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Jun 16, 2023

水から有機色素を選択的に除去するための、CuFe2O4 ナノ構造への調整可能な硫黄ドーピング

Scientific Reports volume 13、記事番号: 6306 (2023) この記事を引用する 1206 アクセス数 8 引用数 3 オルトメトリクスの詳細 この研究では、硫黄ドープ銅フェライト (S-CuFe2O4) 光触媒

Scientific Reports volume 13、記事番号: 6306 (2023) この記事を引用

1206 アクセス

8 件の引用

3 オルトメトリック

メトリクスの詳細

この研究では、容易な水熱法を使用して、硫黄ドープ銅フェライト (S-CuFe2O4) 光触媒の合成に初めて成功しました。 合成されたままの光触媒は、XRD、ラマン、TGA、FT-IR、UV-Vis-DRS、SEM、EDX、および PL 技術を通じて特性評価されました。 その結果、陰イオンがCuFe2O4ナノ構造からの酸素を置換する際に、格子に歪みを引き起こす硫黄のドーピングが適切な代替手段であることが判明した。 硫黄ドーパントのおかげで、光触媒は光誘起電荷を効率的に捕捉して移動させることができ、これにより電荷の再結合が容易に抑制されます。 UV-Vis 分光光度計を使用して、水性媒体中の選択的有毒有機染料 (RhB、CR、MO、CV) の分解をモニタリングしました。 色素分解の結果は、S-CuFe2O4 が元の CuFe2O4 よりも驚くほど優れた性能を示す証拠を提供します。 その効率に基づいて、この研究は光触媒科学の優れた候補として割り当てられます。

水質汚染は世界で最も深刻な環境問題の 1 つです。 工業化により、さまざまな有害な汚染物質を含む廃水が生成されます1。 最も蔓延している汚染物質は合成有機染料であり、これはさまざまな産業で広く使用されており、水生環境に重大な脅威をもたらしています2。 繊維産業で広く使用されているアゾ染料は、発がん性があり、肝細胞を殺す作用があることが証明されています3。 同様に、メチル オレンジ (MO) とクリスタル バイオレット (CV) は、胃腸、呼吸器、皮膚の炎症を引き起こす複雑な化学構造を持つ有毒な水溶性アニオン性アゾ染料です。 コンゴレッド (CR) は、発がん性、変異原性があり、生殖障害を引き起こすアゾ染料です4。 ローダミン B (RhB) はフルオレセイン色素であり、皮膚や目に炎症を引き起こし、飲み込むと有毒です。 これらのフルオレセイン色素は哺乳動物の組織に対して非常に細胞毒性が強く、形態学的および遺伝的変化を引き起こします5,6。 したがって、汚染された水は、特に工業地帯の近くにある都市コミュニティにとって課題となっています。 したがって、経済的なアプローチを使用して廃水からこれらの染料を除去することが重要です7,8。

汚染された水中での染料の分解のために、さまざまな戦略が開発されてきました。 これらの方法の例としては、吸着、電気化学的堆積、酸化還元反応、および生物学的処理が挙げられます9、10。 しかし、これらのアプローチには固有の毒性、二次汚染物質の生成、およびコストが高いため、これらの方法は効果がないことが判明しました11。 これらの問題に対処するために、費用対効果が高く、安定したリスクのない材料を開発するには、さらなる研究が必要です。 光触媒染料分解は、光と触媒を使用して水中で有機染料を分解する、低コストで多用途かつエネルギー効率の高いプロセスです 12,13。 この目的のために、さまざまな金属酸化物、硫化物、量子ドット、貴金属ナノ粒子、ポリマー、金属および非金属をドープしたハイブリッド材料、グラフェンベースの材料、金ナノクラスター、および遷移金属フェライトが使用されてきました14、15、16、17、18。 、19、20、21、22、23、24。 これらの中でも、遷移金属フェライトのナノ材料は、低コスト、高い化学的安定性、大きな表面積、再利用性、および触媒特性を備えています25。

色素分解用途では、スピネルフェライトを含む多くのフェライトが触媒として使用されることが報告されています26。 したがって、スピネルフェライトは、色素分解研究で大きな注目を集めているタイプ M2+M23+O4 クラスの化合物です 27,28。 スピネルフェライトの典型的な化学式は MFe2O4 で、M = Zn、Mn、Ni、Cu などです。フェライトの組成と構造は物質を吸着する能力に影響を与え、それはフェライトの形態と固有の結晶構造に依存します29。 CuFe2O4 は、狭いバンドギャップ、光化学的安定性、および可視光活性を備えたスピネル型の材料です28。 さらに、その低毒性、費用対効果、多用途性、リサイクル可能性により、水浄化用途にとって魅力的な触媒となっています 30,31。 スピネルフェライトの微細構造を合成するには、ゾルゲル法、光蒸着法、電着法、固相反応、水熱法、共沈法などのさまざまな方法が報告されています 32。 水熱法は、多用途性、均一性、純度、および合成の容易さから好まれます 33。