Use of a TiO2/FeCl3 mixture in environmental cleaning technology

One of the methods allowing the use of solar energy being a renewable, alternative form of energy is the environmental cleaning technology. It was stated that many types of pollutants, regardless of their toxicity and resistance to biodegradation, can be effectively degraded in photocatalytic processes initiated by sunlight. Among many different heterogeneous photocatalysts examined, titania (TiO₂) is one of the commonly used in these processes. Unfortunately, in practice the main problem connected with the use of photocatalytic processes is their low quantum yield. In our opinion, the addition of Fe(III) salts to the reaction mixture will be a simple and inexpensive method that increases this yield. It was confirmed in studies on the photocatalytic degradation of many organic compounds, differing in chemical structure and properties. The goal of our study was to compare the results of photocatalytic degradation carried out in the presence of TiO₂ or Fe(III) salts as well in the presence of a mixture TiO₂ with Fe(III) salts. It was found that the ability of organic substrates to form the coordination complexes with Fe(III) ions and their adsorption onto TiO₂ surface has the greatest effect on the course of photocatalytic reaction and its efficiency. Based on the literature data and own studies we propose a probable mechanism of process carried out in the presence of TiO₂/Fe(III) mixture.

Jedną z metod zagospodarowania energii słonecznej jest jej wykorzystanie w technologiach oczyszczania środowiska. W inicjowanych światłem słonecznym procesach fotokatalitycznych mogą być skutecznie degradowane zanieczyszczenia, niezależnie od swojej toksyczności i odporności na biodegradację. Fotokatalizatorem w takich procesach najczęściej jest TiO₂. Niestety problemem tych procesów jest ich niska wydajność kwantowa. Prostą i tanią metodą jej podwyższenia jest dodatek soli Fe(III). Fakt ten potwierdzono w badaniach nad fotokatalityczną degradacją wielu substratów zróżnicowanych pod względem chemicznym. Celem naszej pracy było porównanie rezultatów degradacji fotokatalitycznej prowadzonej w obecności TiO₂, soli Fe(III) i w obecności mieszaniny TiO₂/sól Fe(III) oraz ustalenie mechanizmu procesu fotokatalitycznego prowadzonego w obecności TiO₂/sól Fe(III). Stwierdzono, że na przebieg reakcji i jej efektywność największy wpływ ma zdolność organicznego substratu do tworzenia związku koordynacyjnego z Fe(III) i jego sorpcji na powierzchni TiO₂. Na podstawie danych literaturowych i badań własnych ustalono mechanizm początkowego etapu tej reakcji.