Synthesis and characterization of metal-doped titanium dioxide and treatability studies for photo-degrading atrazine and methylene blue under spectrum of UV and visible light

Abstract

TiO2 nanoparticles were synthesized and doped with metals ions such as iron (Fe +3) and tungsten (W+4) to achieve photocatalytic properties under the visible light spectrum then TiO2 nanocomposite where immobilized within a PVC-matrix. Modified TiO2 nanoparticles were characterized by UV/vis spectrometry, X-ray diffraction analysis (XRD) and Raman spectroscopy. It was observed a reduction in the bandgap activation energy for the W-doped TiO2 nanoparticles while Fe-doped nanoparticles increase them bandgap activation energy.

The treatability studies for the WxTi1-xO2 nanoparticles showed a direct relationship between the photocatalytic activity and the dopant (W) concentration and degradation under visible lights spectrum was obtained. Also, it was found that the photocatalytic activity of WxTi1-xO2 nanoparticles increased with both thermal treatment temperatures and time during the doping process. On the other hand, treatability studies for Fe-doped TiO2 indicates that iron inhibits TiO2’s photo catalytic properties. Finally, an impregnation technique to immobilize the TiO2 nanoparticles on a PVC matrix was successfully carried out.

Se sintetizaron nanopartículas de TiO2 y se doparon con iones de metales como Hierro (Fe +3) y Tungsteno (W +4) para obtener propiedades fotocatalíticas bajo el espectro de luz visible y luego el nanocompuesto fue inmovilizado en una matriz de PVC. Las nanopartículas del dióxido de titanio modificado se caracterizaron mediante espectrometría UV, análisis de difracción de rayos X (XRD) y espectroscopía Raman. Se observó una reducción en la energía de activación de la banda prohibida para las nanopartículas de TiO2 dopadas con W en comparación, mientras que las nanopartículas dopadas con Fe aumentaron su energía de activación.

Los estudios de tratabilidad de las nanopartículas de WxTi1-xO2 mostraron una relación directa entre la actividad fotocatalítica y la concentración de dopante (W) y adicionalmente degradación bajo el espectro de luz visible fue observada. Además, se encontró que la actividad fotocatalítica de las nanopartículas de WxTi1-xO2 aumentaba tanto con las temperaturas del tratamiento térmico como con el tiempo durante el proceso de dopaje. Por otro lado, los estudios de tratabilidad de nanopartículas de TiO2 dopado con Fe indicaron que el hierro inhibe las propiedades fotocatalíticas del TiO2. Finalmente, se llevó a cabo con éxito una técnica de impregnación para inmovilizar las nanopartículas de TiO2 sobre una matriz de PVC.