hrvatski

Razvoj polimernih nanokompozitnih fotokatalizatora za pročišćavanje otpadnih voda

U radu je provedeno istraživanje u svrhu razvoja novih polimernih nanokompozitnih fotokatalizatora s proširenim djelovanjem i u vidljivom dijelu Sunčevog svjetla za fotokatalitičko pročišćavanje otpadnih voda. In-situ sintezom pripremljeni su nanokompoziti na bazi titanijeva dioksida (TiO2) i cinkova oksida (ZnO) s vodljivim polimerima polipirolom (PPy) i polianilinom (PANI). S ciljem lakšeg uklanjanja nanočestica fotokatalizatora nakon procesa fotokatalize, istražena je upotreba lebdećeg pepela koji nastaje spaljivanjem ugljena i otpadnog materijala kao nosača katalizatora. U svrhu povećanja specifične površine i veličine pora čestica pepeo je modificiran pomoću klorovodične kiseline. Ispitivanje uvjeta sol-gel sinteze te utjecaj temperature kalciniranja TiO2 fotokatalizatora provedeno je pripremom uzoraka TiCh, TiV i TiB. Navedeni uzorci karakterizirani su infracrvenom spektroskopijom s Fourierovom transformacijom (FTIR), rendgenskom difrakcijskom analizom (XRD) i pretražnom elektronskom mikroskopijom (SEM) te UV/Vis spektroskopijom. Fotokatalitička aktivnost uzoraka ispitana je razgradnjom Reactive Red 45 (RR45) i Acid Blue 25 (AB25) bojila. Ispitani uvjeti sol-gel sinteze titanijeva dioksida (TiO2) omogućili su in-situ sintezu kompozitnog fotokatalizatora FA/TiO2 na lebdećem pepelu kao nosaču. Pripremljeni FA/TiO2 fotokatalizatori karakterizirani su pomoću FTIR, XRD, SEM te plinskom adsorpcijsko-desorpcijskom analizom (BET), a ocjena fotokatalitičke aktivnosti ispitana je razgradnjom RR45 bojila. S ciljem proširivanja aktivnosti fotokatalizatora TiO2 i ZnO u vidljivi dio Sunčevog zračenja, provedena su ispitivanja uvjeta kemijske oksidacijske polimerizacije vodljivih polimera polipirola (PPy) i polianilina (PANI). U istraživanju su ispitani uvjeti sinteze: omjer/koncentracija monomera vodljivog polimera i oksidansa, omjer/koncentracija monomera i fotokatalizatora (TiO2, ZnO), pH uvjeti te duljina trajanja sinteze. In-situ sintezom pripremljeni su nanokompozitni fotokatalizatori PPy/TiO2, PPy/ZnO, PANI/TiO2 te PANI/ZnO. Kemijski sastav i struktura pripremljenih uzoraka karakterizirani su FTIR i UV/Vis spektroskopijom dok je rendgenskom difrakcijskom analizom utvrđena kristalna struktura, veličina kristalita te njihov kemijski sastav. Nadmolekulska struktura pripremljenih nanokompozitnih fotokatalizatora analizirana je SEM i TEM metodom. Toplinska postojanost materijala kao i udio vodljivih polimera u nanokompozitnim fotokatalizatorima određeni su termogravimetrijskom analizom (TGA) dok su veličina i raspodjela veličine čestica materijala određene BET analizom. Električna provodnost fotokatalizatora određena je sondom s četiri točke. Fotokatalitička aktivnost nanokompozitnih fotokatalizatora ocijenjena je fotokatalizom pri UVA i simuliranom Sunčevom zračenju razgradnjom RR45 i AB25 bojila. Fotokatalitički proces praćen je smanjenjem koncentracije bojila na UV/Vis spektrofotometru te je određena kinetika brzine razgradnje. Proces razgradnje bojila (RR45 i AB25) praćen je određivanjem stupnja njihove mineralizacije pomoću analize ukupnog organskog ugljika (TOC). Prevedeno je i ispitivanje mogućnosti upotrebe fotokatalizatora u više uzastopnih ciklusa pri čemu nije provedena prethodna termička ili kemijska obrada fotokatalizatora. Također, optimirani su uvjeti fotokatalitičkog procesa modifikacijom parametara: koncentracija bojila i fotokatalizatora, pH otopina bojila, duljina trajanja fotokatalitičkog procesa. Analizom rezultata utvrđeno je da je nakon procesa modifikacije lebdećeg pepela klorovodičnom kiselinom došlo do povećanja specifične površine (SBET) i ukupnog volumena pora kod svih uzoraka pepela. Ispitivanjem uvjeta sol gel sinteze TiO2 fotokatalizatora potvrđeno je da na fotokatalitičku efikasnost značajno utječe: udio kristalnih faza anatasa i rutila, veličina kristalita te temperatura kalciniranja. Upotrebom vodljivih polimera u sintezi kompozita s TiO2 i ZnO nanočesticama smanjeno je aglomeriranje čestica te je omogućena lakša fotoaktivacija kompozita pri djelovanju Sunčevog svjetla. Uspješno su sintetizirani novi PPy/TiO2, PPy/ZnO, PANI/TiO2 te PANI/ZnO nanokompozitni fotokatalizatori koji su aktivni u vidljivom dijelu Sunčevog zračenja s odličnom fotokatalitičkom efikasnošću razgradnje organskih onečišćenja u otpadnim vodama. Navedeni kompozitni fotokatalizatori također su pokazali vrlo dobru stabilnost tijekom višestruke upotrebe u fotokatalitičkim procesima bez dodatne kemijske ili termičke obrade.

Acid Blue 25, cinkov oksid, fotokataliza, otpadne vode, polianilin, polimerni nanokompoziti, polipirol, Reactive Red 45, titanijev dioksid, vodljivi polimeri

nije evidentirano