Μελέτη της φωτοκαταλυτικής δράσης νανοσκοπικών κόνεων οξειδίου του ψευδαργύρου (Zno) και διοξειδίου του τιτανίου (TiO2)

 
Το τεκμήριο παρέχεται από τον φορέα :
Πανεπιστήμιο Κρήτης
Αποθετήριο :
E-Locus Ιδρυματικό Καταθετήριο
δείτε την πρωτότυπη σελίδα τεκμηρίου
στον ιστότοπο του αποθετηρίου του φορέα για περισσότερες πληροφορίες και για να δείτε όλα τα ψηφιακά αρχεία του τεκμηρίου*
κοινοποιήστε το τεκμήριο




2009 (EL)
Studies the photocatalytic effect nanosized powders of zinc oxides and titanium dioxides (TiO2)
Μελέτη της φωτοκαταλυτικής δράσης νανοσκοπικών κόνεων οξειδίου του ψευδαργύρου (Zno) και διοξειδίου του τιτανίου (TiO2)

Μιχαηλίδης, Μιχαήλ Δ.

Μιχαλόπουλος, Νικόλαος

Αντικείμενο της παρούσας μελέτης είναι η διερεύνηση της φωτοκαταλυτικής δράσης εμπορικών και συνθετικών νανοσκοπικών κόνεων διοξειδίου του τιτανίου (TiO2) και οξειδίου του ψευδαργύρου (ΖnO), υπό ελεγχόμενες συνθήκες, σε υδατικά διαλύματα αντιπροσωπευτικών εμπορικών χρωστικών ουσιών, Methylene Blue (ΜΒ), Methyl Orange (ΜΟ) και Rhodamine 6G (Rd6G). Χρησιμοποιήθηκε φωτοχημικός αντιδραστήρας αδιάλειπτης ροής κάτω από την έκθεση υπεριώδους ακτινοβολίας με μέγιστη κορυφή αυτή των 365nm για τον αποχρωματισμό / αποδόμηση των επιλεχθέντων χρωστικών. Η παρακολούθηση της φωτοδιάσπασης (αποχρωματισμού) έγινε φασματοφωτομετρικά, ενώ για τον έλεγχο της μείωσης του οργανικού άνθρακα στο διάλυμα (πλήρης οξείδωση) χρησιμοποιήθηκε αναλυτής ολικού οργανικού άνθρακα (TOC analyzer). Οι χρωστικές-ρύποι που επιλέχθηκαν αποτελούν συστατικές ουσίες υπολλειματικών βαφών που ανιχνεύονται στα υγρά απόβλητα μονάδων υφαντουργίας. Για την ολοκλήρωση της εργασίας εξετάστηκε και η εφαρμογή της φωτοκαταλυτικής μεθόδου σε πραγματικό απόβλητο βαφείου υφασμάτων. Με σκοπό τη ρύθμιση και τον έλεγχο των συνθηκών του πειράματος, μελετήθηκαν παράγοντες όπως η συγκέντρωση, τα δομικά χαρακτηριστικά και η μορφολογία των καταλυτών, η παροχή αέρα (προσθήκη οξυγόνου), ο ρυθμός ανάδευσης στον αντιδραστήρα, η επαναχρησιμοποίηση των καταλυτικών σκονών και η υπολειμματική τους δράση. Τα εργαστηριακά συνθετικά νανοσωματίδια (TiO2, ΖnO) που χρησιμοποιήθηκαν ήταν προϊόντα χημικής σύνθεσης μέσω διαλυμάτων σε χαμηλές θερμοκρασίες, ≤95°C, μιας καινοτόμου, οικονομικής και συνάμα φιλικής προς το περιβάλλον τεχνικής. Διαπιστώθηκε ότι μετά από φωτισμό μόλις 30 λεπτών επέρχεται αποχρωματισμός και των τριών διαλυμάτων εμπορικών χρωστικών, που οφείλεται στη διάσπαση της χρωμοφόρου ομάδας. Ειδικότερα, το ΖnO με σωματίδια <100nm παρουσιάσε την καλύτερη απόδοση για τη χρωστική Rhodamine 6G και τη χρωστική Μethylene Βlue ενώ το TiO2) Degussa για τη χρωστική Methyl Orange. Όσον αφορά τα συνθετικά οξειδία των μετάλλων ZnO και TiO2, που παρασκευάστηκαν υδροθερμικά στους 95°C, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι το ZnO παρουσιάζει ιδιαίτερα αξιόλογη φωτοκαταλυτική δράση (εφάμμιλη δηλαδή εκείνης του εμπορικού ZnO που παρασκευάζεται σε πολύ υψηλές θερμακρασίες, περίπου 1000°C) για τον αποχρωματισμό υδατικού διαλύματος MB συγκέντρωσης 20ppm, ιδιαίτερα στις 2h σύνθεσης. Αντίθετα, το TiO2, έδειξε πολύ μικρά ποσοστά αποχρωματισμού του MB για χαμηλές θερμοκρασίες (95°C) και χρόνο σύνθεσης (<40h), σε ορισμένες περιπτώσεις μικρότερα και της φωτόλυσης. Μόνο μετά από ανόπτηση σε υψηλότερη θερμοκρασία (500°C) εμφάνισε πολύ καλύτερη φωτοκαταλυτική δράση, λόγω της αύξησης της κρυσταλλικότητας των δειγμάτων. Η εφαρμογή τέλος της φωτοκαταλυτικής διαδικασίας σε υγρό δείγμα αποβλήτου βαφής υφάσματος NAVY έδειξε οτι ο αποχρωματισμός του συγκριτικά με το υδατικό διάλυμα της χρωστικής ΜΒ (20ppm) είναι κατά πολύ δυσκολότερος. Ολοκληρώθηκε σε τριπλάσιο περίπου χρόνο για τον εμπορικό καταλύτη ZnO με σωματίδια <100nm. Είναι όμως αξιοσημείωτο ότι για το περιβαλλοντικό αυτό δείγμα, οι συνθετικές σκόνες του εργαστηρίου, ZnO 2h και TiO2 72h σύνθεσης ήταν πιο αποδοτικές σε σχέση με τους αντίστοιχους εμπορικούς καταλύτες TiO2 Degussa και ZnO με μέγεθος σωματιδίων <100nm στον αποχρωματισμό του υγρού απόβλητου. Δεδομένου του χαμηλού κόστους, της φιλικής προς το περιβάλλον μεθόδου σύνθεσης, οι σκόνες αυτές καθίστανται ιδιαίτερα ενδιαφέρουσες για ενδεχόμενη βιομηχανική εφαρμογή και χρήζουν περαιτέρω μελέτης και έρευνας. Για το σύντομο σχετικά χρονικό διάστημα μέχρι πλήρους αποχρωματισμού δεν σημειώθηκε σημαντική μείωση του οργανικού άνθρακα, ένδειξη ότι για την πλήρη οξείδωση (αποδόμηση) της χρωστικής προς CO2) και ανόργανα άλατα απαιτείται πολύ περισσότερος χρόνος, σύμφωνα και με προηγούμενες αναφορές. (EL)
