Способ формирования фотокаталитического покрытия на основе висмутата стронция на стеклокерамическом носителе Российский патент 2024 года по МПК B01J23/18 C01G29/00 B01J23/02 

Изобретение относится к области разработки экологически безопасных фотокаталитических функциональных материалов, обладающих активностью под действием видимого и ультрафиолетового излучения.

В настоящее время развитие промышленности инициирует увеличение объемов производства, что обуславливает рост загрязнения водных ресурсов, в частности органическими соединениями. Традиционно эту проблему пытаются решить путем увеличения числа стадий водоочистки, увеличением числа реакционного оборудования и применением новых реагентов -окислителей, коагулянтов. Соответственно, площадь, занимаемая очистными сооружениями, закономерно увеличивается. Кроме того, существующие реагентные способы водоочистки часто вызывают вторичное загрязнение за счет остаточной концентрации вводимых веществ. Принимая во внимание, что ежегодное количество сточных вод, попадающих в водоемы не очищенными, не уменьшается, данный подход к решению этой проблемы нельзя назвать эффективным, поскольку он в итоге не снижает возможные экологические риски для населения и окружающей среды.

В связи с этим, интенсивно развивающимся методом очистки воды является фотокатализ, который не требует использования дополнительных соединений, кроме самого фотокатализатора. Используемые фотокатализаторы являются полупроводниками, чувствительным к действию света и при облучении способны генерировать на своей поверхности фотодырки и электроны. Благодаря этому на поверхности фотокатализатора возможно разрушение органических молекул загрязнителей. Кроме этого, на поверхности протекает процесс фотолиза молекул воды, в результате которого образуются активные частицы, такие как гидроксильный радикал, супероксидный кислородный анион, атомарный кислород и другие частицы, обладающие окислительной активностью. Важно отметить, что их реакционная способность не уступает традиционным окислителям, используемых в практике водоочистки, поэтому эти частицы также способны эффективно разрушать органические молекулы загрязнителей до безопасных продуктов. Использование фотокаталитических технологий позволит значительно сократить долю применяемых химических реагентов, уменьшить число стадий водоочистки и при этом сохранить или увеличить качество очистки воды. Также, это позволит сократить площади, занимаемые очистными сооружениями, интенсифицировать самоочистку водоемов, благодаря повышению биоразлагаемости загрязнителей, что в конечном итоге даст возможность повысить контроль над остаточным содержанием органических токсикантов в сточных водах.

Более широкому развитию фотокатализа препятствует то, что большинство применяемых на сегодняшний день фотокаталитических материалов способны использовать для своей работы только энергию ультрафиолетового света и поэтому нуждаются в облучении специальными УФ-источниками излучения. Это связано с тем, что в солнечном спектре на долю ультрафиолета приходится только около 4-6% излучения, что недостаточно для эффективной работы таких фотокатализаторов под действием солнечной инсоляции. В этой связи активно ведется поиск новых фотокатализаторов способных использовать не только ультрафиолетовое излучение, но и энергию видимой части спектра, что позволит им эффективно использовать энергию солнечного излучения.

Одними из наиболее перспективных фотокатализаторов видимого света являются системы на основе оксида и солей висмута, дополнительно содержащие различные допирующие металлы. Выбор соединений висмута обусловлен тем, что этот металл обладает высокой биологической индифферентностью и его использование не приводит к загрязнению окружающей среды. На сегодняшний день известно большое число активных в видимом свете висмутовых фотокатализаторов и способов их получения.

В настоящее время наиболее широко используемыми способами получения фотокаталитических материалов являются керамический или твердофазный синтез, синтез методом соосаждения и золь-гель синтез.

Известен способ получения фотокатализатора для разложения органических загрязнителей, заключающийся в приготовлении шихты, из прекурсоров, которую смешивают с низкоплавким флюсом, в качестве взяты оксиды висмута, в качестве флюса использована смесь NaCl и KCl, а прокаливание смеси осуществляют при температуре 700-900°С в течение 30-120 мин. (см. Патент на изобретение Российской Федерации №2478430, МПК B01J 37/04, B01J 37/08, C02F 101/30, C02F 1/30, B01J 23/16, C01G 29/00, публикация 10.04.2013).

