доктор химических наук;
doctor of chemical sciences;
Проблема очистки водных ресурсов от стойких органических загрязнителей требует разработки эффективных и экологичных методов. Одним из наиболее перспективных является фотокаталитическое окисление под действием видимого света, позволяющее использовать солнечную энергию для минерализации загрязнений. Перспективным фотокатализатором для данного процесса является графитоподобный нитрид углерода (g-C3N4), который способен активироваться видимым светом, отличается простотой синтеза, низкой стоимостью и высокой стабильностью. В данной работе проведено систематическое исследование влияния температуры (в диапазоне 15-45°C) на эффективность фотокаталитического разложения модельного загрязнителя - красителя Родамин С в присутствии катализатора g-C3N4, синтезированного термической конденсацией меламина. Методами ИК-Фурье и УФ-видимой спектроскопии подтверждено формирование структуры катализатора и изучены его оптические свойства. Установлено, что повышение температуры реакционной среды приводит к значительному увеличению скорости фотокаталитической деградации красителя. Константа скорости реакции возросла в три раза - с 0,0288 мин⁻¹ при 15°C до 0,0886 мин⁻¹ при 45°C. Показано, что наблюдаемый эффект обусловлен активацией термозависимых стадий процесса: ростом скорости миграции и снижением рекомбинации фотогенерированных носителей заряда, ускорением поверхностных реакций и эффективной десорбцией продуктов. Установлено, что в изученном диапазоне положительный кинетический эффект от повышения температуры превосходит возможное снижение равновесной адсорбции загрязнителя. Результаты работы демонстрируют, что даже умеренный нагрев является эффективным инструментом для преодоления кинетических ограничений и существенного повышения производительности фотокаталитических систем на основе g-C3N4, что имеет важное значение для практической реализации энергоэффективных и экономичных солнечных систем очистки воды.
The problem of water purification from persistent organic pollutants requires the development of effective and environmentally friendly methods. One of the most promising is photocatalytic oxidation under the action of visible light, which allows using solar energy for pollutant mineralization. A promising photocatalyst for this process is graphitic carbon nitride (g-C3N4), which is capable of being activated by visible light, is easy to synthesize, has low cost and high stability. In this paper, a systematic study of the effect of temperature (in the range of 15-45 °C) on the efficiency of photocatalytic decomposition of a model pollutant - Rhodamine B in the presence of g-C3N4 catalyst synthesized by thermal condensation of melamine is carried out. The formation of the structure of the catalyst was confirmed by IR Fourier and UV-visible spectroscopy methods and its optical properties were studied. It was found that an increase in the temperature of the reaction medium leads to a significant increase in the rate of photocatalytic degradation of the dye. The reaction rate constant increased threefold - from 0.0288 min⁻¹ at 15°C to 0.0886 min⁻¹ at 45°C. It was shown that the observed effect is due to the activation of temperature-dependent stages of the process: an increase in the migration rate and a decrease in the recombination of photogenerated charge carriers, acceleration of surface reactions and effective desorption of products. It was found that in the studied range, the positive kinetic effect of increasing the temperature exceeds the possible decrease in the equilibrium adsorption of the pollutant. The results of the work demonstrate that even moderate heating is an effective tool for overcoming kinetic limitations and significantly increasing the productivity of photocatalytic systems based on g-C3N4, which is important for the practical implementation of energy-efficient and cost-effective solar driven water purification systems.