Hybrid functional Pani/TiO2 nanocomposites for dyes degradation treatment

Abstract

A calling need for environmental protection is not abating and high demands have been set for the current topic that deals with applied technologies for removal of organic pollutants. The AOPs appear to be one of the most effective processes, where heterogeneous photocatalysis using efficient UV light-harvesting TiO2nanocrystals has unquestionably become one of the most com-monly used process for dyes degradation treatment. Limited photocatalytic efficiency of TiO2under sunlight illumination was overcame bycoupling with polyaniline (PANI) as notably investigated conductive polymer. Reducing the level of e-/h+recombination in TiO2and photosensitized proper-ties of PANI was the basis for creation of new functional PANI/TiO2nanocomposites. Such hybrid functional nanomaterials consisting of conductive polymers and dissimilar nanocrystals manifest the unique properties, usually not characteristic of independent componentsbut their synergistic effect. Series of developed functional nanocomposites based on PANI and colloidal TiO2nanoparti-cles (NPs) (TP), carbonized PANI and colloidal TiO2NPs (TPC) and carbonized PANI and TiO2nanotubes (NTs) (TTPC) by the efficient and harmless synthesis pathways are presented. Differently shaped TiO2nanocrystals are carefully prepared via sol-gel and hydrothermal synthesis and the influence of their size and shape on the photocatalytic efficiency of hybrid nanocomposites was evaluated. The non-carbonized PANI/TiO2nanocomposites were synthesized by the chemical oxida-tive polymerization of aniline with ammonium peroxydisulfate, in the presence of selected TiO2nanocrystals, while the carbonized class was obtained in the subsequent carbonization process, following the polymerization, in an inert atmosphere at 650 °C. The morphology and structureof these nano-based photocatalysts was determined by TEM analysis and Raman spectroscopy. Func-tionality of nanocomposites was evaluated following the photocatalytic degradation processes of model compoundsMethylene blue and Rhodamine B and enhanced degradation efficiencies in the used dyes were observed

Aktuelna potreba za zaštitom životne sredine ne jenjava i s tim u vezi postavljeni su visoki zahtevi vezani za tematiku primenjenih tehnologija za uklanjanje organskih zagađujućih supstanci. Ispostavlja se da napredni procesi oksidacije (engl. Advanced oxidation processes, AOPs) predstavljaju jedan od najefikasnijih procesa, među kojima heterogena fotokataliza, bazirana na upotrebi nanokristala TiO2 aktiviranih UV zračenjem, nesumnjivo predstavlja jedan od najčešće korišćenih tretmana za degradaciju organskih boja. Problem ograničene fotokatalitičke efikasnosti TiO2 pod dejstvom sunčevog zračenja može se prevazići formiranjem kompozita sa polianilinom (PANI), čija se uloga bazira na smanjenju rekombinativnih procesa e-/h+, kao i sposobnosti PANI-a da optički aktivira nanokristale TiO2, što je bila osnova za formiranje novih funkcionalnih PANI/TiO2 nanokompozita. Takvi hibridni nanomaterijali bazirani na provodnom polimeru i nanokristalima različitih oblika pokazuju jedinstvena svojstva koja najčešće nisu karakteristika pojedinačnih komponenti, već njihovog sinergističkog dejstva. Efikasnim i ekološki prihvatljivim sintezama razvijena je serija funkcionalnih nanokompozita na bazi PANI-a i koloidnih TiO2 nanočestica (NPs) (TP), karbonizovanog PANI-a i koloidnih TiO2 NPs (TPC) i karbonizovanog PANI-a i TiO2 nanotuba (NTs) (TTPC). Nanokristali TiO2 različitog oblika pažljivo su sintetisani sol-gel i hidrotermalnom metodom i procenjen je uticaj njihove veličine i oblika na fotokatalitičku efikasnost hibridnih nanokompozita. Nekarbonizovani PANI/TiO2 nanokompoziti sintetisani su hemijskom oksidativnom polimerizacijom anilina sa amonijum peroksidisulfatom, u prisustvu odabranih nanokristala TiO2, dok je karbonizovana serija uzoraka dobijena naknadnim procesom karbonizacije, prateći polimerizaciju, u inertnoj atmosferi na 650 °C. Morfologija i struktura sintetisanih fotokatalitički aktivnih sistema ispitana je TEM analizom i Ramanskom spektroskopijom. Funkcionalnost nanokompozita je procenjena prateći procese fotokatalitičke degradacije model-jedinjenja Methylene blue i Rhodamine B i primećena je povećana efikasnost degradacije testiranih organskih boja