Naslov
Razvoj polimernih nanokompozitnih fotokatalizatora za pročišćavanje otpadnih voda
(Development of polymer nanocomposite photocatalysts for wastewater treatment)

Autori
Gilja, Vanja

Vrsta, podvrsta i kategorija rada
Ocjenski radovi, doktorska disertacija

Fakultet
Fakultet kemijskog inženjerstva i tehnologije

Mjesto
Zagreb

Datum
10.04

Godina
2019

Stranica
145

Mentor
Hrnjak-Murgić, Zlata

Ključne riječi
Acid Blue 25, cinkov oksid, fotokataliza, otpadne vode, polianilin, polimerni nanokompoziti, polipirol, Reactive Red 45, titanijev dioksid, vodljivi polimeri
(Acid Blue 25, conducting polymers, photocatalysis, polyaniline, polymer nanocomposite, polypyrrole, Reactive Red 45, TiO2, wastewater, ZnO)

Sažetak
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.

Izvorni jezik
Hrvatski

Znanstvena područja
Kemijsko inženjerstvo, Interdisciplinarne tehničke znanosti

POVEZANOST RADA