Исследование эффективности применения фотокаталитических пленок диоксида титана в устройствах для очистки воды

Аннотация

Рассмотрены вопросы эффективности применения фотокаталитических пленок диоксида титана в устройствах для очистки воды. Несмотря на множество работ, опубликованных по этой тематике, информация о влиянии фотокатализа на характеристики обеззараживаемой воды довольно противоречива и не систематизирована: связано это с большим числом параметров, по которым оценивается качество воды. К важнейшим из таких параметров можно отнести мутность и цветность. Для их определения оптическое пропускание является фундаментальным параметром. Методом импульсного реактивного магнетронного распыления сформирована фотокаталитическая пленка TiO₂ на внешней поверхности кварцевой колбы, защищающей УФ-лампу устройства для очистки воды от механических повреждений. Предложенное решение позволяет избежать потерь УФ-излучения на преодоление слоя воды, что положительно сказывается на интенсивности фотокаталитической реакции. Апробирована экспериментальная установка, состоящая из проточного обеззараживателя, в котором осуществляется разложение органических загрязнителей, резервуара с очищаемой жидкостью и насоса. Эта установка позволяет провести оценку эффективности применения фотокаталитических элементов в устройствах для очистки воды. Экспериментально показано, что применение фотокаталитического элемента в проточном реакторе для очистки воды позволяет увеличить минимальное оптическое пропускание 0,005 % раствора метиленового синего в диапазоне длин волн 500...700 нм от 40...45 % при разложении УФ-обеззараживателем без фотокаталитического элемента до 58...65 % при использовании фотокаталитического элемента

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Шашин Д.Е., Дьячков А.Д., Романов А.Л. Исследование эффективности применения фотокаталитических пленок диоксида титана в устройствах для очистки воды. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение, 2026, № 1 (154), с. 34--46. EDN: EBSWBK

Литература

[1] Prakash J., Gupta R.K., Swart H.C., et al. Noble metals-TiO₂ nanocomposites: from fundamental mechanisms to photocatalysis, surface enhanced Raman scattering and antibacterial applications. Appl. Mater. Today, 2018, vol. 11, pp. 82--135. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apmt.2018.02.002

[2] Niemela, J.P., Marin G., Karppinen M. Titanium dioxide thin films by atomic layer deposition: a review. Semicond. Sci. Technol., 2017, vol. 32, no. 9, art. 093005. DOI: https://doi.org/10.1088/1361-6641/aa78ce

[3] Zhang W., Tian Y., He H., et al. Recent advances in the synthesis of hierarchically mesoporous TiO₂ materials for energy and environmental applications. Natl. Sci. Rev., 2020, vol. 7, no. 11, pp. 1702--1725. DOI: https://doi.org/10.1093/nsr/nwaa021

[4] Rafiq A., Ikram M., Ali S., et al. Photocatalytic degradation of dyes using semiconductor photocatalysts to clean industrial water pollution. J. Ind. Eng. Chem., 2021, vol. 97, pp. 111--128. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jiec.2021.02.017

[5] Abid N., Shujait S., Chaudhary K., et al. Synthesis of nanomaterials using various top-down and bottom-up approaches, influencing factors, advantages, and disadvantages: a review. Adv. Colloid Interface Sci., 2022, vol. 300, art. 102597. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cis.2021.102597

[6] Надточенко В.А., Саркисов О.М., Никандров В.В. и др. Инактивация болезнетворных микроорганизмов в фотокаталитических процессах с использованием наноразмерных кристаллов TiO₂. Химическая физика, 2008, т. 27, № 1, с. 26--36. EDN: IBYTMZ

[7] Корчин В.И., Миняйло Л.А., Корчина Т.Я. Содержание химических элементов в водопроводной питьевой воде с различным уровнем очистки (на примере городов Ханты-Мансийского автономного округа). Журнал медико-биологических исследований, 2018, т. 6, № 2, с. 188--197. DOI: https://doi.org/10.17238/issn2542-1298.2018.6.2.188