Недостатком способа для промышленного применения является необходимость использования для синтеза дополнительного флюса из NaCl и KCl, необходимость предварительного длительного перетирания шихты, прессование шихты до таблетированного состояния, необходимость освобождения продуктов после синтеза от флюса путем их промывки. Также способ позволяет получать только порошкообразный катализатор и не дает возможности сформировать каталитическое покрытие на поверхности носителя.

Известен способ модифицирования кристаллической формы оксида висмута путем легирования иттрием для улучшения его фотокаталитического эффекта. Способ основан на использовании сольвотермического метода синтеза. В качестве растворителей используются этиловый спирт и раствор 38% концентрированной азотной кислоты; в качестве диспергирующего агента используется гексадецил триметиламмония бромида (см. Патент на изобретение CN 103831094, МПК B01J 23/18, C02F 1/30, публикация 04.06.2014).

Недостатком способа, ограничивающее его промышленное применение, является необходимость использования высокотемпературного реактора с облицовкой из политетрафторэтилена, а также продолжительное время синтеза. Также способ позволяет получать только порошкообразный катализатор и не дает возможности сформировать каталитическое покрытие на поверхности носителя.

Известен ультратонкий твердый раствор фотокатализатора на основе оксигалогенидов висмута и способ его получения и применения, включающий стадии осаждения оксигалогенида висмута в среде, содержащей этиленгликоль; формирование осадка при непрерывном перемешивании при комнатной температуре в течении 8 часов и стадию сушки при 60°С в течении 12 часов (см. Патент на изобретение CN 108722445, МПК B01J 27/06, B01J 35/10, B01J 35/02, B01J 37/03, C02F 1/30, C02F 101/34, публикация 02.11.2018).

Недостатком способа, ограничивающим его промышленное применение, является то, что фотокатализатор получается в виде тонкодисперсного порошка с развитой удельной поверхностью (300-320 м/г) и не позволяет сформировать покрытие на носителе

Известен способ получения фотокатализатора на основе висмутата щелочноземельного металла и способ очистки воды от органических загрязнителей фотокатализатором. Способ включает растворение нитрата висмута и нитрата щелочноземельного металла в растворителе, в качестве которого выбирают водный раствор многоатомного спирта, содержащий не менее пяти атомов углерода, с последующим отжигом прекурсора при 550-650°С до образования наночастиц аморфного висмутата щелочноземельного металла; перед отжигом прекурсора его выпаривают до образования органической матрицы с равномерно распределенными атомами висмута и щелочноземельного металла, затем формируют кристаллическую решетку фотокатализатора при температуре 650-750°С (см. Патент на изобретение Российской Федерации №2595343, МПК B01J 37/08, B01J 23/843, C01G 29/00, C02F 1/30, C02F 101/30, публикация 27.08.2016).

Недостатком способа, ограничивающим возможность его промышленного применения, является то, что он позволяет получить фотокатализатор только в виде частиц порошка, представляющих собой гетероструктуру из оксида висмута, и висмутата щелочноземельного металла и не дает возможности сформировать каталитическое покрытие на поверхности носителя.

Известен способ получения фотокатализатора на основе висмутата щелочноземельного металла, который включает растворение смеси порошков нитрата висмута Bi(NO₃)₃ и соли щелочноземельного металла с последующим выстаиванием и нагревом продуктов их гидролиза до образования аморфных частиц в виде гетероструктуры. В качестве органического прекурсора используется оксалат щелочноземельного металла. Для последующей кристаллизации проводят прокаливание в две стадии сначала при 520°С, а затем при 810°С (см. Патент на изобретение Российской Федерации №2633767, МПК B01J 37/08, B01J 23/843, C01G 29/00, публикация 18.10.2017).

