Одержання самоочисного скла з використанням розчинів фтор-комплексів титану

Автор(и)

  • Mykola Plemyannikov Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056, Україна https://orcid.org/0000-0003-4756-3540
  • Borys Kornilovych Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056, Україна https://orcid.org/0000-0002-6393-6880

DOI:

https://doi.org/10.15587/2312-8372.2019.181546

Ключові слова:

силікатне скло, наноструктуроване покриття, самоочисне покриття, (NH4)2TiF6, рентгенофазовий аналіз, біфторидний спосіб

Анотація

Об’єктом дослідження є силікатне скло з наноструктурованним покриттям з оксиду титану (в модифікації анатаза), яке відзначається фотокаталітичною активністю і, як наслідок, набуває здатність до самоочищення в умовах ультрафіолетового опромінювання. Існуючий промисловий метод нанесення такого покриття здійснюється піролітичним способом, але він ефективний для великомасштабного виробництва, і здійснюється для великогабаритних виробів з листового флоат-скла. Для виробництва малосерійних, або поштучних виробів, він не виправданий. Це стосується виробів складної конфігурації, і, особливо, порожнистих. У нагоді постають методи нанесення покриттів з рідкої фази. В першу чергу – золь-гель методом. Класичний такий метод потребує в якості прекурсорів алкоксиди титану, які мають високу вартість.

Більш дешевим і гнучким є метод нанесення покриття з розчинів титанфторкомплексних сполук. Як прекурсор використовується гексафтортитанат амонію, але він дорогий. Запропоновано видозмінити ланцюг хімічних перетворень, а саме: в якості первинних прекурсорів використовувати такі, що є більш дешеві і доступні. Запропоновано його одержувати штучним шляхом, – біфторидним способом.

В ході дослідження використовувалися біфторид амонію NH4HF2 і оксид титану TiО2, які за запропонованим методом синтезу утворюють (NH4)2TiF6, його поява підтверджена рентгенофазовим аналізом.

Фторування оксиду титану біфторидом амонію відбувалося при температурі, що не перевищує 200 °С. Фторування супроводжувалося виділенням тільки парів води й аміаку.

Отримано фотокаталітичне покриття на зразках флоат-скла шляхом осадження кристалічної фази анатаза з водного розчину (NH4)2TiF6. Наявність анатаза підтверджена рентгенофазовим аналізом. Розмір кристалічних утворень не перевищує 15–20 нм. Здатність до самоочищення оцінюється тестом на гідрофільність скла і спектральними характеристиками покриття в ультрафіолетовому діапазоні.

Завдяки цьому забезпечується можливість отримання самоочисного покриття на склі, яке, у порівнянні з аналогічними відомими, не поступається за якістю і має такі переваги: дешевизна і доступність, відсутність шкідливих викидів, що відповідає принципам «зеленої хімії».

