Каталітичні властивості поліетерсульфонових мембран, модифікованих наночастинками SnO2
Loading...
Date
2019
Authors
Колесник, Ірина
Джоджик, Олег
Коновалова, Вікторія
Сорокін, Г.
Мешкова, Т.
Бурбан, Анатолій
Царик, С.
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Метою роботи було отримати мембрани з фотокаталітичними та антизабруднювальними властивостями. Для цього поліетерсульфонові мембрани модифікували поліелектролітними комплексами та наночастинками SnO2 методом почергової адсорбції протилежно заряджених поліелектролітів. До поверхні мембран були прищеплені транс-корична і гідрокорична кислоти шляхом утворення амідного зв’язку між карбоксильною групою кислот та аміногрупами поліетиленіміну. Модифікування мембран наночастинками підтверджене методами сканувальної електронної мікроскопії, енергодисперсійної спектроскопії та електрокінетичним аналізом. Усі досліджені мембрани характеризуються наявністю ізоелектричної точки у діапазоні рН 4.5–5.0, позитивним ζ-потенціалом у кислому середовищі і негативним – у нейтральному і лужному середовищах. Адсорбційні, фотокаталітичні та транспортні властивості мембран були досліджені з використанням родаміну Ж. Показано, що іммобілізація наночастинок станум(IV) оксиду знижує адсорбцію барвника на поверхні мембран у 2 рази. Підтверджено, що модифікування мембран призвело до появи у них фотокаталітичних властивостей. Так, мембрани з наночастинками станум(IV) оксиду характеризуються високим ступенем розкладання родаміну Ж (40–50 %) за 1.5 год за початкової концентрації барвника 1.2·10–3 %. Усі кінетичні криві розкладання родаміну Ж на мембранах описуються рівнянням псевдопершого порядку Ленгмюра-Хіншельвуда. Встановлено, що прищеплення транс- і гідрокоричної кислот впливає на рН-оптимум фотокаталітичної активності мембран. Так, мембрана, модифікована лише наночастинками станум(IV) оксиду, проявляє найвищу активність у кислому середовищі при рН 3.1. При додатковому модифікуванні мембран транс-коричною кислотою рН-максимум фотокаталітичної активності зсувається у лужну область (рН 9.0), а гідрокоричною кислотою - у нейтральну область (рН 7.0). Показано, що модифіковані мембрани виявляють стабільну продуктивність у процесі нанофільтрації барвника і високі ступені його затримки (70–90 %).
The present study aims to obtain membranes with photocatalytic properties by means of tin(IV) oxide immobilization on their surface to prevent fouling. Polyethersulfone membranes have been modified by polyelectrolyte complexes and SnO2 nanoparticles by “layer-by-layer” method. Trans-cinnamic and hydrocinnamic acids have been grafted to the surface of the membranes by the amide bond formation. Modification of membranes by nanoparticles has been confirmed by methods of scanning electron microscopy, energy dispersion spectroscopy and electrokinetic analysis. All membranes have been characterized by isoelectic point in the range of pH 4.5–5.0, positive zeta-potential in acid medium and negative one in alkaline medium. The adsorption, photocatalytic and transport properties of the membranes have been investigated using Rhodamine G. It has been shown that the immobilization of the nanoparticles of the tin(IV) oxide reduces the adsorption of the dye on the surface of the membranes twofold. It has been confirmed that membrane modification leads to the appearance of photocatalytic properties. Thus, membranes with nanoparticles of tin(IV) oxide are characterized by a high degree of dye decomposition of 40–50 % during 1.5 h the initial concentration of Rhodamine G of 1.2·10–3 %. Kinetics of dye decomposition could be described by pseudo-first rate according to an Langmuir-Hinshelwood equation. It has been found that the grafting of trans- and hydrocinnamic acids affects the pH optimum of membranes photocatalytic activity. Notably, the highest photocatalytic activity of membrane with immobilized SnO2 nanoparticles is observed in an acidic media at pH 3.0, while after trans- and hydrocinnamic acids grafting the pH optimum is shifted to alkaline and neutral media (pH 9.0 and 7.0), respectively. It has been shown that modified membranes exhibit stable flux in the process of dye nanofiltration and high levels of its rejection (70–90 %).
The present study aims to obtain membranes with photocatalytic properties by means of tin(IV) oxide immobilization on their surface to prevent fouling. Polyethersulfone membranes have been modified by polyelectrolyte complexes and SnO2 nanoparticles by “layer-by-layer” method. Trans-cinnamic and hydrocinnamic acids have been grafted to the surface of the membranes by the amide bond formation. Modification of membranes by nanoparticles has been confirmed by methods of scanning electron microscopy, energy dispersion spectroscopy and electrokinetic analysis. All membranes have been characterized by isoelectic point in the range of pH 4.5–5.0, positive zeta-potential in acid medium and negative one in alkaline medium. The adsorption, photocatalytic and transport properties of the membranes have been investigated using Rhodamine G. It has been shown that the immobilization of the nanoparticles of the tin(IV) oxide reduces the adsorption of the dye on the surface of the membranes twofold. It has been confirmed that membrane modification leads to the appearance of photocatalytic properties. Thus, membranes with nanoparticles of tin(IV) oxide are characterized by a high degree of dye decomposition of 40–50 % during 1.5 h the initial concentration of Rhodamine G of 1.2·10–3 %. Kinetics of dye decomposition could be described by pseudo-first rate according to an Langmuir-Hinshelwood equation. It has been found that the grafting of trans- and hydrocinnamic acids affects the pH optimum of membranes photocatalytic activity. Notably, the highest photocatalytic activity of membrane with immobilized SnO2 nanoparticles is observed in an acidic media at pH 3.0, while after trans- and hydrocinnamic acids grafting the pH optimum is shifted to alkaline and neutral media (pH 9.0 and 7.0), respectively. It has been shown that modified membranes exhibit stable flux in the process of dye nanofiltration and high levels of its rejection (70–90 %).
Description
Keywords
поліетерсульфонова мембрана, станум(IV) оксид, метод "layer-by-layer", родамін Ж, фотокаталіз, стаття, polyethersulfone membrane, tin(IV) oxide, “layer-by-layer” method, Rhodamine G, photocatalysis
Citation
Каталітичні властивості поліетерсульфонових мембран, модифікованих наночастинками SnO2 / І.С. Колесник, О.Я. Джоджик, В.В. Коновалова, Г.А. Сорокін, Т.Г. Мешкова, А.Ф. Бурбан, С.М. Царик // Хімія, фізика та технологія поверхні. – 2019. – Т.10, № 2. – С. 135-148. https://doi.org/10.15407/hftp10.02.135