Недостатком способа, ограничивающим возможность его промышленного использования является то, что он позволяет получить фотокатализатор только в виде порошкообразных частиц, образованных гетероструктурой с центральной областью из кристалличного по структуре и стехиометричного по составу висмутата щелочноземельного металла и поверхностного слоя из кристалличного по структуре и стехиометричного по составу оксида висмута Bi₂O₃. Способ не дает возможности сформировать каталитическое покрытие на поверхности носителя.

Обзор методов получения и принципов использования фотокаталитических висмутовых материалов показал, что большинство способов позволяет получать висмутовые фотокатализаторы только в порошкообразном состоянии, что для применения в промышленных технологических циклах, использующих солнечную инсоляцию для активации каталитического процесса недостаточно приемлемо. Порошкообразный фотокатализатор после использования трудно отделить, регенерировать и утилизировать, а большинство описанных выше фотокатализаторов представляют собой нанопорошки. Кроме того, при использовании высокодисперсных порошков трудно избежать вторичного загрязнения вод веществом катализатора.

Формирование фотокатализатора в виде покрытия на носителе позволяет решить проблему применения фотокатализаторов видимого света, в промышленных циклах водоочистки, использующих солнечную инсоляцию, обеспечивает легкость их извлечения и дает возможность их регенерации для вторичного использования. Таким образом, существует важная научно-технологическая проблема по нанесению фотокаталитически активных порошковых композиций на носители пригодные для промышленного использования. При этом принципиально важным является обеспечение не только прочной фиксации покрытия на поверхности носителя, но и максимальное сохранение фотокаталитической активности формируемого слоя. Выбор носителя для фотокаталитического покрытия является сложной комплексной задачей, поскольку требует учета множества факторов. Для обеспечения прочной фиксации покрытия каталитически активный слой должен обладать достаточной адгезией к поверхности носителя. В то же время чрезмерное взаимодействие каталитического компонента материала с носителем является не желательным, поскольку приводит к изменению химического состава каталитического покрытия и потере его активности.

Для промышленного применения предпочтительным является использование дешевого доступного носителя, на котором создан слой каталитически активного покрытия с таким расчетом, чтобы содержание каталитически активной фазы оказалось минимальным для достижения требуемого уровня активности готового материала. Это является важным, поскольку стоимость каталитически активного компонента, как правило, составляет основную долю стоимости готового материала с покрытием. Обычно на каталитически активное соединение приходится не более 1-5%, от массы готового каталитического материала. В результате наиболее перспективными оказываются мало стадийные способы синтеза, позволяющие за минимальное число технологических этапов формировать на поверхности носителя фотокаталитически активные соединения. Важным является также использование в качестве прекурсоров дешевых и доступных органических комплексов. Перспективным способом создания каталитически активного покрытия является такой подбор носителя и прекурсорных веществ, при котором в результате химического взаимодействия образуется фотокаталитически активный слой за минимальное число циклов нанесения прекурсоров.

Известен способ получения фотокаталитического материала на основе оксида висмута, допированного ниобием на поверхности графена. Фотокатализатор способен использовать энергию как ультрафиолетового, так и видимого диапазонов спектра (см. Патент на изобретение CN 110560096, МПК B01J 27/06, C02F 1/30, C02F 101/30, публикация 13.12.2019).

Недостатком способа, ограничивающим его промышленное применение, является сложная многостадийная технология синтеза, включающая стадии криогенной сублимационной сушки, использование дорогостоящего ниобия в качестве одного из компонентов катализатора. Также способ позволяет сформировать каталитически активную композицию только на поверхности графена и не позволяет формировать покрытия на поверхности керамических носителей.

