Розробка нового суспензійного електроліту на основі метансульфонової кислоти для електроосадження композитів Cu–TiO2

Автор(и)

  • Ірина Володимирівна Скнар Український державний хіміко-технологічний університет, Україна https://orcid.org/0000-0001-8433-1285
  • Юрій Євгенович Скнар Український державний хіміко-технологічний університет, Україна https://orcid.org/0000-0002-1188-3684
  • Тетяна Василівна Гриднєва Український державний хіміко-технологічний університет, Україна https://orcid.org/0000-0002-0214-4636
  • Павло Васильович Рябік Український державний хіміко-технологічний університет, Україна https://orcid.org/0000-0002-1804-9051
  • Оксана Вікторівна Демчишина Криворізький національний університет, Україна https://orcid.org/0000-0002-0828-3311
  • Дмитро Валерійович Герасименко Дніпровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Україна https://orcid.org/0000-0002-0795-761X

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.224224

Анотація

Електроосадження композиційних покривів на основі міді є перспективним напрямком створення новітніх матеріалів поліфункціонального призначення. Важливим напрямком застосування композитів є використання їх у системах очистки газових викидів та стічних вод. В якості фотокаталізаторів фотодеструкції органічних забруднювачів стічних вод доцільно використовувати напівпровідникові оксидні матеріали, зокрема титан діоксид. Конструкційні особливості обладнання для очищення стічних вод потребують фіксації частинок титан діоксиду в жорсткій матриці. Вирішенням задачі з фіксації фоточутливих елементів на поверхні певної конфігурації є електроосадження покривів композитами, зокрема Cu–TiO2. Важливим фактором, що впливає на функціональні характеристики композитів і технологічне оформлення їх одержання є природа електроліту. Показано, що електроосадження композитів Cu–TiO2 із метансульфонатних електролітів дозволяє зменшити коагуляцію дисперсної фази і одержати покриви з високим вмістом титан діоксиду із суспензійного розчину, що містить не більше 4 г/л TiO2. Встановлено, що вміст дисперсної фази в композиті, одержаному при густині струму 2 А/дм2 і концентрації титан діоксиду в електроліті на рівні 4 г/л, становить 1,3 мас.%, що вдвічі більше ніж при використанні сульфатного електроліту. Показано, що збільшення вмісту дисперсної фази в покривах з 0,1 до 1,3 мас.% супроводжується зростанням ступеню фотодеструкції барвника з 6 до 15,5 відсотків. Мікротвердість покривів зростає при цьому на 30 %. Розроблений електроліт для одержання композитів Cu–TiO2 є важливим внеском у розвиток синтезу зносостійких високоефективних фотокаталізаторів для очистки стічних вод від органічних забруднювачів

Біографії авторів

Ірина Володимирівна Скнар , Український державний хіміко-технологічний університет

Кандидат хімічних наук, доцент

Кафедра процеси, апарати та загальна хімічна технологія

 

Юрій Євгенович Скнар , Український державний хіміко-технологічний університет

Доктор хімічних наук, професор

Кафедра процеси, апарати та загальна хімічна технологія

Тетяна Василівна Гриднєва , Український державний хіміко-технологічний університет

Кандидат технічних наук, старший викладач

Кафедра процеси, апарати та загальна хімічна технологія

Павло Васильович Рябік , Український державний хіміко-технологічний університет

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра процеси, апарати та загальна хімічна технологія

Оксана Вікторівна Демчишина , Криворізький національний університет

Кандидат хімічних наук, асистент

Кафедра збагачення корисних копалин і хімії

Дмитро Валерійович Герасименко , Дніпровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна

