Новости

Jul 09, 2023

Настраиваемое легирование серой наноструктур CuFe2O4 для селективного удаления органических красителей из воды

Scientific Reports Volume 13, Номер статьи: 6306 (2023) Цитировать эту статью 1102 Доступов 6 Цитирований 3 Подробности об альтметрических метриках В этой работе фотокатализаторы на ферритах меди, легированных серой (S-CuFe2O4).

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 6306 (2023) Цитировать эту статью

1102 Доступа

6 цитат

3 Альтметрика

Подробности о метриках

В данной работе впервые с использованием простого гидротермального метода были успешно синтезированы фотокатализаторы на основе ферритов меди, легированных серой (S-CuFe2O4). Только что синтезированные фотокатализаторы были охарактеризованы методами XRD, Raman, TGA, FT-IR, UV-Vis-DRS, SEM, EDX и PL. Результаты показали, что легирование серой является подходящей альтернативой, которая вызывает напряжение в решетках, поскольку анионы заменяют кислород из наноструктур CuFe2O4. Благодаря примесям серы фотокатализаторы способны эффективно улавливать и переносить фотоиндуцированные заряды, которые легко подавляют рекомбинацию зарядов. С помощью УФ-Вид спектрофотометра контролировали деградацию селективных токсичных органических красителей (RhB, CR, MO и CV) в водных средах. Результаты разложения красителя свидетельствуют об удивительно превосходящих характеристиках S-CuFe2O4 по сравнению с чистым CuFe2O4. На основании своей эффективности эту работу можно назвать отличным кандидатом в науку о фотокатализе.

Загрязнение воды является одной из самых серьезных экологических проблем в мире. Индустриализация приводит к образованию сточных вод, содержащих множество вредных загрязнителей1. Наиболее распространенными загрязнителями являются синтетические органические красители, которые широко используются в различных отраслях промышленности и представляют серьезную угрозу для водной среды2. Доказано, что азокрасители, которые широко используются в текстильной промышленности, являются канцерогенными и убивают клетки печени3. Точно так же метилоранж (MO) и кристаллический фиолетовый (CV) представляют собой токсичные водорастворимые анионные азокрасители со сложной химической структурой, которые вызывают раздражение желудочно-кишечного тракта, дыхательных путей и кожи. Конго красный (CR) — азокраситель, который является канцерогенным, мутагенным и вызывает репродуктивные проблемы4. Родамин B (RhB) представляет собой флуоресцеиновый краситель, который вызывает раздражение кожи и глаз и токсичен при проглатывании. Эти флуоресцеиновые красители чрезвычайно цитотоксичны для тканей млекопитающих и вызывают морфологические и генетические изменения5,6. Таким образом, загрязненная вода становится проблемой, особенно для городских поселений, расположенных вблизи промышленных зон. Поэтому крайне важно удалять эти красители из сточных вод, используя экономичный подход7,8.

Были разработаны различные стратегии разложения красителей в загрязненной воде. Адсорбция, электрохимическое осаждение, окислительно-восстановительные реакции и биологическая очистка являются примерами этих методов9,10. Однако из-за присущей этим подходам токсичности, образования вторичных загрязнителей и высокой стоимости эти методы оказались неэффективными11. Необходимы дополнительные исследования для разработки экономически эффективных, стабильных и безопасных материалов для решения этих проблем. Фотокаталитическая деградация красителей — это недорогой, универсальный и энергоэффективный процесс, который расщепляет органические красители в воде с помощью света и катализатора12,13. Для этой цели использовались различные оксиды металлов, сульфиды, квантовые точки, наночастицы благородных металлов, полимеры, гибридные материалы, легированные металлами и неметаллами, материалы на основе графена, нанокластеры золота и ферриты переходных металлов14,15,16,17,18 ,19,20,21,22,23,24. Среди них наноматериалы ферритов переходных металлов обладают низкой стоимостью, высокой химической стабильностью, большой площадью поверхности, возможностью повторного использования и каталитическими свойствами25.

Сообщается, что для разложения красителей в качестве катализаторов используется ряд ферритов, включая ферриты шпинели26. Таким образом, ферриты шпинели представляют собой класс соединений типа M2+M23+O4, которые привлекли большое внимание в исследованиях деградации красителей27,28. Типичная формула ферритов шпинели — MFe2O4, где M = Zn, Mn, Ni, Cu и т. д. Состав и структура ферритов влияют на их способность адсорбировать вещества, которая зависит от их морфологии и собственной кристаллической структуры29. CuFe2O4 представляет собой материал типа шпинели с узкой запрещенной зоной, фотохимической стабильностью и активностью в видимом свете28. Более того, его низкая токсичность, экономичность, универсальность и возможность вторичной переработки делают его привлекательным катализатором для очистки воды30,31. Сообщалось о различных методах синтеза микроструктур ферритов шпинели, таких как золь-гель, фото, а также электроосаждение, твердотельная реакция, гидротермальный метод и соосаждение32. Гидротермальный метод предпочтителен из-за универсальности, однородности, чистоты и простоты синтеза33.