Известен способ получения магнитного фотокатализатора на основе висмута, включающего этапы: получение гомогенного раствора висмута; приготовление суспензии феррита стронция. Фотокаталитический материал, полученный предлагаемым способом, имеет хорошие магнитные свойства, а сопротивление размагничиванию является высоким. Преимуществом данного фотокаталитического материала является то, что благодаря своим магнитным свойствам материал, полученный в порошкообразном состоянии, может быть фиксирован на поверхности носителя. Также благодаря этому катализатор может быть регенерирован и повторно использован, что важно при промышленном применении (см. Патент на изобретение CN 103447024, МПК B01J 23/18, B01J 35/00, публикация 18.12.2013).

Недостатком метода, ограничивающим его промышленное применение, является необходимость использование только магнитных носителей, обеспечивающих фиксацию материала за счет магнитного поля. При таком способе фиксации катализатора на носителе в процессе синтеза возникает необходимость введения в состав катализатора дополнительной магнитной добавки, что усложняет синтез и увеличивает стоимость готового фотокаталитического материала.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является способ получения композиционного материала оксигалогенид висмута / висмутат кальция, сформированного в виде фотокаталитического покрытия на носителе из легированного фтором оксида олова. В качестве прекурсоров были взяты водные растворы нитрата висмута пентагидрата Bi(NO₃)₃⋅5Н₂О и нитрата кальция Са(NO₃)₂. В качестве агентов, управляющих морфологией, были использованы органические хелатообразующие комплексоны диэтилентриаминпентауксусная кислота (ДТПА) и этилендиаминтетрауксусная кислота (ЭДТА). Путем нанесения растворов прекурсоров на носитель из легированного фтором оксида олова, а также сушки и прокаливания получают слоистый материала на основе CaBi₆O₁₀. Затем проводят обработку раствором 10-40 ммоль/л галогенида калия KX (где, X=Cl, Br, Br, I) при этом формируется композиционный материал, состоящий из оксигалогенида висмута и висмутата кальция, сформированных в виде покрытия на носителе. Фотокатализатор способен использовать энергию как ультрафиолетового, так и видимого диапазонов спектра. Этот способ дает возможность получать фотокаталитическое покрытие из висмутата щелочноземельного металла на поверхности носителя (см. Патент на изобретение CN 109772381, МПК B01J 27/138, B01J 37/08, C02F 1/30, C02F 101/34, C02F 101/38, C02F 101/30, публикация 21.05.2019), принято за прототип.

Недостатками прототипа, ограничивающими возможность его промышленного использования, являются:

- способ позволяет получать покрытие только на специально подготовленной поверхности из легированного фтором оксида олова;

- формирование готового слоя фотокаталитического покрытия проводится путем последовательного нанесения растворов прекурсоров, цикл нанесения которых повторяется от 15 до 40 раз;

- также требуется дополнительная стадии получения материала путем замачивания в растворе галогенида калия в течение 8-15 часов;

- стадия сушки 1-2 часа при 190-230°С, а также стадия прокаливания в течение 8-12 часов при 550-650°С, что удлиняет технологический процесс;

- многостадийность процесса и сравнительно высокая длительность синтеза.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение состоит в создании экологически безопасного высокоэффективного фотокаталитического материала, обладающего активностью под действием видимого и ультрафиолетового излучения.

Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в улучшении фотокаталитического покрытия, путем создания на поверхности силикатного носителя висмутового фотокаталитического покрытия на основе висмутата стронция.

Указанный технический результат достигается тем, что способ формирования фотокаталитического покрытия на основе висмутата стронция на стеклокерамическом носителе, включающий приготовление раствора прекурсора в виде органических комплексов, согласно изобретению, для приготовления раствора прекурсора используют нитрат висмута пентагидрат Bi(NO₃)₃⋅5H₂O и нитрат стронция Sr(NO₃)₂; смесь нитратов перетирают с сорбитолом в массовом соотношении, выбранным из 4,62:1; 4,05:1; 6,59:1; 7,70:1; 7,92:1; 6,93:1, при этом перетирание проводят до получения гомогенной прозрачной вязкой субстанции с использованием растворителя; наносят прекурсорный раствор на силикатный носитель путем его окунания в приготовленный раствор до равномерной пропитки, проводят последующую сушку на воздухе до получения пленки на поверхности силикатного носителя; далее осуществляют поэтапный отжиг покрытого пленкой прекурсора силикатного носителя при температуре 350°С в течение 3 часов до полного удаления органической составляющей прекурсора, а затем при режиме, выбранном из: температура 500°С - 5 часов, температура 600°С - 5,5 часов, или температура 600°С - 6 часов, нагревают для формирования слоя фотокаталитического покрытия из висмутата стронция.