This MSc dissertation studies the photocatalytic effect of both commercial and synthetic nanosized powders of titanium dioxides and zinc oxides, under controlled conditions, in aqueous solutions of representative commercial coloured organic compounds, such as Methyl Blue (MB), Methyl Orange (MO) and Rhodhamine 6G (Rh6G). A photochemical batch reactor was used under UV radiation with maximum wavelength at 365nm for the decolorisation/decomposition of the dyes of choice. The study of the photoreaction (decolorisation) procedure was made spectrophotometrically, while the organic carbon reduction in dye solution was checked by the use of total organic carbon analyzer (TOC analyzer). The selected coloured substances are consituents of residual dyes found in waste textile effluents. This study was completed with the application of the photocatalytic procedure in industial textile effluent. In order to set and control the experimental conditions, parameters such as the concentration, the structural and morphological characteristics of the catalysts, the air supply, the mixing rate, the reuse of the catalysts and their residual activity were also under examination. The laboratory synthetic nanostructured catalytic compounds (TiO2 and ZnO) that were used are products of hydrothermal synthesis in low temperatures ≤95°C, an innovative, low cost, environmentally friendly technique. It was observed that with only 30 minutes of light exposure, decolourisation of all three commercial dye solutions is almost complete, due to the break down of the chromophore group of the dye molecule. Specifically, ZnO with nanoparticles of <100nm was shown to have the best performance in the decolorisation of dye Rhodamine 6G and Methylene Blue, while TiO2 Degussa in the case of Methyl Orange. With regards to the synthetic metal oxides of ZnO and TiO2, which were synthesised hydrothermally at ≤95°C, we can conclude that ZnO presents considerably high photocatalytic efficiency (similar to the one of the commercial ZnO that is produced at much higher temperatures, at about 1000°C) for the decolorisation of the aqueous solution of MB, with concentration of 20ppm, especially the sample of 2h synthesis.On the contrary, TiO2 showed low decolorisation efficiency for the MB dye solution for < 40h time of synthesis at low temperature, in some cases it even performed worst than photolysis. It was only after annealing in higher temperatures (500°C) that presented much better photocatalytic results, owing to the increase of the sample chrystallinity. Finally, the application of the photocatalytic procedure in a textile effluent dye, named NAVY, was shown that its decolorisation, in relation to the aqueous solution of the MB (20ppm) is much less efficient. The decolorisation was complete in three times more using the commercial catalyst ZnO with nanoparticles of <100nm. However, it interesting that for such an environmental sample the synthetic catalysts ZnO 2h and TiO2 72h of synthesis were more efficient comparing to the related commercial catalysts ZnO <100nm and TiO2 Degussa for the decolorisation of the dye effluent. Having in mind the low cost, environmental friendly way of synthesis, these catalytic powders are very challenging for future industrial application, therefore further investigation would be useful. For the short time till complete decolorisation, no noticeable organic carbon reduction was observed. This is an indication that for complete dedradation of the dye compound, giving as final products CO2 and inorganic salts, much more time is required, also in accordance to previous reports. (EN)

text
Τύπος Εργασίας--Μεταπτυχιακές εργασίες ειδίκευσης

οξείδιο του ψευδαργύρου
αποχρωματισμός
zinc oxide
coloured organic compounds
φωτοκατάλυση
διοξείδιο του τιτανίου
nanoparticles
οργανικές χρωστικές
νανοσωματίδια
titanium dioxide
ZnO
photocatalysis
decolorisation
TiO2

Πανεπιστήμιο Κρήτης (EL)
University of Crete (EN)

Ελληνική γλώσσα

2009-10-27


Σχολή/Τμήμα--Σχολή Θετικών και Τεχνολογικών Επιστημών--Τμήμα Χημείας--Μεταπτυχιακές εργασίες ειδίκευσης



*Η εύρυθμη και αδιάλειπτη λειτουργία των διαδικτυακών διευθύνσεων των συλλογών (ψηφιακό αρχείο, καρτέλα τεκμηρίου στο αποθετήριο) είναι αποκλειστική ευθύνη των αντίστοιχων Φορέων περιεχομένου.