bsuirДоклады БГУИРDoklady BGUIR1729-76482708-0382БГУИР10.35596/1729-7648-2020-18-3-42-48bsuir-2667Research ArticleЭЛЕКТРОНИКА, РАДИОФИЗИКА, РАДИОТЕХНИКА, ИНФОРМАТИКАELECTRONICS, RADIOPHYSICS, RADIOENGINEERING, INFORMATICSОптимизация конфигурации двухмасштабных оксидных структур для фотокаталитических приложенийOptimization of two-scale oxide structure configuration for photocatalytic applicationsБагловА. В.BaglovA. V.

Научный сотрудник Центра 4.11 НИЧ.

220013, Минск, ул. П. Бровки, 6.

тел. +375-17-293-88-69

Aleksey V. Baglov - Researcher of Center 4.11 of R&D Department of Belarusian State University of Informatics and Radioelectronics.

220013. Minsk, P. Brovka str., 6.

tel. +375-17-293-88-69

ХорошкоЛ. С.KhoroshkoL. S.

Хорошко Людмила Сергеевна - кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник НИЛ «Нанофотоника» НИЧ.

220013, Минск, ул. П. Бровки, 6.

тел. +375-17-293-88-69

Liudmila S. Khoroshko - PhD, Senior Researcher of SRL “Nanophotonics” of R&D Department of Belarusian State University of Informatics and Radioelectronics.

220013. Minsk, P. Brovka str., 6.

tel. +375-17-293-88-69

L_Khoroshko@bsuir.byЯцкевичП. А.YatskevichP. A.

Студент кафедры микро-и наноэлектроники.

220013, Минск, ул. П. Бровки, 6.

тел. +375-17-293-88-69

Pavel A. Yatskevich - student of Micro- and nanoelectronics Department of Belarusian State University of Informatics and Radioelectronics.

220013. Minsk, P. Brovka str., 6.

tel. +375-17-293-88-69

Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроникиBelarusian State University of Informatics and Radioelectronics2020160520201834248Copyright © Баглов А.В., Хорошко Л.С., Яцкевич П.А., 20202020Баглов А.В., Хорошко Л.С., Яцкевич П.А.Baglov A.V., Khoroshko L.S., Yatskevich P.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.bsuir.by/jour/article/view/2667

Фотокаталитически активные материалы являются весьма востребованными в свете современных тенденций повышения экологичности процессов производства и жизнедеятельности. Эффективными фотокатализаторами являются оксиды некоторых металлов (титана, вольфрама, цинка и др.), которые могут быть получены электрохимическими методами. Дополнительное использование фотолитографии с целью создания на поверхности фотокатализатора неровностей с заданной конфигурацией повышает эффективность очистки водных растворов под воздействием ультрафиолетового и видимого излучения. Целью данной работы является исследование влияния структурирования подложки на скорость протекания потока жидкости в ее присутствии в рамках модельного эксперимента. Моделирование в программном пакете COMSOL Multiphysics® проводили методом конечных элементов в приближении абсолютно несжимаемой жидкости и k-ε модели турбулентности. Полученные результаты позволили прогнозировать повышение эффективности фотокаталитической очистки воды в проточной системе в присутствии фотокатализатора с поверхностью, содержащей конфигурационные элементы в виде ребер с зазорами. Оптимальные размеры ребер по результатам оценки скорости потока жидкости и области эффективного перемешивания составили: высота ребра h = 0,25-1 мм, ширина ребра w = 1 мм, межреберный зазор g = 5 мм. Миллиметровый диапазон размеров конфигурационных элементов делает их изготовление более простым по сравнению с элементами микронных и субмикронных размеров и способствует расширению вариантов применяемых технологий для получения фотокаталитически активных подложек. Помимо фотолитографии и электрохимических методов также возможно использование химического травления и золь-гель технологии для получения комбинированных фотокатализаторов с заданной конфигурацией поверхности.

Photocatalytic active materials are very popular in the modern trend of increasing the environmental friendliness of production processes and vital activities. Effective photocatalysts are the oxides of certain metals (titanium, tungsten, zinc, etc.), which can be obtained by electrochemical methods. The additional use of photolithography to force irregularities on the surface of the photocatalyst with a given configuration increases the efficiency of purifying aqueous solutions under the influence of ultraviolet and visible radiation. The purpose of this work is to study the effect of substrate structuring on the liquid flow as part of a model experiment. Modeling in the COMSOL Multiphysics® software package was performed using the finite element method in the approximation of an absolutely incompressible fluid and a k-ε turbulence model. The results obtained made it possible to increase the efficiency of photocatalytic water purification in a flow system in the presence of a photocatalyst with a surface containing configuration elements in the form of ribs with gaps. The optimal dimensions of the ribs according to the results of estimating the liquid flow rate and the region of effective mixing were: rib height h = 0.25-1 mm, rib width w = 1 mm, intercostal gap g = 5 mm. The millimeter range of configuration elements' dimensions makes their manufacture simpler in comparison with the elements of micron and submicron dimensions and helps to expand the options for the technologies used to produce photocatalytic active substrates. In addition to photolithography and electrochemical methods, it is also possible to use chemical etching and sol-gel technology to obtain combined photocatalysts with a given surface configuration.