Также для получения оптимального результата при формировании покрытия достаточно двукратного нанесения его слоев.

Также, в качестве растворителей используют смесь спиртов, состоящую из этанола, пропанола и бутанола.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».

Изобретение поясняется иллюстрацией, где на фиг. 1 представлена принципиальная схема получения фотокаталитического покрытия.

Способ формирования фотокаталитического покрытия на основе висмутата стронция на стеклокерамическом носителе включает следующие стадии: 1. Приготовление раствора прекурсора, содержащего висмут и стронций в виде органических комплексов; 2. Нанесение прекурсорного раствора на силикатный носитель путем его пропитки в приготовленном растворе и последующая сушка; 3. Отжиг стеклокерамического носителя до полного удаления органической составляющей прекурсорной смеси с последующим формированием слоя фотокаталитического покрытия.

Сущность процессов, проводимых на каждой стадии получения фотокаталитического материала описываемым способом, сводится к осуществлению следующих технологических операций.

На первой стадии, для приготовления раствора прекурсора были использованы нитрат висмута пентагидрат Bi(NO₃)₃⋅5Н₂О и нитрат стронция Sr(NO₃)₂.

Для получения органоминерального комплекса смесь нитратов с сорбитолом, взятых в массовом соотношении, выбранным из 4,62:1; 4,05:1; 6,59:1; 7,70:1; 7,92:1; 6,93:1, перетирают без добавления воды.

Перетирание проводят до получения гомогенной прозрачной вязкой субстанции. Для растворения полученной субстанции был использован растворитель, 100 мл которого готовили путем смешивания 15 мл этанола, 25 мл пропанола и 60 мл бутанола, при этом получаемый раствор содержал 7-12%, мас. органоминерального комплекса в пересчете на Bi₂O₃. Существенным является то, что полученный описанным способом прекурсорный раствор устойчив к гидролизу и может сохраняться без потери свойств не менее 1 года. Необходимо отметить, что большинство комплексов висмута с органическими комплексонами либо дороги, либо мало растворимы в большинстве доступных растворителей, либо гидролитически не стабильны. Таким образом, предложенная прекурсорная смесь, которая подлежит длительному хранению, и в которой в качестве органического комплексона использован не дорогой и доступный сорбит представляется перспективной для промышленного использования.

На второй стадии, нанесение прекурсорного раствора на силикатный носитель проводили путем окунания до равномерной пропитки носителя, приготовленным описанным выше способом, раствором. Сушку стеклокерамического носителя с нанесенным прекурсорным раствором проводили на воздухе до удаления растворителя и формировании на поверхности пленки органоминерального прекурсора.

На третьей стадии, проводили поэтапный отжиг покрытого пленкой прекурсора носителя при температуре 350°С в течение 3 часов до полного удаления органической составляющей прекурсора, а затем при режиме, выбранном из:

температура 500°С - 5 часов,

температура 600°С - 5,5 часов,

или температура 600°С - 6 часов,

нагревают для формирования слоя фотокаталитического покрытия из висмутата стронция. При данных диапазонах температуры и времени выдержки технический результат может быть достигнут.

Наилучшие результаты были получены при двукратном формировании фотокаталитического покрытия для чего после нанесения первого слоя покрытия стадии синтеза 2 и 3 повторяли для формирования второго слоя покрытия. Полученное таким образом покрытие демонстрирует наилучшую фотокаталитическую активность и прочную фиксацию на поверхности носителя.

