Μελέτη διατάξεων φωτοκατάλυσης για διάσπαση ρύπων

• Κύριος συγγραφέας: Πριόνα, Σοφία
• Άλλοι συγγραφείς: Λευθεριώτης, Γεώργιος
• Μορφή: Thesis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2016
• Θέματα: Φωτοκατάλυση; Μπλε του μεθυλενίου; Τιτάνια; Οξείδιο του βολφραμίου; Photocatalysis; Methylene blue; TiO2; WO3; 541.395

Αντικείμενο της παρούσας ερευνητικής εργασίας είναι η μελέτη διατάξεων φωτοκατάλυσης για τη φωτοαποικοδόμηση της χρωστικής “μπλέ του μεθυλενίου» MethyleneBlue, μίας ουσίας που χρησιμοποιείται ευρέως στον τομέα της βιομηχανίας χρωμάτων, χαρτιού και υφαντουργίας. Η φωτοκατάλυση με τη χρήση της Τιτάνιας (TiO2) ως φωτοκαταλύτη έχει μελετηθεί διεξοδικά τα τελευταία χρόνια και έχει διαπιστωθεί ότι αποτελεί το πιο αποδοτικό υλικό για τέτοιες διαδικασίες. Το ενεργειακό χάσμα , όμως, αυτού του ημιαγωγού (Eg=3.2eV) είναι τέτοιο που για τη φωτοενεργοποιήσή του απαιτείται υπεριώδης ακτινοβολία. Συνεπώς, η βέλτιστη αξιοποίηση της ηλιακής ακτινοβολίας που έχουμε στη διάθεσή μας, η οποία σε πολύ μεγάλο ποσοστό ανήκει στο ορατό «κομμάτι» του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος καθίσταται αδύνατη. Για το λόγο, αυτό, η συγκεκριμένη διατριβή επικεντρώνεται στην προσπάθεια αντικατάστασης του ημιαγωγού, αυτού, με κάποιο άλλο υλικό όπως είναι το οξείδιο του Βολφραμίου (WO3) To ενεργειακό χάσμα του ημιαγωγού, αυτού, είναι 2.8eV και για το λόγο, αυτό, μπορεί να ανταποκρίνεται και σε ακτινοβολία μεγαλύτερου μήκους κύματος (λmax=442.9nm). Παρασκευάστηκαν ηλεκτρόδια WO3 με τρεις διαφορετικές τεχνικές : (α) με ψεκασμό, (β) με τη μέθοδο DoctorBlade και (γ) με εξάχνωση με ηλεκτρονικό πυροβόλο. Τα υμένια ,αυτά, εξετάστηκαν ως προς τη φωτοκαταλυτική τους δράση κάτω από ταυτόσημες συνθήκεςκαι βρέθηκε ότι τα ηλεκτρόδια WO3που είχαν κατασκευαστεί με ψεκασμό δίνουν αρκετά καλές αποδόσεις.Πιο συγκεκριμένα, η σταθερά ταχύτητας kappτης φωτοκαταλυτικής αντίδρασης προέκυψε ότι είναι 0.022min-1για άνοδο TiO2, 0.007min-1για άνοδο WO3υπό το φως του Ήλιουκαι 0.004min-1για άνοδο WO3υπό το φως της λάμπας Hg. Άλλοπλεονέκτημα που παρουσιάζει το συγκεκριμμένο υλικό είναι ότι η μέθοδος παρασκευής του είναι εξαιρετικά απλή και με χαμηλό κόστος .Επίπροσθέτως, ο ηλεκτρολύτης που χρησιμοποιείται σε αυτή την περίπτωση, δηλαδή το υπεροξείδιο του Υδρογόνου (Η2Ο2) μπορεί να απομακρυνθεί από το τελικό διάλυμα πολύ πιο εύκολα απ΄ότι το καυστικό Νάτριο (NaOH) που χρησιμοποιείται όταν άνοδος είναι το TiO2.Ωστόσο, οι φωτοάνοδοι WO3μειονεκτούν σε σταθερότητα καθώς διαπιστώθηκε ότι μετά από περίπου 8 ώρες χρήσης «δηλητηριάζονται» πιθανώς λόγω εισχώρησης H+ στη δομή τους γεγονός που μειώνει τον αποτελεσματικό διαχωρισμό ηλεκτρονίων και οπών. Τέλος, για την απομάκρυνση του ηλεκτρολύτη που χρησιμοποιείται και είναι απαραίτητος για τη φωτοκατάλυση (στη συγκεκριμμένη περίπτωση H2O2) αξιοποιήθηκαν καταλύτες platinumblackοι οποίοι κατά την αλληλεπόδραση τους με το H2O2 , το διασπούν και επιτρέπουν τον πλήρη καθαρισμό του υπό μελέτη υδατικού διαλύματος ΜethyleneBlue.