Selective dissolution of TiO2 crystalline phases: Physicochemical characterization and photocatalytic activity

Abstract

In this study, different commercially available TiO 2 powders (Degussa P25, pure anatase, and rutile) were submitted to selective dissolution treatments, with H 2 O 2 /NH 4 OH and 10% HF, known to remove rutile and anatase from physical mixtures. The aim was to check whether a particular separation method designed to remove a specific crystalline phase influences the properties of the other phase from the mixture or not. More precisely, we have studied how the HF dissolution method designed to selectively remove the anatase affected the physicochemical and photocatalytic properties of rutile. In a similar way, the changes in the anatase properties were studied, after the H 2 O 2 /NH 4 OH treatment, initially used to remove rutile from the mixture. All the samples were characterized by X-ray diffraction, nitrogen adsorption–desorption, transmission electron microscopy, diffuse reflectance (DR) ultraviolet–visible, and Raman spectroscopy. The photocatalytic activity of these powders was tested in the oxidation of p -chlorophenol from water. The selective treatment methods not only dissolved the target phase but also changed some physicochemical and the photocatalytic performances of the other TiO 2 crystalline phase in a considerable manner. These aspects should be taken into account in the studies regarding the synergistic effects of anatase and rutile, especially in reconstructed TiO 2 photocatalysts. Différents oxydes de titane commerciaux (Degussa P25, anatase, rutile) ont été soumis à différents traitements de dissolution sélective, avec H 2 O 2 /NH 4 OH et dans HF 10%, afin de pouvoir séparer les phases rutile et anatase lors de la présence des deux phases cristallines dans un même échantillon. L'objectif est de démontrer si une méthode de séparation particulière, adaptée à la dissolution d'une phase cristalline spécifique, affecte ou non les propriétés de la seconde phase présente dans l'échantillon. L'étude présente ainsi l'effet de la dissolution de la phase anatase par la méthode à l'acide fluorhydrique sur les propriétés physico-chimiques et photocatalytiques de la phase rutile résiduelle. De même, les modifications des propriétés de la phase anatase, après traitement H 2 O 2 /NH 4 OH afin de dissoudre sélectivement la phase rutile, ont été évaluées. Les échantillons ont été caractérisés par différentes techniques: Diffraction de rayons X, physisorption d'azote, microscopie électronique en transmission, spectroscopie UV–vis et spectroscopie Raman. Les propriétés photocatalytiques des échantillons ont été évaluées pour la réaction d'oxydation du p -chlorophenol dans l'eau. Les résultats obtenus montrent que les traitements de dissolution sélective permettent l'élimination des phases cristallines visées, mais altèrent également, de manière considérable, les propriétés physico-chimiques et photocatalytiques de la phase cristalline résiduelle. Ces effets doivent donc être pris en compte lors des études dédiées aux effets de synergie entre les phases anatase et rutile, notamment pour les photocatalyseurs de type TiO 2 reconstruits.