Асистент

Кафедра фізики

Посилання

  1. Obinna, I. B., Ebere, E. C. (2019). A review: Water pollution by heavy metal and organic pollutants: Brief review of sources, effects and progress on remediation with aquatic plants. Analytical Methods in Environmental Chemistry Journal, 2 (03), 5–38. doi: https://doi.org/10.24200/amecj.v2.i03.66
  2. Sharma, S., Bhattacharya, A. (2016). Drinking water contamination and treatment techniques. Applied Water Science, 7 (3), 1043–1067. doi: https://doi.org/10.1007/s13201-016-0455-7
  3. Teoh, W. Y., Scott, J. A., Amal, R. (2012). Progress in Heterogeneous Photocatalysis: From Classical Radical Chemistry to Engineering Nanomaterials and Solar Reactors. The Journal of Physical Chemistry Letters, 3 (5), 629–639. doi: https://doi.org/10.1021/jz3000646
  4. Argurio, P., Fontananova, E., Molinari, R., Drioli, E. (2018). Photocatalytic Membranes in Photocatalytic Membrane Reactors. Processes, 6 (9), 162. doi: https://doi.org/10.3390/pr6090162
  5. Gupta, S., Tripathi, M. (2012). A review on the synthesis of TiO2 nanoparticles by solution route. Open Chemistry, 10 (2), 279–294. doi: https://doi.org/10.2478/s11532-011-0155-y
  6. Rasalingam, S., Peng, R., Koodali, R. T. (2014). Removal of Hazardous Pollutants from Wastewaters: Applications of TiO2-SiO2 Mixed Oxide Materials. Journal of Nanomaterials, 2014, 1–42. doi: https://doi.org/10.1155/2014/617405
  7. Gupta, V. K., Jain, R., Nayak, A., Agarwal, S., Shrivastava, M. (2011). Removal of the hazardous dye – Tartrazine by photodegradation on titanium dioxide surface. Materials Science and Engineering: C, 31 (5), 1062–1067. doi: https://doi.org/10.1016/j.msec.2011.03.006
  8. Davis, R. J., Gainer, J. L., O'Neal, G., Wu, I.-W. (1994). Photocatalytic decolorization of wastewater dyes. Water Environment Research, 66 (1), 50–53. doi: https://doi.org/10.2175/wer.66.1.8
  9. Aruna, S. T., Muniprakash, M., William Grips, V. K. (2013). Effect of titania particles preparation on the properties of Ni–TiO2 electrodeposited composite coatings. Journal of Applied Electrochemistry, 43 (8), 805–815. doi: https://doi.org/10.1007/s10800-013-0565-y
  10. Mohajeri, S., Dolati, A., Ghorbani, M. (2015). The influence of pulse plating parameters on the electrocodeposition of Ni-TiO2 nanocomposite single layer and multilayer structures on copper substrates. Surface and Coatings Technology, 262, 173–183. doi: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2014.12.042
  11. Wang, J., Xu, R., Zhang, Y. (2012). Study on characteristics of Ni-W-B composites containing CeO2 nano-particles prepared by pulse electrodeposition. Journal of Rare Earths, 30 (1), 43–47. doi: https://doi.org/10.1016/s1002-0721(10)60636-9
  12. Berçot, P., Peña-Muñoz, E., Pagetti, J. (2002). Electrolytic composite Ni–PTFE coatings: an adaptation of Guglielmi's model for the phenomena of incorporation. Surface and Coatings Technology, 157 (2-3), 282–289. doi: https://doi.org/10.1016/s0257-8972(02)00180-9
  13. Khorashadizade, F., Saghafian, H., Rastegari, S. (2019). Effect of electrodeposition parameters on the microstructure and properties of Cu-TiO2 nanocomposite coating. Journal of Alloys and Compounds, 770, 98–107. doi: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.08.020
  14. Gomes, A., da Silva Pereira, M. I., Mendonça, M. H., Costa, F. M. (2004). Zn–TiO2 composite films prepared by pulsed electrodeposition. Journal of Solid State Electrochemistry, 9 (4), 190–196. doi: https://doi.org/10.1007/s10008-004-0573-2
  15. Lajevardi, S. A., Shahrabi, T. (2010). Effects of pulse electrodeposition parameters on the properties of Ni–TiO2 nanocomposite coatings. Applied Surface Science, 256 (22), 6775–6781. doi: https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2010.04.088
  16. Sknar, Yu. E., Savchuk, O. O., Sknar, I. V., Danilov, F. I. (2017). Properties of Ni-TiO2 composites electrodeposited from methanesulfonate electrolyte. Functional Materials, 24 (3), 469–475. doi: https://doi.org/10.15407/fm24.03.469
  17. Carp, O., Huisman, C. L., Reller, A. (2004). Photoinduced reactivity of titanium dioxide. Progress in Solid State Chemistry, 32 (1-2), 33–177. doi: https://doi.org/10.1016/j.progsolidstchem.2004.08.001
  18. Warrier, K. G. K., Rohatgi, P. K. (1986). Mechanical, Electrical, and Electrical Contact Properties of Cu–TiO2 Composites. Powder Metallurgy, 29 (1), 65–69. doi: https://doi.org/10.1179/pom.1986.29.1.65
  19. Sknar, I., Petrenko, L., Cheremysinova, A., Plyasovskaya, K., Kozlov, Y., Amirulloeva, N. (2017). Investigation of adsorption behavior of smoothing additives in copper plating electrolytes. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (11 (86)), 43–49. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.95724
