and Mesoporous Materials, 277, 95 (2019); https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2018.10.016.

H.Vasylyeva, I. Mironyuk, M. Strilchuk, V. Tryshyn, O. Gaidar, A. Vasyliev, Adsorption of zirconium ions by X-type zeolite, Biointerface Research in Applied Chemistry, 11 (5), 13421 (2021); http://dx.doi.org/10.33263/BRIAC115.1342113431.

Ph.Z. Ray, H.J. Shipley, Inorganic nano adsorbents for removing heavy metals and arsenic: a review. RSC Advances, 5 (38), 29885 (2015).

[14]. K. Padmavathi, V. Siva, S. Sanjana, A. Murugan, A. Shameem, M. Hussien, R. Jayakala Devi, In-situ growth of SiO2 decorated Co and Zn-based zeolite structured metal-organic frameworks (MOFs) and their antibacterial performance, Journal of Molecular Structure, 141118 (2024); https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2024.141118.

M. Motlochova, V. Slovak, E. Plizingrova, et al., Highly-efficient removal of Pb(II), Cu(II) and Cd(II) from water by novel lithium, sodium, and potassium titanate reusable micro rods, RSC Advances, 10, 3694 (2020); https://doi.org/10.1039/C9RA08737K.

Ya. Yu, L. Zhou, J. Tang, P. Wu, Li Feng, B. Ge, H. Chen, J. Hu, Sh. Song, T. Zeng, Effective removal of Co(II) and Sr(II) from radioactive wastes using covalent triazine frameworks: Kinetics and isotherm studies, Separation and Purification Technology, 277, 119633 (2021); https://doi.org/10.1016/j.seppur.2021.119633.

W. Mu, Sh. Du, Q. Yu, X. Li, H. Wei, Yu. Yang, Sh. Peng, Highly efficient removal of radioactive 90Sr based on sulfonic acid-functionalized α-zirconium phosphate nanosheets, Chemical Engineering Journal, 361, 538 (2019); https://doi.org/10.1016/j.cej.2018.12.110.

E.A.A. El-Shazly, G.A. Dakroury, H.H. Someda, Kinetic and isotherm studies for the sorption of 134Cs and 60Co radionuclides onto supported titanium oxide, Journal Radioanal Nucl. Chem., 330, 127 (2021); https://doi.org/10.1007/s10967-021-07956-w.

I. Mironyuk, T. Tatarchuk, Mu. Naushad, H. Vasylyeva, I. Mykytyn, Highly efficient adsorption of strontium ions by carbonated mesoporous TiO2, Journal of Molecular Liquids, 285, 742 (2019); https://doi.org/10.1016/j.molliq.2019.04.111.

I. Mironyuk, T. Tatarchuk, H. Vasylyeva, V.M. Gun'ko, I. Mykytyn, Effects of chemosorbed arsenate groups on the mesoporous titania morphology and enhanced adsorption properties towards Sr (II) cations. Journal of Molecular Liquids, 282, 587 (2019); https://doi.org/10.1016/j.molliq.2019.03.026.

I. Mironyuk, T. Tatarchuk, H. Vasylyeva, Mu. Naushad, I. Mykytyn, Adsorption of Sr (II) cations onto phosphate mesoporous titanium dioxide: Mechanism, isotherm, and kinetics studies, Journal of Environmental Chemical Engineering, 7 (6) 103430 (2019); https://doi.org/10.1016/j.jece.2019.103430.

I. Mironyuk, H.Vasylyeva, I. Mykytyn, Kh. Savka, Sodium-modified mesoporous TiO2: Sol-gel synthesis, characterization and adsorption activity toward heavy metal cations, Journal of Molecular Liquids, 316, 113840 (2020); https://doi.org/10.1016/j.molliq.2020.113840.

H.Vasylyeva, I. Mironyuk, I. Mykytyn, Kh. Savka, Equilibrium studies of yttrium adsorption from aqueous solutions by titanium dioxide. Appl. Radiat. Isot., 109473 (2021); https://doi.org/10.1016/j.apradiso.2020.109473.

H.Vasylyeva, I. Mironyuk, I. Mykytyn, M. Strilchuk, et al., A new way to ensure selective zirconium ion adsorption, Radiochimica Acta, 109 (12), 000010151520211083 (2021); https://doi.org/10.1515/ract-2021-1083.

І.Ф. Миронюк, В.Л. Челядин, Методи одержання діоксиду титану (огляд), Фізика і Хімія Твердого Тіла, 11, 815 (2010).

W. H. Bragg, The nature of γ- and X-rays, Nature, 77, 270 (1995); Bibcode: 1908Natur..77.270B (1908).

W. Braun, (Applied RHEED: reflection high-energy electron diffraction during crystal growth. Berlin: Springer. (19999) ISBN 3-540-65199-3. OCLC 40857022).

H. Vasylyeva, I. Mironyuk, et al., Chemistry, Аdsorption of Co2+ and radioactive 60Со by mesoporous TiO2, Physics, and Technology of Surface, 10 (4), 446 (2019); https://www.doi.org:10.15407/hftp10.04.446.

W. Plazinski, W. Rudzinski, A. Plazinska, Theoretical models of sorption kinetics including a surface reaction mechanism: a review, Advances in Colloid and Interface Science, 152 (1-2), 2 (2009); https://doi.org/10.1016/j.cis.2009.07.009.

U. Shukla, Fourier transform infrared spectroscopy: A power full method for creating a fingerprint of molecules of nanomaterials, Journal of Molecular Structure, 1322 (2) 140454 (2025); https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2024.140454.

A. Kumar, M. Khandelwal, S. K. Gupta, V. Kumar, R. Rani, Chapter 6 - Fourier transform infrared spectroscopy: Data interpretation and applications in structure elucidation and analysis of small molecules and nanostructures (Editor(s): Gauri Misra, Data Processing Handbook for Complex Biological Data Sources, Academic Press, (2019); https://doi.org/10.1016/B978-0-12-816548-5.00006-X.

H.N. Tran, S.-J. You, A. Hosseini-Bandegharaei, H.-P. Chao, Mistakes and inconsistencies regarding adsorption of contaminants from aqueous solutions: A critical review. Water Res. 120, 88 (2017); https://doi.org/10.1016/j.watres.2017.04.014.