Η φωτοκατάλυση είναι μία τεχνολογία γνωστή και αποδοτική στην αποικοδόμηση των ρύπων. Η έρευνα παγκοσμίως σήμερα εστιάζει στην προσπάθεια σύνθεσης φωτοκαταλυτών δραστικών στην ορατή ακτινοβολία. Στην παρούσα διπλωματική εργασία παρουσιάστηκαν η σύνθεση και η χρήση των νανοσύνθετων υλικών TiO2/CNTs και TiO2/γραφένιο.
Αρχικά παρουσιάστηκαν οι βασικές αρχές της ετερογενούς φωτοκατάλυσης και οι ιδιότητες του TiO2 ως φωτοκαταλύτης. Στην συνέχεια έγινε αναφορά στις αλλοτροπικές μορφές του άνθρακα και παρουσιάστηκαν οι σημαντικότερες μέθοδοι σύνθεσης των CNTs και του γραφένιου. Η λειτουργικοποίηση τους για την σύνθεση των σύνθετων υλικών TiO2/CNTs και TiO2/γραφένιο και οι σημαντικότερες μέθοδοι σύνθεσης των σύνθετων υλικών που καταγράφονται στην βιβλιογραφία και το πως αυτές επηρεάζουν τις φωτοκαταλυτικές τους ιδιότητες παρουσιάστηκαν στην συνέχεια. Στις επόμενες ενότητες έγινε περιγραφή του μηχανισμού φωτοκατάλυσης τους και της εφαρμογής τους στην οξείδωση διαφόρων υδατικών ρύπων. Παρατηρήθηκε και σχολιάστηκε ότι οι φυσικές, οι χημικές και οι μηχανικές ιδιότητες των CNTs αλλά κυρίως του γραφενίου έχουν ως αποτέλεσμα την δημιουργία φωτοκαταλυτών υψηλής απόδοσης, και δραστικών στο ορατό φως. Διαπιστώθηκε επίσης ότι ο συνδυασμός του TiO2 με τα CNTs και το γραφένιο οδηγεί σε σημαντική βελτίωση των φωτοκαταλυτικών ιδιοτήτων του TiO2. Τέλος παρουσιάστηκαν κάποιες σημαντικές εφαρμογές τους στην οξείδωση υδατικών ρύπων, όπως η οξείδωση χρωστικών και φαρμακευτικών ουσιών και η αναγωγή ιόντων βαρέων μετάλλων και έγινε και μία σύντομη σύγκριση των δύο υλικών ως προς την εφαρμογή τους σε υδατικούς ρύπους, ενώ έγινε αναφορά και στα τοξικά παραπροϊόντα που δημιουργούνται σε κάποιες περιπτώσεις.
Photocatalysis is a known technology, efficient in pollutants degradation. Currently, photocatalytic research focuses in composing photocatalysts effective in visible light radiation. In the current thesis the synthesis and the usage of composites TiO2/CNTs and TiO2/graphene was presented.
At first, the basic principles of heterogeneous photocatalysis as well as the properties of TiO2 as photocatalyst were presented. Then, reference was made at the allotropic forms of carbon and the most significant methods of CNTs and graphene synthesis were presented. Their functionalization for the synthesis of the composites TiO2/CNTs and TiO2/graphene as well as the most important methods of composites synthesis, recorded in the literature, and how they influence their photocatalytic properties were presented afterwards. In the following chapters their photocatalysis mechanism and their application in several water pollutants degradation was described. It was concluded that the physical, chemical and mechanical properties of CNTs, and mainly of graphene, have the effect of creation of high performance photocatalysts, active in visible light. Furthermore, it was concluded that the combination of TiO2 with CNTs and graphene, leads to significant improvement of photocatalytic properties of composite photocatalysts. Finally, some important applications in water pollutants degradation, such as dye and pharmaceutical compounds degradation, as well as, the reduction of heavy metal ions were discussed and a comparison of the two materials concerning their application on water pollutants was made, while a reference in the toxic byproducts which are created in certain cases was also made.
Νανοσύνθετα υλικά άνθρακα - τιτάνιας για οξείδωση υδατικών ρύπων