ボール

Scientific Reports volume 13、記事番号: 8188 (2023) この記事を引用

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メカノケミカルボールミリングとそれに続く650℃で5時間の加熱により、単相Bi2VO5.5粉末を生成することに成功した。 メチレンブルー色素分解の触媒活性を調査しました。 ラマン分光法と X 線回折を使用して相形成を確認しました。 サンプルの電荷キャリア輸送挙動は、時間依存の光電流分析を使用して確認されました。 圧電光触媒実験では、ボールミル粉砕した Bi2VO5.5 サンプルの分解効率が 63% でした。 ピエゾ光触媒色素分解の擬一次反応速度論が確認され、0.00529 min-1 という有意な k 値が達成されます。 スカベンジャー テストでは、ピエゾ光触媒実験中の主な活性種は h+ ラジカルであることが証明されています。 ビグナ ラジアータの種子は、発芽指数を評価するための薬害試験に使用されました。 メカノケミカル活性化法は、反応温度と時間を下げることで反応を促進します。 ボールミル粉砕された Bi2VO5.5 粉末に対するピエゾ光触媒効率の向上の影響は未開拓の領域であり、我々はそれを調査することを試みました。 ここでは、ボールミル粉砕された Bi2VO5.5 粉末により、染料の分解性能が向上しました。

現在、急速な工業化により、人類社会は環境保全が大きな関心事となる新たな時代に突入しています。 人々は、環境破壊に対処するより良い方法を見つけることで、環境保全の必要性を認識し始めています1。 食品、製薬、印刷、染色、その他の業界で非常に頻繁に使用される有機汚染物質には、着色料や抗生物質が含まれます2。 繊維産業は有機染料を大量に直接水源に排出し、深刻な環境リスクを引き起こし、人間の健康にも有害であるため、有機染料は産業廃水の重要な成分となっています3。 発がん性があり有毒な有機汚染物質は、水生生物、動物、人間の健康を悪化させます4。 工業廃水から汚染物質を除去するための標準的な方法を作成するために、数多くの研究が実施され、文献に発表されています5,6。 凝集、吸着、限外濾過、微生物分解などの従来の浄水方法が、最近まで廃水処理の標準的方法でした7。 しかし、これらの技術には、除去効率が悪く、二次汚染物質のさらなる処理が必要であり、低濃度の汚染物質の除去が難しいという欠点があります7,8。 したがって、これらの有機汚染物質を分解するための効率的で生態学的に許容可能なプロセスを作成することが重要になりました。

現在、繊維廃水の処理には、複数の物理的、化学的、生物学的プロセスが使用されています9。 テスト済みで手頃な価格の技術は、光触媒と圧電触媒です10、11。 これらは環境に優しく、水溶液から有機汚染物質を高効率で除去する可能性があるため、環境に優しい代替品と考えられています4,12。 半導体光触媒では、異なる電荷キャリアの分離を促進しながら、光を吸収する能力を高めるために光触媒の改良が必要です13、14。 半導体光触媒は、その独特のバンド構造、移動度、および光生成された電荷キャリアの優れた分離により、光触媒作用において顕著な可能性を示しました。 光触媒の利点には、室温で低濃度で毒素を酸化する能力、二次汚染物質の削減、低コスト、および汚染物質の分解に適した非毒性が含まれます 16,17。 アナターゼ TiO2 は、酸化力が高く、価格が低く、化学的安定性に優れているため、現在最も好まれている光触媒です 18,19。 広いバンドギャップ (3.20 eV) と光誘起キャリアの寿命が比較的短いため、TiO2 は太陽光線の UV 部分しか吸収できないため、量子効率が低くなります 1,18。 したがって、効果的な可視光活性光触媒を作成することが重要です。 光触媒作用に加えて、超音波振動による圧電触媒作用も単独または組み合わせて廃水処理に利用できます 20,21。 可視光により効果的に応答する新しい光触媒を作成するための研究が膨大に行われてきました。 Bi ベースの半導体は、その斬新な特性と原料の入手の容易さにより、大きな注目を集めています 7,22。 混成した Bi (6s) と O (2p) の価電子帯の存在下で、Bi3+ を含む多くの酸化物は光触媒特性を持ちます 23。 新しい光触媒材料としては、BiVO4、Bi2WO6、Bi2MoO6、CaBi2O4、BiNbO4、Bi2VO5.5などのビスマス系物質が報告されています1,24,25,26,27。 バナジウム酸ビスマスのようなビスマスベースの酸化物は、耐食性、非毒性、強弾性、イオン伝導性などの優れた特徴を備えています28,29。 大部分の強誘電体材料とは対照的に、バナジン酸ビスマス (Bi2VO5.5、(BV)) は、高いイオン移動度と極性応答という、通常は相容れない 2 つの特性を同時に示します 30,31。 触媒、固体電解質、ガスセンサー、リチウム二次電池の正極材料など、数多くの用途があります32、33、34。 Bi2VO5.5 は、ゾルゲル、共沈、固相反応、マイクロ波などのいくつかの技術を使用して生成できます 33,35,36。 ピエゾ応答挙動は、BV37、38 の非中心対称斜方晶系構造の結果です。 材料は、非中心対称単位格子によって引き起こされる離散的安定分極により自発分極を受けました 39。 結果として生じる表面分極により、バンド曲がりと空間電荷領域が生じます39。 Bi2VO5.5 の標準式は (Bi2O2)2+ (An−1BnO3n+1)2− です。ここで、B は六価、四価、および五価のイオンを表し、n は Bi2O2 の層間に挟まれたペロブスカイト ブロックの数を表します。 A は二価、三価、および一価のイオンを表します40、41。 BV は BiVO442 と同様に階層構造になっています。 BV はバンドギャップが低いため、広い可視光吸収範囲にわたって使用されます42。 従来のセラミック合成方法では、高温とより長い反応時間が必要です43。 メカノケミカル活性化法は、化学量論を変えることなく反応温度と時間を下げることで反応を促進します 43。 これは、化合物の形成と相転移を加速するだけでなく、新規材料の物理化学的特性を改善するために効果的に使用されています 43,44。 さらに、触媒の表面積も重要な要素です。 触媒ナノ粒子の表面積が広いため、光子の捕捉と電子正孔対の生成に十分な色素分子の吸着が可能となり、光触媒活性を向上させることができます 45,46。 小粒子サイズの材料は、ゾルゲル、共沈、マイクロ波、およびメカノケミカルボールミル（MBM）活性化プロセスによって生成されることが報告されています33,47。 表面積が大きいため、粒子サイズが小さいと触媒効率を高めるのに有利です45。 Xie et al.48 は、Bi2VO5.5 上に堆積させた Au ナノ粒子を使用して、85.2% の効率でメチレンブルー (MB) を分解することに成功しました。 ジャンミン・ワン 他 BiVO4/Bi2VO5.5 ナノ構造を採用し、可視光の存在下でメチレン オレンジ (MO) を 95% 分解しました 42。 Bi2VO5.5/Bi2O3複合膜はXieらによって使用されました。 模擬太陽光下で 89.97% の MB 色素分解効率を達成するには 1.