  20. Moghanian, A., Sharifianjazi, F., Abachi, P., Sadeghi, E., Jafarikhorami, H., Sedghi, A. (2017). Production and properties of Cu/TiO 2 nano-composites. Journal of Alloys and Compounds, 698, 518–524. doi: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2016.12.180
  21. Fawzy, M. H., Ashour, M. M., El-Halim, A. M. A. (1995). Effect of Some Operating Variables on the Characteristics of Electrodeposited Cu-α-Al2O3and Cu-TiO2Composites. Transactions of the IMF, 73 (4), 132–138. doi: https://doi.org/10.1080/00202967.1995.11871075
  22. Iticescu, C., Carac, G., Mitoseriu, O., Lampkt, T. (2008). Electrochemical deposition of composite coatings in copper matrix with TiO2 nanoparticles. Revue Roumaine de Chimie, 53 (1), 43–47.
  23. Ramalingam, S., Muralidharan, V. S., Subramania, A. (2009). Electrodeposition and characterization of Cu-TiO2 nanocomposite coatings. Journal of Solid State Electrochemistry, 13 (11), 1777–1783. doi: https://doi.org/10.1007/s10008-009-0870-x
  24. Ning, D., Zhang, A., Wu, H. (2019). Cu-TiO2 composites with high incorporated and uniform distributed TiO2 particles prepared by jet electrodeposition. Surface Engineering, 35 (12), 1048–1054. doi: https://doi.org/10.1080/02670844.2019.1598024
  25. Ning, D., Zhang, A., Murtaza, M., Wu, H. (2019). Effect of surfactants on the electrodeposition of Cu-TiO2 composite coatings prepared by jet electrodeposition. Journal of Alloys and Compounds, 777, 1245–1250. doi: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.11.077
  26. Sknar, Y. E., Amirulloeva, N. V., Sknar, I. V., Danylov, F. I. (2016). Electrodeposition of Ni–ZrO2 Nanocomposites from Methanesulfonate Electrolytes. Materials Science, 51 (6), 877–884. doi: https://doi.org/10.1007/s11003-016-9916-2
  27. Sknar, Y. E., Amirulloeva, N. V., Sknar, I. V., Danylov, F. I. (2016). Influence of Methylsulfonate Anions on the Structure of Electrolytic Cobalt Coatings. Materials Science, 52 (3), 396–401. doi: https://doi.org/10.1007/s11003-016-9970-9
  28. Sknar, Y., Sknar, I., Cheremysinova, A., Yermolenko, I., Karakurkchi, A., Mizin, V. et. al. (2017). Research into composition and properties of the Ni–Fe electrolytic alloy. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (12 (88)), 4–10. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.106864
  29. Danilov, F. I., Sknar, Y. E., Tkach, I. G., Sknar, I. V. (2015). Electrodeposition of nickel-based nanocomposite coatings from cerium(III)-ion-containing methanesulfonate electrolytes. Russian Journal of Electrochemistry, 51 (4), 294–298. doi: https://doi.org/10.1134/s1023193515040023
  30. Sknar, I. V., Sknar, Yu. E., Savchuk, O. O., Baskevich, A. S., Kozhura, O., Hrydnieva, T. V. (2020). Electrodeposition of copper from a methanesulphonate electrolyte. Journal of chemistry and technologies, 28 (1), 1–9. doi: https://doi.org/10.15421/082001
  31. Ohtani, B., Prieto-Mahaney, O. O., Li, D., Abe, R. (2010). What is Degussa (Evonik) P25? Crystalline composition analysis, reconstruction from isolated pure particles and photocatalytic activity test. Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 216 (2-3), 179–182. doi: https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2010.07.024
  32. Mikhailov, I. F., Baturin, A. A., Mikhailov, A. I., Fomina, L. P. (2016). Perspectives of development of X-ray analysis for material composition. Functional Materials, 23 (1), 5–14. doi: https://doi.org/10.15407/fm23.01.005
  33. Baranova, V. I., Bibik, E. E., Kozhevnikova, N. M., Malov, V. A. (1989). Raschety i zadachi po kolloidnoy himii. Moscow: Vysshaya shkola, 286.
  34. Mahlambi, M. M., Mishra, A. K., Mishra, S. B., Raichur, A. M., Mamba, B. B., Krause, R. W. (2012). Layer-by-layer self-assembled metal-ion- (Ag-, Co-, Ni-, and Pd-) doped TiO2 nanoparticles: synthesis, characterisation, and visible light degradation of Rhodamine B. Journal of Nanomaterials, 2012, 1–12. doi: https://doi.org/10.1155/2012/302046

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-02-10

Як цитувати

Скнар , І. В., Скнар , Ю. Є., Гриднєва , Т. В., Рябік , П. В., Демчишина , О. В., & Герасименко , Д. В. (2021). Розробка нового суспензійного електроліту на основі метансульфонової кислоти для електроосадження композитів Cu–TiO2. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1(6 (109), 39–47. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.224224

Номер

Том 1 № 6 (109) (2021): Технології органічних та неорганічних речовин

Розділ

Технології органічних та неорганічних речовин

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 Irina Sknar, Yuri Sknar, Tatyana Hrydnieva, Pavel Riabik, Oksana Demchyshyna, Dmitriy Gerasimenko

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.