СИНТЕЗ И ФОТОКАТАЛИТИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ИЕРАРХИЧЕСКОГО ЦВЕТКОПОДОБНОГО ZNO ДЛЯ ДЕГРАДАЦИИ МЕТИЛЕНОВОГО СИНЕГО ПОД ДЕЙСТВИЕМ УФ-ИЗЛУЧЕНИЯ

В данной работе методом гидротермального синтеза с использованием мочевины и цетилтриметиламмоний бромида (CTAB) в качестве структурообразующих агентов была успешно получена пористая иерархическая цветкоподобная структура оксида цинка (ZnO), предназначенная для повышения фотокаталитической эффективности в процессах очистки окружающей среды. Структурная характеристика с использованием сканирующей электронной микроскопии (SEM) и рентгеновской дифракции (XRD) подтвердила формирование высококристаллической чистой гексагональной фазы вюрцита, состоящей из ультратонких нанолистов. Фотокаталитическая активность синтезированного ZnO была исследована на примере деградации красителя метиленового синего (MB) под воздействием ультрафиолетового излучения (365 нм). Катализатор обеспечил высокую степень разложения красителя – (98.7 ± 0.5)% за 40 минут, при этом процесс подчинялся кинетической модели псевдопервого порядка с константой скорости реакции 0.109 мин-1. Исследования по оптимизации показали, что дозировка катализатора 0.2 г/л является близкой к оптимальной. Тесты на совместное присутствие ионов продемонстрировали высокую стабильность системы и эффективность удаления загрязнителя в присутствии различных конкурирующих анионов окружающей среды (Cl- , NO₃ - , HCO₃ - , CO₃ ^2-). Исследования с использованием ловушек активных частиц выявили выраженную иерархию ингибирования, показав, что механизм деградации преимущественно определяется окислением с участием гидроксильных радикалов (•OH), при дополнительном вкладе фотогенерированных дырок (h+ ). Полученные результаты свидетельствуют о том, что синтезированная пористая архитектура ZnO является высокоэффективным, стабильным и экологически устойчивым материалом для удаления стойких органических загрязнителей из коммунальных сточных вод.

1. Masuleh, M.T., Hasheminiasari, M., Ashiri, R. Enhanced Photocatalytic Efficiency of Eco-Friendly Synthesized ZnO for Rapid Full Degradation of Methylene Blue Dye. Materials Advances, 6(8), 2611–2621 (2025). https://doi.org/10.1039/d5ma00026b

2. Saraee, M., Maleki, B., Kikhavani, T., Mansouri, M. Investigating the Process of Photocatalytic Removal of Methylene Blue from Wastewater Utilizing ZnO-Mn-Ce/Biochar Nanocomposites under Visible Light. Iranian Journal of Chemistry and Chemical Engineering, 43(12), 4360–4377 (2024). https://doi.org/ijcce.2024.2026808.6552

3. He, X., Yang, Y., Li, Y., Chen, J., Yang, S., Liu, R., Xu, Z. Effects of Structure and Surface Properties on the Performance of ZnO towards Photocatalytic Degradation of Methylene Blue. Applied Surface Science, 599, 153898 (2022). https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2022.153898

4. Rustembekkyzy, K., Sabyr, M., Kanafin, Y.N., Khamkhash, L., Atabaev, T.S. Microwave-Assisted Synthesis of ZnO Structures for Effective Degradation of Methylene Blue Dye under Solar Light Illumination. RSC Advances, 14(23), 16293–16299 (2024). https://doi.org/10.1039/d4ra02451f

5. Qian, S.; Bao, E.; Chen, H. Facile Preparation of Porous ZnO Microflowers with Large Surface Area. Materials Letters, 330, 133347 (2023). https://doi.org/10.1016/j.matlet.2022.133347

6. Zhu, C., and Wang, X. Nanomaterial ZnO Synthesis and Its Photocatalytic Applications: A Review. Nanomaterials, 15(9), 682 (2025). https://doi.org/10.3390/nano15090682

7. Ferreira, S.H., Morais, M., Nunes, D., Oliveira, M.J., Rovisco, A., Pimentel, A., Águas, H., Fortunato, E., Martins, R. High UV and Sunlight Photocatalytic Performance of Porous ZnO Nanostructures Synthesized by a Facile and Fast Microwave Hydrothermal Method. Materials, 14(9), 2385 (2021). https://doi.org/10.3390/ma14092385

