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