Исследование полученного покрытия методом рентгенофазового анализа показало, что в его составе присутствуют соединения висмутатов двух типов: (1) висмутаты стронция со структурой, соответствующей SrBi₃O_5.5 и (2) силикаты висмута со структурой, соответствующей Bi₃Si₃O₁₂. Эти силикаты образуются за счет взаимодействия покрытия из висмутата стронция с веществом силикатного керамического носителя. Силикаты висмута также участвуют в процессе фотокатализа и обеспечивают прочную фиксацию покрытия из висмутата стронция на поверхности керамического носителя.

При этом достигается положительный эффект, включающий:

- за малое число технологических операций возможно сформировать фотокаталитическое покрытие на поверхности керамического носителя и получить фотокаталитический материал. Для этого достаточно двукратного нанесения раствора прекурсора. Это обеспечивает снижения стоимости фотокаталитического материала и упрощает технологический процесс.

- для приготовления прекурсора используется дешевый и доступный органический комплексон - сорбитол и недорогие растворители, что также снижает стоимость конечного продукта. Прекурсорный раствор не требует регулярного непосредственного приготовления перед каждым синтезом, поскольку подлежит длительному хранению, сроком не менее года, что упрощает технологический процесс.

- входящий в состав предложенного материала висмут является биологически индифферентным металлом и полученный фотокатализатор безопасен для сообществ живых организмов, в отличие от многих других фотокатализаторов, содержащих в составе токсичные тяжелые металлы (например, свинец и др.).

- благодаря размещению катализатора на поверхности керамического носителя (в отличие от порошкообразных материалов) не составляет трудности полное извлечение материала из системы водоочистки. Кроме того, предлагаемый фотокаталитический материал подлежит дальнейшему использованию после истечения срока службы. Для регенерации материала достаточно провести повторное покрытие носителя слоем фотокатализатора, поверх слоя утратившего активность с использованием описанной ранее технологии нанесения покрытия.

- возможность снижения температуры синтеза каталитически активных соединений, входящих в состав покрытия (например, висмутатов стронция) в среднем на 150-200°С по сравнению с температурой их синтеза в порошкообразном состоянии, которая составляет 650-810°С. В результате, процесс формирования каталитического покрытия удается проводить при температуре 500-550°С. Это позволяет использовать в качестве носителей для формирования на их поверхности фотокаталитического покрытия указанным способом широкий круг стеклокерамических материалов, в том числе с развитой поверхностью.

Примеры конкретной реализации составов и способов получения фотокатализатора.

Пример 1. Для приготовления раствора прекурсора перетирали 14.62 г Bi(NO₃)₃⋅5H₂O и 1.58 г Sr(NO₃)₂ с 3.50 г сорбитола, что соответствует смеси нитратов перетертых с сорбитолом в массовом соотношении 4,63: 1 до получения гомогенной прозрачной вязкой субстанции. Затем к полученной субстанции добавляли 80,3 г. смеси спиртов состава: этанола 15%, пропанола 25% и бутанола 60% до поучения гомогенного раствора. Таким образом, был получен раствор, далее используемый для пропитки носителя. Стеклокерамический носитель пропитывался данным раствором прекурсора, а затем высушивался на воздухе до формирования пленки прекурсора. Покрытый пленкой прекурсора носитель подвергали поэтапному отжигу сначала при 350°С в течение 3 часов, до полного удаления органической составляющей прекурсора, и затем при 500°С в течение 5 часов.

Пример 2. Для приготовления раствора прекурсора перетирали 14.62 г Bi(NO₃)₃⋅5H₂O и 1.58 г Sr(NO₃)₂ с 4.00 г сорбитола, что соответствует смеси нитратов перетертых с сорбитолом в массовом соотношении 4,05: 1 до получения гомогенной прозрачной вязкой субстанции. Затем к полученной субстанции добавляли 79,8 г. смеси спиртов состава: этанола 15%, пропанола 25% и бутанола 60% до поучения гомогенного раствора. Таким образом, был получен раствор, далее используемый для пропитки носителя. Стеклокерамический носитель пропитывался данным раствором прекурсора, а затем высушивался на воздухе до формирования пленки прекурсора. Покрытый пленкой прекурсора носитель подвергали поэтапному отжигу сначала при 350°С в течение 3 часов, до полного удаления органической составляющей прекурсора, и затем при 600°С в течение 5,5 часов.