8. Li, L., Han, L., Han, Y., Yang, Z., Su, B., Lei, Z. Preparation and Enhanced Photocatalytic Properties of 3D Nanoarchitectural ZnO Hollow Spheres with Porous Shells. Nanomaterials, 8(9), 687 (2018). https://doi.org/10.3390/nano8090687

9. Modi, S., Yadav, V.K., Amari, A., Alyami, A.Y., Gacem, A., Harharah, H.N., Fulekar, M.H. Photocatalytic Degradation of Methylene Blue Dye from Wastewater by Using Doped Zinc Oxide Nanoparticles. Water, 15(12), 2275 (2023). https://doi.org/10.3390/w15122275

10. Lei, A., Qu, B., Zhou, W., Wang, Y., Zhang, Q., Zou, B. Facile Synthesis and Enhanced Photocatalytic Activity of Hierarchical Porous ZnO Microspheres. Materials Letters, 66(1), 72–75 (2012). https://doi.org/10.1016/j.matlet.2011.08.011

11. Ejsmont, A. and Goscianska, J. Hydrothermal Synthesis of ZnO Superstructures with Controlled Morphology via Temperature and PH Optimization. Materials, 16(4), 1641 (2023). https://doi.org/10.3390/ma16041641

12. Guzmán-Carrillo, H.R., Rivera-Muñoz, E.M., Cayetano-Castro, N., Herrera-Basurto, R., BarqueraBibiano, Z., Mercader-Trejo, F., Manzano-Ramírez, A. Facile Control of ZnO Nanostructures by Varying Molar Concentration of Zinc Acetate. Materials Research Bulletin, 90, 138–144 (2017). https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2017.02.034

13. Kadau, A.T., Kalkozova, Z.K., Gritsenko, L.V., Markhabayeva, A.A., Abdullin, K.A. Influence of Parameters of Low-Cost Synthesis Methods on Zinc Oxide Morphology. Herald of the Kazakh-British Technical University, 22(3), 290–301 (2025). https://doi.org/10.55452/1998-6688-2025-22-3-290-301

14. Kanafin, Y.N., Rustembekkyzy, K., Seiilbek, A., Kutzhanova, K., Atabaev, S., Kaikanov, M., Atabaev, T.S. ZnO/WO3 Composite for Efficient Photocatalytic Degradation of Methylene Blue Dye under Solar Light. Scientific Reports, 16, 8702 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40207-0

15. Negash, A., Mohammed, S., Weldekirstos, H.D., Ambaye, A.D., Gashu, M. Enhanced Photocatalytic Degradation of Methylene Blue Dye Using Eco-Friendly Synthesized RGO@ZnO Nanocomposites. Scientific Reports, 13, 22234 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-48826-7

16. Khao, T.; Gembo, R.O.; Odisitse, S.; King’ondu, C.K. Fabrication of ZnO Nanoparticles Using Marula (Sclerocarya Birrea) Leaf Extract for Catalytic Degradation of Rhodamine 6 G and Methylene Blue Dyes under UV Light Irradiation. Next Materials, 7, 100366 (2025), https://doi.org/10.1016/j.nxmate.2024.100366

17. Saadi, H., Atmani, E.H., Fazouan, N. Enhanced Photocatalytic Degradation of Methylene Blue Dye by ZnO Nanoparticles: Synthesis, Characterization, and Efficiency Assessment. Environmental Progress and Sustainable Energy, 44(1), e14529 (2025). https://doi.org/10.1002/ep.14529

18. Krobthong, S., Rungsawang, T., Wongrerkdee, S. Comparison of ZnO Nanoparticles Prepared by Precipitation and Combustion for UV and Sunlight-Driven Photocatalytic Degradation of Methylene Blue. Toxics, 11(3), 266 (2023). https://doi.org/10.3390/toxics11030266

19. Atta, D., Wahab, H.A., Ibrahim, M.A., Battisha, I.K. Photocatalytic Degradation of Methylene Blue Dye by ZnO Nanoparticle Thin Films, Using Sol–Gel Technique and UV Laser Irradiation. Scientific Reports, 14, 26961 (2024). https://doi.org/10.1038/s41598-024-76938-1