Біографії авторів

Mykola Plemyannikov, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056

Кандидат технічних наук, професор

Кафедра хімічної технології кераміки та скла

Borys Kornilovych, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056

Доктор хімічних наук, професор, член-кореспондент НАН України, завідувач кафедри

Кафедра хімічної технології кераміки та скла

Посилання

  1. Minella, M., Minero, C. (2019). Quantification of the Photocatalytic Self-Cleaning Ability of Non-Transparent Materials. Materials, 12 (3), 508. doi: http://doi.org/10.3390/ma12030508
  2. Midtdal, K., Jelle, B. P. (2013). Self-cleaning glazing products: A state-of-the-art review and future research pathways. Solar Energy Materials and Solar Cells, 109, 126–141. doi: http://doi.org/10.1016/j.solmat.2012.09.034
  3. Schneider, J., Matsuoka, M., Takeuchi, M., Zhang, J., Horiuchi, Y., Anpo, M., Bahnemann, D. W. (2014). Understanding TiO2 Photocatalysis: Mechanisms and Materials. Chemical Reviews, 114 (19), 9919–9986. doi: http://doi.org/10.1021/cr5001892
  4. Landmann, M., Rauls, E., Schmidt, W. G. (2012). The electronic structure and optical response of rutile, anatase and brookite TiO2. Journal of Physics: Condensed Matter, 24 (19), 195503. doi: http://doi.org/10.1088/0953-8984/24/19/195503
  5. Karunagaran, B., Uthirakumar, P., Chung, S. J., Velumani, S., Suh, E.-K. (2007). TiO2 thin film gas sensor for monitoring ammonia. Materials Characterization, 58 (8-9), 680–684. doi: http://doi.org/10.1016/j.matchar.2006.11.007
  6. Pan, J., Leygraf, C., Thierry, D., Ektessabi, A. M. (1997). Corrosion resistance for biomaterial applications of TiO2 films deposited on titanium and stainless steel by ion-beam-assisted sputtering. Journal of Biomedical Materials Research, 35 (3), 309–318. doi: http://doi.org/10.1002/(sici)1097-4636(19970605)35:3<309::aid-jbm5>3.0.co;2-l
  7. Wu, J.-J., Yu, C.-C. (2004). Aligned TiO2Nanorods and Nanowalls. The Journal of Physical Chemistry B, 108 (11), 3377–3379. doi: http://doi.org/10.1021/jp0361935
  8. Wu, J.-M., Shih, H. C., Wu, W.-T., Tseng, Y.-K., Chen, I.-C. (2005). Thermal evaporation growth and the luminescence property of TiO2 nanowires. Journal of Crystal Growth, 281 (2-4), 384–390. doi: http://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2005.04.018
  9. Chen, X., Mao, S. S. (2007). Titanium Dioxide Nanomaterials: Synthesis, Properties, Modifications, and Applications. Chemical Reviews, 107 (7), 2891–2959. doi: http://doi.org/10.1021/cr0500535
  10. Chiarello, G. L., Selli, E., Forni, L. (2008). Photocatalytic hydrogen production over flame spray pyrolysis-synthesised TiO2 and Au/TiO2. Applied Catalysis B: Environmental, 84 (1-2), 332–339. doi: http://doi.org/10.1016/j.apcatb.2008.04.012
  11. Šćepanović, M., Dohčević-Mitrović, Z., Hinić, I., Grujić-Brojčin, M., Stanišić, G., Popović, Z. V. (2005). Photoluminescence of Laser-Synthesized Anatase Titanium Dioxide Nanopowders. Materials Science Forum, 494, 265–270. doi: http://doi.org/10.4028/www.scientific.net/msf.494.265
  12. Seifried, S., Winterer, M., Hahn, H. (2000). Nanocrystalline Titania Films and Particles by Chemical Vapor Synthesis. Chemical Vapor Deposition, 6 (5), 239–244. doi: http://doi.org/10.1002/1521-3862(200010)6:5<239::aid-cvde239>3.3.co;2-h
  13. Wu, J.-M., Shih, H. C., Wu, W.-T., Tseng, Y.-K., Chen, I.-C. (2005). Thermal evaporation growth and the luminescence property of TiO2 nanowires. Journal of Crystal Growth, 281 (2-4), 384–390. doi: http://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2005.04.018
  14. Cheng, H., Ma, J., Zhao, Z., Qi, L. (1995). Hydrothermal Preparation of Uniform Nanosize Rutile and Anatase Particles. Chemistry of Materials, 7 (4), 663–671. doi: http://doi.org/10.1021/cm00052a010
  15. Li, X.-L., Peng, Q., Yi, J.-X., Wang, X., Li, Y. (2006). Near Monodisperse TiO2 Nanoparticles and Nanorods. Chemistry – A European Journal, 12 (8), 2383–2391. doi: http://doi.org/10.1002/chem.200500893
  16. Estekhraji, S. A. Z., Amiri, S. (2017). Sol–gel preparation and characterization of antibacterial and self-cleaning hybrid nanocomposite coatings. Journal of Coatings Technology and Research, 14 (6), 1335–1343. doi: http://doi.org/10.1007/s11998-017-9932-7
  17. Maver, K., Štangar, U. L., Černigoj, U., Gross, S., Cerc Korošec, R. (2009). Low-temperature synthesis and characterization of TiO2 and TiO2–ZrO2 photocatalytically active thin films. Photochemical & Photobiological Sciences, 8 (5), 657–662. doi: http://doi.org/10.1039/b817475j
  18. Han, S., Choi, S.-H., Kim, S.-S., Cho, M., Jang, B., Kim, D.-Y. et. al. (2005). Low-Temperature Synthesis of Highly Crystalline TiO2 Nanocrystals and their Application to Photocatalysis. Small, 1 (8-9), 812–816. doi: http://doi.org/10.1002/smll.200400142
  19. Jelle, B. P., Hynd, A., Gustavsen, A., Arasteh, D., Goudey, H., Hart, R. (2012). Fenestration of today and tomorrow: A state-of-the-art review and future research opportunities. Solar Energy Materials and Solar Cells, 96, 1–28. doi: http://doi.org/10.1016/j.solmat.2011.08.010
  20. Gläser, H. J., Ulrich, S. (2013). Condensation on the outdoor surface of window glazing – Calculation methods, key parameters and prevention with low-emissivity coatings. Thin Solid Films, 532, 127–131. doi: http://doi.org/10.1016/j.tsf.2012.12.110
  21. Deki, S., Aoi, Y., Hiroi, O., Kajinami, A. (1996). Titanium (IV) Oxide Thin Films Prepared from Aqueous Solution. Chemistry Letters, 25 (6), 433–434. doi: http://doi.org/10.1246/cl.1996.433
  22. Deki, S., Aoi, Y., Asaoka, Y., Kajinami, A., Mizuhata, M. (1997). Monitoring the growth of titanium oxide thin films by the liquid-phase deposition method with a quartz crystal microbalance. Journal of Materials Chemistry, 7 (5), 733–736. doi: http://doi.org/10.1039/a607466i
  23. Gutiérrez-Tauste, D., Domènech, X., Angeles Hernández-Fenollosa, M., Ayllón, J. A. (2006). Alternative fluoride scavengers to produce TiO2films by the liquid phase deposition (LPD) technique. J. Mater. Chem., 16 (23), 2249–2255. doi: http://doi.org/10.1039/b515367k
  24. Masuda, Y., Sugiyama, T., Seo, W. S., Koumoto, K. (2003). Deposition Mechanism of Anatase TiO2on Self-Assembled Monolayers from an Aqueous Solution. Chemistry of Materials, 15 (12), 2469–2476. doi: http://doi.org/10.1021/cm030255m
  25. Niesen, T. P., De Guire, M. R. (2002). Review: deposition of ceramic thin films at low temperatures from aqueous solutions. Solid State Ionics, 151, 61–68. doi: http://doi.org/10.1016/s0167-2738(02)00604-5

##submission.downloads##

Опубліковано

2019-07-25

Як цитувати

Plemyannikov, M., & Kornilovych, B. (2019). Одержання самоочисного скла з використанням розчинів фтор-комплексів титану. Technology Audit and Production Reserves, 5(3(49), 4–9. https://doi.org/10.15587/2312-8372.2019.181546

Номер

Том 5 № 3(49) (2019): Хімічна інженерія

Розділ

Хіміко-технологічні системи: Оригінальне дослідження

Ліцензія

Авторське право (c) 2019 Mykola Plemyannikov, Borys Kornilovych

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.