Photocatalytic Degradation of Methylene Blue Dye by Electrospun Binary and Ternary Zinc and Titanium Oxide Nanofibers

Synthetic  dyes,  dispersed  in  water,  have  harmful  effects  on  human  health  and  the  environment. In this work, Ti and/or Zn oxide nanofibers (NFs) with engineered architecture and  surface  were produced via electrospinning  followed by calcination.  Calcination  and subsequent  cooling  were  operated  at  fast  rates  to  generate  porous  NFs  with  capture  centers  to  reduce  the  recombination  rate  of  the  photogenerated  charges.  After  morphological  and  microstructural  characterisation,  the  NFs  were  comparatively  evaluated  as  photocatalysts  for  the  removal  of  methylene blue from water under UV irradiation. The higher band gap and lower crystallinity were  responsible for the lower photocatalytic activity of the ternary oxides (ZnTiO 3  and Zn 2 TiO 4 ) towards  the  degradation  of  the  dye.  The  optimal  loads  of  the  highly  performing  binary  oxides  were  determined. By using 0.66 mg mL −1  wurtzite ZnO for the discoloration of an aqueous solution with  a dye concentration of 15 μM, a higher rate constant (7.94 × 10 −2  min −1 ) than previously reported was  obtained.  The optimal  load  for  anatase  TiO 2   was lower  (0.33  mg  mL −1 ).  The  corresponding  rate  constant  (1.12  ×  10 −1   min −1 )  exceeds  the  values  reported  for  the  commonly  used  P25–TiO 2   benchmark. The catalyst can be reused twice without any regeneration treatment, with 5.2% and  18.7% activity decrease after the second and third use, respectively.