фотокатализструктурированиемоделированиеповерхностьпроточный реакторочистка водыphotocatalysisstructuringmodelingsurfaceflow reactorwater purificationReferencesБаглов А.В., Шевцова Т.А., Хорошко Л.С., Дудчик Н.В., Дроздова Е.В., Борисенко В.Е. Формирование иммобилизованного наноструктурированного диоксида титана, обладающего антибактериальными свойствами. Доклады Национальной академии наук Беларуси. 2019;63(2):157-163. DOI: 10.29235/1561-8323-2019-63-2-157-163.Baglov A.V., Shevtsova T.A., Khoroshko L.S., Dudchik N.V., Drozdova A.V., Borisenko V.E. [Forming immobilized nanostructured titanium dioxide having antibacterial properties]. The Doklady of the National Academy of Science of Belarus. 2019;63(2):157-163. DOI: 10.29235/1561-8323-2019-63-2-157-163. (In Russ.)Linnik O., Khoroshko L. Non-Porous Nitrogen and Ruthenium Co-Doped Titania Films for Photocatalysis. International Journal of Nanoscience. 2019;18(3-4):194043-1-194043-5. DOI: 10.1142/S0219581X1940043X.Linnik O., Khoroshko L. Non-Porous Nitrogen and Ruthenium Co-Doped Titania Films for Photocatalysis. International Journal of Nanoscience. 2019;18(3-4):194043-1-194043-5. DOI: 10.1142/S0219581X1940043X.Zhou X., Liu N., Schmuki P. Photocatalysis with TiO2 nanotubes: “colorful” reactivity and designing sitespecific photocatalytic centers into TiO2 nanotubes. ACS Catalysis. 2017;7(5):3210-3235. DOI: 10.1021/acscatal.6b03709.Zhou X., Liu N., Schmuki P. Photocatalysis with TiO2 nanotubes: “colorful” reactivity and designing sitespecific photocatalytic centers into TiO2 nanotubes. ACS Catalysis. 2017;7(5):3210-3235. DOI: 10.1021/acscatal.6b03709.Khoroshko L., Gaponenko N., Krutko E., Kulak A. Photocatalytic activity of TiO2 and SrTiO3 xerogels embedded in porous anodic alumina. in Physics, Chemistry and Application of Nanostructures. Editors: Borisenko V.E., Gaponenko S.V., Gurin V.S., Kam C.H. Singapore:World Scientific Publ. 2015:377-380. DOI: 10.1142/9789814696524_0092.Khoroshko L., Gaponenko N., Krutko E., Kulak A. Photocatalytic activity of TiO2 and SrTiO3 xerogels embedded in porous anodic alumina. in Physics, Chemistry and Application of Nanostructures. Editors: Borisenko V.E., Gaponenko S.V., Gurin V.S., Kam C.H. Singapore:World Scientific Publ. 2015:377-380. DOI: 10.1142/9789814696524_0092.Баглов А.В., Радионов А.А., Чубенко Е.Б., Зайцев В.А., Борисенко В.Е. Установка для фотокаталитической очистки воды от органических загрязнений в проточном реакторе. Доклады БГУИР. 2018;4(114):45-50.Baglov A.V., Radionov A.A., Chubenko E.B., Zaycev V.A., Borisenko V.E. [Installation for photocatalytic water purification from organic pollution in the flow reactor]. Doklady BGUIR = Doklady BGUIR. 2018;(4):45-50. (In Russ.)Baglov, A.V., Denisov, N.M., Borisenko, V.E., Uglov V.V., Malashevich A.A. Photocatalytic activity of nanostructured titania coatings on aluminum substrates. Inorganic Materials. 2017;53:1180-1184. DOI: 10.1134/S0020168517110036.Baglov A.V., Denisov N.M., Borisenko V.E., Uglov V.V., Malashevich A.A. Photocatalytic activity of nanostructured titania coatings on aluminum substrates. Inorganic Materials. 2017;53:1180-1184. DOI: 10.1134/S0020168517110036.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.