| Περίληψη |
Ο σκοπός της παρούσας μεταπτυχιακής διατριβής είναι η σύνθεση και ο έλεγχος της φωτοκαταλυτικής δραστηριότητας υλικών με βάση το TiO2. Τα υλικά αυτά είναι σε μορφή σκόνης και προορίζονται να χρησιμοποιηθούν ως πρόσθετα σε οικοδομικά υλικά και χρώματα. Ο στόχος είναι η φωτοενεργοποίηση τους από το ορατό φως, έτσι ώστε να αποδομούν οργανικούς και ανόργανους ρύπους εσωτερικών χώρων.
Στη σύνθεση των φωτοκαταλυτικών υλικών χρησιμοποιήθηκε ως κύριο συστατικό το TiO2 και το Μn ως πρόσμιξη σε αυτό. Η προσθήκη του Μn έγινε για να μειωθεί το ενεργειακό χάσμα του TiO2, οπότε με λιγότερη ενέργεια, δηλαδή μικρότερο αριθμό φωτονίων να έχουμε μεγαλύτερη απορρόφηση. Τα υλικά που ερευνήθηκαν είναι: μη εμπλουτισμένο TiO2, 0.1% Μn σε TiO2, 1% Μn σε TiO2, 5% Μn σε TiO2, 10% Μn σε TiO2. Η διαδικασία της σύνθεσης πραγματοποιήθηκε στο εργαστήριο Διάφανων και Αγώγιμων Υλικών (TCM) του ΙΤΕ.
Για τον έλεγχο της φωτοκαταλυτικής δραστηριότητας των υλικών χρησιμοποιήθηκε η στατική τεχνική του Φωτοχημικού αντιδραστήρα συζευγμένου με φασματοφωτόμετρο υπερύθρου (PSR/FT-IR). Η PSR/FT-IR, η οποία είναι και η κύρια τεχνική που χρησιμοποιήθηκε στην παρούσα διατριβή, αποτελεί μια στατική τεχνική ανάλυσης, στην οποία η καταγραφή των μεταβολών των συγκεντρώσεων των αντιδρώντων και των προϊόντων έγινε με τη λήψη συνεχών φασμάτων υπερύθρου. Οι συγκεντρώσεις των αερίων είναι υψηλές, της τάξης 1016 molecule cm-3, αλλά προσομοιώθηκαν ατμοσφαιρικές συνθήκες. Τα πειράματα της συγκεκριμένης τεχνικής πραγματοποιήθηκαν στο εργαστήριο Φωτοχημείας και Χημικής Κινητικής του Τμήματος Χημείας του Πανεπιστημίου Κρήτης
Για τη μελέτη του φαινομένου της φωτοκατάλυσης χρησιμοποιήθηκε η ακεταλδεΰδη (CH3CHO) ως οργανικός ρύπος. Χρησιμοποιήθηκαν λάμπες ορατής (500W) και υπεριώδους-ορατής (300W) ακτινοβολίας.
Επίσης, αφού ολοκληρώθηκαν τα πειράματα που έπρεπε να γίνουν για την παρούσα μεταπτυχιακή διατριβή, ερευνήθηκε από την εργαστηριακή ομάδα του TCM, στην οποία και ανήκω, το φαινόμενο της φωτοκατάλυσης αλλά με τη διαφορά ότι ως οργανικός ρύπο χρησιμοποιήθηκε το μπλε του μεθυλενίου (MB). Πρόσθετα πειράματα έγιναν και από την εργαστηριακή ομάδα του κ. Μάγγου από το ΕΚΕΦΕ «ΔΗΜΟΚΡΙΤΟΣ» για τη μελέτη του φωτοκαταλυτικού φαινομένου χρησιμοποιώντας τα ΝΟx ως ανόργανους ρύπους. Τα συγκεκριμένα πειράματα παρουσιάζονται αναλυτικά στην παρούσα εργασία.
Τελικά, μελετήθηκαν και ερευνήθηκαν αρκετά υλικά, σε μορφή σκόνης, με κύριο συστατικό το TiO2 και ως πρόσμιξη το Μn σε διάφορες συγκεντρώσεις (0–33%), στα οποία διαπιστώθηκε η φωτοκαταλυτική τους δραστηριότητα. Αυτό αποδείχτηκε από την αποδόμηση της ακεταλδεΰδης που χρησιμοποιήθηκε ως οργανικός ρύπος σε συγκεντρώσεις μεγαλύτερες και από αυτές που συναντάμε σε εσωτερικούς χώρους, αλλά και από την παραγωγή προϊόντων με κύριο το διοξείδιο του άνθρακα (μη τοξικό) και ελάχιστο μονοξείδιο του άνθρακα (τοξικό). Κατ’ επέκταση συνεχίζονται τα πειράματα με σκοπό την πλήρη κατανόηση του φαινομένου της φωτοκατάλυσης και την εξάλειψη όλων των τοξικών προϊόντων. Αξίζει να σημειωθεί ότι τόσο η σύνθεση όσο και η ποσοτικοποίηση στην ανάλυση των συγκεκριμένων υλικών πραγματοποιήθηκαν για πρώτη φορά σε ερευνητικό επίπεδο από τις εργαστηριακές ομάδες που αναφέρθηκαν. Επιτεύχθηκαν, λοιπόν, οι αρχικοί μας στόχοι, καθώς βρέθηκε ότι το βέλτιστο αποτέλεσμα το έχει το φωτοκαταλυτικό υλικό με συγκέντρωση 0.1% Μn σε TiO2, παρουσία ορατού φωτός, η οποία και είναι η κύρια μορφή ακτινοβολίας που συναντάται εντός οικημάτων. Γεγονός πολύ αισιόδοξο για την εφαρμογή αυτών των φωτοκαταλυτικών υλικών για την απορρύπανση των εσωτερικών χώρων, αλλά και για περαιτέρω ερευνητική δραστηριότητα.
|
Φωτοκαταλυτικές ιδιότητες διοξείδιου του τιτανίου : προσδιορισμός φωτοκαταλυτικής δράσης εμπλουτισμού και μη Ti02 με πρόσμιξη, μη χρησιμοποιώντας CH3CHO παρουσία υπεριώδους και ορατής ακτινοβολίας