Пример 3. Для приготовления раствора прекурсора перетирали 20.81 г Bi(NO₃)₃⋅5H₂O и 2.26 г Sr(NO₃)₂ с 3.50 г сорбитола, что соответствует смеси нитратов перетертых с сорбитолом в массовом соотношении 6,59: 1 до получения гомогенной прозрачной вязкой субстанции. Затем к полученной субстанции добавляли 73,4 г. смеси спиртов состава: этанола 15%, пропанола 25% и бутанола 60% до поучения гомогенного раствора. Таким образом, был получен раствор, далее используемый для пропитки носителя. Стеклокерамический носитель пропитывался данным раствором прекурсора, а затем высушивался на воздухе до формирования пленки прекурсора. Покрытый пленкой прекурсора носитель подвергали поэтапному отжигу сначала при 350°С в течение 3 часов, до полного удаления органической составляющей прекурсора, и затем при 500°С в течение 5 часов.

Пример 4. Для приготовления раствора прекурсора перетирали 20.83 г Bi(NO₃)₃⋅5H₂O и 2.26 г Sr(NO₃)₂ с 3.00 г сорбитола, что соответствует смеси нитратов перетертых с сорбитолом в массовом соотношении 7,00: 1 до получения гомогенной прозрачной вязкой субстанции. Затем к полученной субстанции добавляли 73,9 г. смеси спиртов состава: этанола 15%, пропанола 25% и бутанола 60% до поучения гомогенного раствора. Таким образом, был получен раствор, далее используемый для пропитки носителя. Стеклокерамический носитель пропитывался данным раствором прекурсора, а затем высушивался на воздухе до формирования пленки прекурсора. Покрытый пленкой прекурсора носитель подвергали поэтапному отжигу сначала при 350°С в течение 3 часов, до полного удаления органической составляющей прекурсора, и затем при 600°С в течение 6 часов.

Пример 5. Для приготовления раствора прекурсора перетирали 25.00 г Bi(NO₃)₃⋅5H₂O и 2.71 г Sr(NO₃)₂ с 3.50 г сорбитола, что соответствует смеси нитратов перетертых с сорбитолом в массовом соотношении 7,92: 1 до получения гомогенной прозрачной вязкой субстанции. Затем к полученной субстанции добавляли 68,8 г. смеси спиртов состава: этанола 15%, пропанола 25% и бутанола 60% до поучения гомогенного раствора. Таким образом, был получен раствор, далее используемый для пропитки носителя. Стеклокерамический носитель пропитывался данным раствором прекурсора, а затем высушивался на воздухе до формирования пленки прекурсора. Покрытый пленкой прекурсора носитель подвергали поэтапному отжигу сначала при 350°С в течение 3 часов, до полного удаления органической составляющей прекурсора, и затем при 500°С в течение 5 часов.

Пример 6. Для приготовления раствора прекурсора перетирали 25.00 г Bi(NO₃)₃⋅5H₂O и 2.71 г Sr(NO₃)₂ с 4.00 г сорбитола, что соответствует смеси нитратов перетертых с сорбитолом в массовом соотношении 6,93: 1 до получения гомогенной прозрачной вязкой субстанции. Затем к полученной субстанции добавляли 68,3 г. смеси спиртов состава: этанола 15%, пропанола 25% и бутанола 60% до поучения гомогенного раствора. Таким образом, был получен раствор, далее используемый для пропитки носителя. Стеклокерамический носитель пропитывался данным раствором прекурсора, а затем высушивался на воздухе до формирования пленки прекурсора. Покрытый пленкой прекурсора носитель подвергали поэтапному отжигу сначала при 350°С в течение 3 часов, до полного удаления органической составляющей прекурсора, и затем при 600°С в течение 6 часов.

