Ηλιακή φωτοκατάλυση ως μέθοδος απολύμανσης: παρασκευή καταλυτών και έλεγχος αδρανοποίησης παθογόνων βακτηρίων

Ηλιακή φωτοκατάλυση ως μέθοδος απολύμανσης: παρασκευή καταλυτών και έλεγχος αδρανοποίησης παθογόνων βακτηρίων (EL)

Μακροπουλου Τατιανα (EL)

Makropoulou Tatiana (EN)

Διαμαντοπουλος Ευαγγελος (EL)

Παναγιωτοπουλου Παρασκευη (EL)

Βενιερη Δαναη (EL)

Venieri Danai (EN)

Panagiotopoulou Paraskevi (EN)

Diamantopoulos Evaggelos (EN)

masterThesis

2018

Λόγω των σύγχρονων απαιτήσεων για παραγωγή νερού υψηλής ποιότητας απαλλαγμένου από παθογόνους μικροοργανισμούς, οι ερευνητές έχουν στρέψει την προσοχή τους στην ανάπτυξη βιώσιμων και αποδοτικών τεχνικών απολύμανσης. Σε αυτό το πλαίσιο, η παρούσα εργασία μελετά την ηλιακή φωτοκατάλυση ως μέθοδο απολύμανσης. Σκοπός της εργασίας, είναι η σύνθεση και ο χαρακτηρισμός φωτοκαταλυτών ενισχυμένων με άζωτο και η αξιολόγηση τους ως προς την ικανότητα να αδρανοποιούν μικροβιακά στελέχη των Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa και Bacillus cereus σε υδατικά διαλύματα υπό προσομοιωμένη ηλιακή ακτινοβολία. Οι Ν-TiO2 φωτοκαταλύτες παρασκευάστηκαν με μία μέθοδο που βασίζεται στην τεχνική λύματος- πηκτώματος (sol- gel) με διαφορετικές πρόδρομες ενώσεις (ουρία, τριαιθυλαμίνη-ΤΕΑ και αμμωνία-ΝΗ3). Η ενίσχυση με άζωτο προσδίδει στους καταλύτες μειωμένο ενεργειακό χάσμα και βελτιωμένη απόκριση στην ορατή ακτινοβολία. Η ενεργότητα των Ν-TiO2 φωτοκαταλυτών, επηρεάζεται από το είδος του υπό εξέταση μικροοργανισμού και υπερισχύει σε κάθε περίπτωση συγκριτικά με αυτήν των μη ενισχυμένων. Η απόδοση των φωτοκαταλυτών σύμφωνα με τη βακτηριοκτόνο δράση τους οδηγεί στην ακόλουθη ταξινόμησή τους: N-TiO2 (UREA)> N-TiO2 (NH3) ~N-TiO2 (TEA)> (συντεθειμένος)TiO2> TiO2-P25. Τα Gram-αρνητικά βακτήρια E. coli και P. aeruginosa αδρανοποιήθηκαν εύκολα καθώς παρατηρείται μείωση της τάξης 6 Log μέσα σε 60 min επεξεργασίας, με αρχική συγκέντρωση μικροβιακού πληθυσμού 106 CFU mL-1 και συγκέντρωση καταλύτη 50 mg L-1. Ωστόσο, οι φωτοκαταλύτες έδειξαν διαφορετική απολυμαντική ικανότητα όσον αφορά στον κατά Gram θετικό B. cereus, ο οποίος εμφανίζει μεγαλύτερη ανθεκτικότητα. Η μέγιστη απομάκρυνση, του εν λόγω βακτηρίου, είναι της τάξης 4 Log μετά από 60 min επεξεργασίας παρά τη μικρότερη αρχική συγκέντρωση του μικροβιακού πληθυσμού (105 CFU mL-1). Ολική αδρανοποίηση του B. cereus, στον ίδιο χρόνο επεξεργασίας, επιτυγχάνεται μόνο παρουσία του φωτοκαταλύτη N-TiO2 (TEA) μετά από αύξηση της συγκέντρωσής του στην τιμή 100 mg L-1. Σε κανέναν από τους τρεις επιλεγμένους βιοδείκτες δεν παρατηρείται σημαντική επανενεργοποίηση, μετά την απολύμανση. Επιπρόσθετα, η αύξηση της συγκέντρωσης της τριαιθυλαμίνης (από 25 σε 50 και 89 v/v%) κατά τη σύνθεση, δεν βελτιώνει τις οπτικές ιδιότητες των N-TiO2 φωτοκαταλυτών και ως εκ τούτου δεν ενισχύει την απολυμαντική τους ικανότητα. Οι λειτουργικές παράμετροι που εξετάστηκαν - όπως η συγκέντρωση καταλύτη, το είδος της πρόδρομης ουσίας, το είδος του μικροοργανισμού, η συγκέντρωση της πρόδρομης ουσίας και η πηγή ακτινοβολίας - μεταβάλλουν την απόδοση της διεργασίας σε διαφορετικό βαθμό, με το είδος του μικροοργανισμού να παίζει καθοριστικό ρόλο. Το γενικό συμπέρασμα που προκύπτει είναι ότι η ηλιακή φωτοκατάλυση με χρήση N-TiO2 καταλυτών μπορεί να είναι μια αποτελεσματική μέθοδος απολύμανσης, αν ο σχεδιασμός και η ρύθμιση των λειτουργικών παραμέτρων γίνεται σύμφωνα με το κατά περίπτωση μικροβιακό φορτίο του νερού. (EL)

Aπολύμανση νερού (EL)

Hλιακή φωτοκατάλυση (EL)

TiO2 (EN)

Greek

Πολυτεχνείο Κρήτης::Σχολή Μηχανικών Περιβάλλοντος (EL)

Πολυτεχνείο Κρήτης (EL)

Technical University of Crete (EN)

Technical University of Crete::School of Environmental Engineering (EN)

Technical University of Crete

Institutional Repository Technical University of Crete

School of Chemical and Environmental Engineering - Master Theses