Введение ........................................................................................................................... 5
Глава 1. Современное состояние получения эффективных материалов и покрытий
на их основе для фотокаталитической очистки воды ............................................... 10
1.1 Современное состояние эффективности методов очистки сточных вод ...... 10
1.2 Метод фотокаталитической очистки вод .......................................................... 11
1.3 История открытия фотокатализаторов и первые попытки практического
использования для очистки воды и воздуха. .......................................................... 13
1.4 Известные фотокатализаторы и их недостатки ............................................... 16
1.5 Висмутовые фотокатализаторы ......................................................................... 18
1.5.1 Полиморфные модификации висмута, как перспективные
фотокатализаторы ................................................................................................. 19
1.5.1 Гетероструктурные фотокатализаторы на основе висмутовых
соединений ............................................................................................................. 21
1.6 Методы получения фотокатализаторов ............................................................ 23
1.6.1 Физико-технические методы ...................................................................... 23
1.6.2 Известные методы синтеза висмутовых фотокатализаторов .................. 25
1.6.3 Пиролитические методы синтеза................................................................ 27
1.7 Сорбит-нитратный комплекс висмута .............................................................. 31
1.8 Выводы по главе 1 ............................................................................................... 35
Глава 2. Экспериментальная часть .............................................................................. 37
2.1. Исходные вещества ............................................................................................ 37
2.2. Модельный органический загрязнитель .......................................................... 37
2.3 Оценка фотокаталитических свойств ................................................................ 40
2.3.1. Установка для исследования каталитической активности порошковых
фотокатализаторов ................................................................................................ 41
2.3.2. Бесцветные органические загрязнители в видимом диапазоне спектра 44
2.3. Методы исследования некаталитических свойств ......................................... 44
2.3.1. Рентгеноструктурный анализ ..................................................................... 44
2.3.2. Сканирующая электронная микроскопия ................................................. 45
2.3.3. Спектральный анализ .................................................................................. 45
2.3.4. Дифференциально-термический анализ ................................................... 46
2.3.5. Измерение удельной поверхности (по методу БЭТ) ............................... 47
2.3.6 Статистический анализ ................................................................................ 47
3
2.4. Выводы по главе 2 .............................................................................................. 48
Глава 3. Пиролиз сорбитного комплекса висмута. Создание висмут-содержащих
фотокатализаторов и формирование фотокаталитических покрытий на оксидных и
пористых керамических носителях ............................................................................. 49
3.1. Продукты пиролиза сорбитного комплекса висмута ..................................... 49
3.2. Полиморфные модификации оксида висмута и гетероструктурные
композиции ................................................................................................................ 52
3.2.1. Bi и Bi2O3/Bi ............................................................................................. 52
3.2.2. -Bi2O3 и β-Bi2O3 и аморфный Bi2O3 ........................................................ 57
3.2.3. Фотокаталитическая активность продуктов пиролиза сорбитного
комплекса висмута ................................................................................................ 59
3.3. Изучение фазообразования в системе SrO-Bi2O3-CO2 при пиролизе
сорбитного комплекса висмута со стронцием ....................................................... 60
3.3. Метод нанесения покрытий .............................................................................. 64
3.4. Исследование формирования покрытий на основе разработанных
фотокаталитических композиций на различных носителях ................................. 65
3.4.1. Исследование фотокаталитической эффективности полученных
композиций, сформированных на носителях Al2O3- алунд, SiO2-кварц ......... 65
3.4.2 Исследование фотокаталитической эффективности полученных
композиций, сформированных на пористых силикатных носителях: пористая
керамика, пористая стеклокерамика, пористое (вспененное) стекло .............. 68
3.5 Выводы по главе 3 ............................................................................................ 70
Глава 4. Получение фотокаталитического материала с наилучшими
эксплуатационными характеристиками ...................................................................... 73
4.1. Экспериментальные данные ............................................................................. 76
4.2 Статистический анализ ....................................................................................... 79
4.2.1 Анализ входных параметров ....................................................................... 79
4.2.2 Профили желательности для фотокаталитического материала .............. 79
4.3 Фотокаталитические, структурные и морфологические свойства
полученного фотокаталитического материала....................................................... 82
4.3.1. Фазовый состав полученных фотокаталитических покрытий ............... 83
4.3.2. Морфология полученных образцов ........................................................... 85
4.3.3 Фотокаталитическая активность покрытий............................................... 87
4.4 Выводы по главе 4 ............................................................................................... 88
Глава 5. Управление эксплуатационными свойствами ............................................. 90
4
5.1. Управление фотокаталитической активностью, морфологией и
структурными свойствами покрытий путем варьирования содержанием висмута
в прекурсоре ............................................................................................................... 90
5.1.1 Исследование состава, структуры и морфологии полученных
висмутовых покрытий с различным содержанием висмута в прекурсоре ..... 90
5.1.2 Исследование эффективности поглощения солнечной инсоляции
полученными висмутовыми покрытиями и их фотокаталитической
активности ............................................................................................................ 100
5.2. Управление эксплуатационными свойствами фотокаталитических
материалов путем допирования ............................................................................. 105
5.2.1 Оптические и фотокаталитические свойства допированных покрытий
............................................................................................................................... 105
5.2.2 Фазовый состав допированных покрытий ............................................... 107
5.3. Циклические испытания и гидролитическая устойчивость ........................ 109
5.4 Эффективность очистки воды от органических и минеральных поллютантов
вод урбанизированных территорий ....................................................................... 112
5.5 Выводы по главе 5 ............................................................................................. 114
Общие выводы ............................................................................................................. 116
Перечень условных обозначений .............................................................................. 118
Список литературы ..................................................................................................... 119