[8] Лимаренко Н.В. Анализ способов обеззараживания воды. Состояние и перспективы развития сельскохозяйственного машиностроения. Сб. ст. 8-й Междунар. науч.-практ. конф. Ростов н/Д., ДГТУ, 2015, с. 605--606. EDN: UJDISL

[9] Костюченко С.В., Ткачев А.А., Фроликова Т.Н. УФ-технологии для обеззараживания воды, воздуха и поверхностей: принципы и возможности. Эпидемиология и вакцинопрофилактика, 2020, Т. 19, № 5, с. 112--119. EDN: MHOGAM

[10] Бугаев А.С., Шешин Е.П., Озол Д.И. и др. Современные направления развития источников УФ-излучения бактерицидного диапазона. Вестник МГОУ. Сер. Физика-математика, 2017, № 4, с. 24--38. DOI: https://doi.org/10.18384/2310-7251-2017-4-24-38

[11] Михальченко Т.С., Шардина А.О., Юлдашова Л.Ш. и др. Влияние ультрафиолетового излучения на микроорганизмы в водной среде. Электронные средства и системы управления. Матер. докл. Междунар. науч.-практ. конф., 2019, № 1-2, с. 24--26. EDN: BRLDQW

[12] Гинаятов Н.С., Залялов И.Н., Абсатиров Г.Г. и др. Сравнительная оценка эффективностей методов обеззараживания воды в установках замкнутого водоснабжения. Ученые записки Казанской ГАВМ им. Н.Э. Баумана, 2017, т. 232, № 4, с. 43--46. EDN: ZVRHNL

[13] Белянин А.Ф., Налимов С.А., Борисов В.В. и др. Влияние отжига на строение пленок ZnO, выращенных магнетронным распылением. Вакуумная наука и техника. Матер. XXV науч.-техн. конф. с участием зарубежных специалистов. М., Новелла, 2018, с. 170--176.

[14] Шашин Д.Е., Дьячков А.Д. Формирование фотокаталитических пленок TiO₂ методом реактивного магнетронного распыления с применением квазизамкнутого пространства. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение, 2024, № 3 (148), с. 75--90. EDN: LILUCB

[15] Шашин Д.Е., Владимиров Д.С. Исследование супергидрофильных свойств пленок TiO2, сформированных методом реактивного магнетронного распыления, и разработка технологии для их усиления. Вестник ПГТУ. Сер. Радиотехнические и инфокоммуникационные системы, 2024, № 2, с. 74--85. DOI: https://doi.org/10.25686/2306-2819.2024.2.74

[16] Романов А.Л., Шашин Д.Е., Дьячков А.Д. и др. Особенности формирования многослойных структур методом магнетронного распыления. Вакуумная техника, материалы и технология. Тез. XVIII Междунар. науч.-техн. конф. М., Электровакуумные технологии, 2024, с. 37--38. EDN: EGFFBS

[17] Шашин Д.Е. Разработка математической модели формирования тонких пленок оксида цинка с заданными значениями комплексной диэлектрической проницаемости. Вестник ПГТУ. Сер. Радиотехнические и инфокоммуникационные системы, 2018, № 4, с. 74--81. EDN: YPSPYA

[18] Shashin D.E., Sushentsov N.I. Obtaining thin metal films and their compounds using magnetron sputtering and arc evaporation in a single technological cycle. J. Phys.: Conf. Ser., 2021, vol. 2059, art. 012022. DOI: https://doi.org/10.1088/1742-6596/2059/1/012022

[19] Shashin D.E., Sushentsov N.I. Development of manufacturing technology of photo-dielectric sensitive element of ultraviolet range on the basis of thin films of zinc oxide. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение, 2019, № 6 (129), с. 99--109. DOI: https://doi.org/10.18698/0236-3933-2019-6-99-109

[20] Белянин А.Ф., Борисов В.В., Сушенцов Н.И. и др. Влияние термической обработки на строение и характеристики автоэмиссионных катодов на слоистых структурах нитрида титана и углеродных наностенок. Нанотехнологии: разработка, применение -- XXI век, 2017, т. 9, № 1, с. 4--11. EDN: ZCJBAH