Были проведены лабораторные исследования, отражающие конкретные примеры реализации указанного изобретения, данные этих исследований приведены в таблице 1.

Полученные нами экспериментальные результаты показывают, что создан экологически безопасный высокоэффективный фотокаталитический материал, обладающий активностью под действием видимого и ультрафиолетового излучения. Предлагаемый фотокаталитический материал прост в получении, имеет низкую стоимость, обладает стабильностью при циклических испытаниях.

Использование способа формирования фотокаталитического покрытия на основе висмутата стронция на стеклокерамическом носителе позволяет получить экологически безопасный и высокоэффективный фотокаталитический материал, имеющий хорошую перспективу применения при фотокаталитической очистке вод от органических загрязнителей.

Предложенное изобретение может найти применение в области очистки бытовых сточных вод, очистки промышленных сточных вод от органических загрязнителей.

Изобретение относится к области разработки экологически безопасных фотокаталитических функциональных материалов. Предложен способ формирования фотокаталитического покрытия на основе висмутата стронция на стеклокерамическом носителе, включающий приготовление раствора прекурсора в виде органических комплексов, отличающийся тем, что для приготовления раствора прекурсора используют нитрат висмута пентагидрат Bi(NO₃)₃⋅5H₂O и нитрат стронция Sr(NO₃)₂; смесь нитратов перетирают с сорбитолом в массовом соотношении, выбранном из 4,62:1; 4,05:1; 6,59:1; 7,70:1; 7,92:1; 6,93:1, при этом перетирание проводят до получения гомогенной прозрачной вязкой субстанции с использованием растворителя; наносят прекурсорный раствор на силикатный носитель путем его окунания в приготовленный раствор до равномерной пропитки, проводят последующую сушку на воздухе до получения пленки на поверхности силикатного носителя; далее осуществляют поэтапный отжиг покрытого пленкой прекурсора силикатного носителя при температуре 350°С в течение 3 часов до полного удаления органической составляющей прекурсора, а затем при режиме, выбранном из: температура 500°С - 5 часов, температура 600°С - 5,5 часов или температура 600°С - 6 часов, нагревают для формирования слоя фотокаталитического покрытия из висмутата стронция. Технический результат - улучшение фотокаталитического покрытия, путем создания на поверхности силикатного носителя висмутового фотокаталитического покрытия на основе висмутата стронция. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл., 6 пр.

1. Способ формирования фотокаталитического покрытия на основе висмутата стронция на стеклокерамическом носителе, включающий приготовление раствора прекурсора в виде органических комплексов, отличающийся тем, что для приготовления раствора прекурсора используют нитрат висмута пентагидрат Bi(NO₃)₃⋅5H₂O и нитрат стронция Sr(NO₃)₂; смесь нитратов перетирают с сорбитолом в массовом соотношении, выбранным из 4,62:1; 4,05:1; 6,59:1; 7,70:1; 7,92:1; 6,93:1, при этом перетирание проводят до получения гомогенной прозрачной вязкой субстанции с использованием растворителя; наносят прекурсорный раствор на силикатный носитель путем его окунания в приготовленный раствор до равномерной пропитки, проводят последующую сушку на воздухе до получения пленки на поверхности силикатного носителя; далее осуществляют поэтапный отжиг покрытого пленкой прекурсора силикатного носителя при температуре 350°С в течение 3 часов до полного удаления органической составляющей прекурсора, а затем при режиме, выбранном из: температура 500°С - 5 часов, температура 600°С - 5,5 часов или температура 600°С - 6 часов, нагревают для формирования слоя фотокаталитического покрытия из висмутата стронция.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для получения оптимального результата при формировании покрытия достаточно двукратного нанесения его слоев.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве растворителей используют смесь спиртов, состоящую из этанола, пропанола и бутанола.