Registration Number
0825U003895, PhD dissertation
Status
Доктор філософії
Date
31-10-2025
popup.evolution
o
Title
Research on Modified MOF Materials for Water Pesticide Pollutant Purification
Author
Zhentao Zhou,
popup.head Tetiana А. Dontsova
popup.opponent Viktoriya Konovalova
popup.opponent Marharyta I. Skyba
popup.review Olena Chyhyrynets
popup.review Oleksii V. Myroniuk
popup.rada
National Technical University of Ukraine «Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute»
Description
Дана дисертація складається з двох напрямів досліджень: перший присвячений дослідженню фотокаталітичної системи на основі композиту NH2-MIL-125/TiO2 з Ti-MOF; другий – дослідженню фотокаталітичної системи M88A@TA-X на основі Fe-MOF, яку або модифікували дубильною кислотою, або прожарювали. В роботі детально досліджується фізико-хімічна структура композитів NH2-MIL-125/TiO2 та їх фотокаталітична активність у розкладанні інсектициду імідаклоприду у воді. Також детально досліджується фізико-хімічна структура матеріалів серії M88A@TA-X, їх фото-Фентон здатність по відношенню до розкладання гербіциду атразину та їх потенційні застосування.
Досліджено фотокаталітична активність композитів NH2-MIL-125/TiO2, синтезованих при різних співвідношеннях дозувань TiO2 і TPOT (попередника NH2-MIL-125). Результати показують, що всі композити NH2-MIL-125/TiO2 демонструють кращі каталітичні властивості порівняно з чистим NH2-MIL-125. Крім того виявлено, що матеріал, синтезований із співвідношенням TiO2/TPOT як 1:1 (NH2-MIL-125/TiO2-100%), продемонстрував найбільшу каталітичну активність (видалення 100% імідаклоприду за 90 хвилин). При збільшенні співвідношення TiO2/TPOT з 0.35:1 до 1:1 каталітична активність зростає. Однак подальше збільшення співвідношення TiO2/TPOT (зі 1:1 до 2:1) не призводить до подальшого збільшення каталітичної активності. Тому як репрезентативний матеріал для характеризації було обрано NH2-MIL-125/TiO2-100%.
Результати характеризації методами рентгенівського фазового аналізу (РФА), інфрачервоної спектроскопії (ІЧ) та термогравіметричного аналізу (ТГА) показали, що TiO2 успішно вбудовується в композит NH2-MIL-125/TiO2 під час його синтезу і не порушують будову та хімічну структуру NH2-MIL-125. Результати скануючої електронної мікроскопії (СЕМ) продемонстрували, що TiO2 рівномірно розподіляється на поверхні композиту NH2-MIL-125/TiO2, що полегшує контакт між каталізатором і забруднювачем під час фотокаталітичного процесу. Крім того, результати ультрафіолет-видимої дифузної відбивної спектроскопії (UV-Vis DRS)показують, що ширина забороненої зони композиту NH2-MIL-125/TiO2 становить 2,58 еВ, що нижче, ніж у зразків NH2-MIL-125 (2,68 еВ) і TiO2 (3,36 еВ). Це свідчить про те, що NH2-MIL-125/TiO2 має ширший спектральний діапазон чутливості, що сприятиме більш ефективного фотокаталітичного розкладання забрудників у водних розчинах.
У дисертації розглядається вплив різних методів модифікування Fe-MOF (MIL-88A, позначений як M88A) включаючи стадії прожарювання та модифікування дубильною кислотою перед прожарюванням на фото-Фентонівські каталітичні властивості каталізатора M88A@TA-X. Результати показали, що M88A@TA-2, модифікований дубильною кислотою і прожарений при 200 °C, продемонстрував найкращу фото-Фентон активність, досягнувши 100% розкладання атразину протягом 30 хвилин. Константа швидкості реакції становила 0,164 хв⁻¹, що в 32,8 і 5,5 разів перевищувало показники для M88A (0,005 хв⁻¹) і M88A@TA (0,030 хв⁻¹) відповідно. M88A@TA-3 і M88A@TA-4, що синтезовані при вищих температурах, продемонстрували значно знижену або повністю інактивовану активність. Крім того, каталітична активність M88A-2 (синтезованого шляхом прожарювання M88A при 200 °C без модифікації TA) майже не збільшилася порівняно з чистим M88A.. Ці результати підтверджують, що одночасне модифікування дубильною кислотою та прожарювання при температурі 200 °C є вирішальними для підвищення каталітичної активності Fe-MOF (M88A). Окрім оцінки швидкості фото-Фентонового розкладання різних матеріалів також оцінено швидкість розкладання H2O2 під час фото-Фентонової реакції. Результати показали, що при розкладанні такої ж кількості атразину M88A@TA-2 потребував на чверть менше H2O2, ніж M88A, що вказує на те, що ефективність використання H2O2 M88A@TA-2 була в чотири рази вищою, чим M88A.
Для дослідження механізму, що лежить в основі фото-Фентонської активності M88A@TA-2, морфологія та фазова структура синтезованого матеріалу були охарактеризовані за СЕМ, трансмісійної електронної мікроскопії (ТЕМ) та аналізу питомої поверхні Брунауер-Еммет-Теллер (БЕТ). Результати показують, що M88A@TA-2 має більш пористу структуру порівняно з немодифікованим M88A. Крім того, його площа поверхні, що становить 44 м2/г, значно перевищує площу поверхні M88A (13 м2/г). Більше того, результати характеризації методами РФА, рентгенівської фотоелектронної спектроскопії (РФEС), ТГА та ІЧ демонструють, що M88A@TA-2 має високо дефектну структуру. Структура зон M88A@TA-2 досліджена за допомогою UV-Vis DRS та РФEС методів. Результати показують, що завдяки дефектам, які впливають на структуру зон, енергія забороненої зони M88A@TA-2 (2,70 еВ) є вищою, ніж у M88A (2,94 еВ), що забезпечує краще поглинання світла.
Registration Date
2025-10-08
popup.nrat_date
2025-10-08 / 2026-07-01
