Geri Dön

TiO2 and Ce-TiO2 Photocatalysts for water remediation and energy applications

Su iyileştirme ve enerji uygulamaları için TiO2 ve Ce-TiO2 fotokatalizörleri

PDF İndir

  1. Tez No: 821343
  2. Yazar: SELDA TOPÇU
  3. Danışmanlar: PROF. DR. PERENA GOUMA
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Enerji, Energy
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2016
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: State University of New York (SUNY)
  10. Enstitü: Yurtdışı Enstitü
  11. Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 162

Özet

Hızla artan nüfus ve sanayileşme nedeniyle çevre kirliliğinin giderilmesine yönelik temiz ve uygun fiyatlı malzemelerin geliştirilmesi ve iyileştirilmesine yönelik küresel çalışmalar ve araştırmalar gerekli ve kaçınılmazdır. Temiz alternatif enerji çözümleri geliştirmek için dünya çapında bir çaba da sürüyor. Bu tür gelişmiş fotokatalitik malzemelerin mevcudiyetinden hem çevre hem de enerji sektörü büyük fayda sağlayacaktır. Bu araştırmanın amacı, suyun kirleticilerden temizlenmesi için uygun maliyetli ve verimli gelişmiş nanomalzemeler sağlamak üzere farklı sentez yöntemleri aracılığıyla görünür ışıkla aktifleştirilen nanoyapılı oksit fotokatalizörler geliştirmektir. Bu projede, saf TiO2 ve Seryum (Ce) katkılı TiO2 metal oksitleri iki nano üretim prosesi ile başarılı bir şekilde sentezlendi: (i) bir sol-jel öncüsü kullanılarak tek adımlı harmanlama elektrospinleme prosesi ve (ii) Alev Püskürtme Piroliz ( FSP). TiO2'nin elektroaktif polimerlerle hibrit katalizörleri de üretildi ve incelendi. Bu çalışmada sentezlenen tüm katalizörler, X-ışını kırınımı (XRD), Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM), Transmisyon Elektron Mikroskobu (TEM), Yüksek Çözünürlüklü Transmisyon Elektron Mikroskobu (HRTEM) ve Ultraviyole-Görünür dağınık yansıma spektroskopisi kullanılarak karakterize edildi ( UV-Vis). Metilen mavisinin (MB) bozunması, yeni malzemelerin tüm spektrum ve/veya görünür ışık ışınımı altında fotokatalitik performansını değerlendirmek için kullanıldı. Ayrıca katalizörlerin fotoelektrokimyasal özellikleri de incelenmiştir. Saf TiO2 nanofiber fotokatalizörleri, elektrospinning ve ardından 450˚C'den 700˚C'ye kalsinasyon yoluyla başarıyla üretildi. 500˚C'de tavlanan ve anataz/rutil içerik oranı 90/10 olan TiO2 nanoyapıları, tüm güneş spektrumunda ve görünür ışıkta P25'ten (ticari fotokatalitik Titanya) daha iyi yanıt verdi. Bu, baskın faktörlerin parçacık boyutu (15 nm) ve üzerlerindeki rutil çıtaların büyümesine bağlı olarak anataz tanelerinin kusur yoğunluğu olduğunu göstermektedir. Ce katkılı TiO2'nin üç boyutlu (3D) kendinden destekli nanoyapılı fotokatalitik matlarının oluşumu elektrospinleme yoluyla üretildi. Saf TiO2'nin anataz ve rutil fazlarının bir karışımı olduğu bulundu. Titania'daki Ce içeriği, parçacık boyutu ortalaması 8 nm olan rutil fazı yerine brookit fazının stabilize edildiği faz geçişini tetikledi. Brookit/anataz içeriği, fotojenlenmiş elektronların ve deliklerin görünür ışınlama altında ayrılmasını önemli ölçüde iyileştirdi ve MB testlerinin bozulmasına göre fotokatalitik reaktiviteyi arttırdı; dolayısıyla fotoakım yoğunluğu şimdiye kadar rapor edilenlerin en iyisiydi. Alev Püskürtme Piroliz (FSP) ile moleküler öncülerden Ce/TiO2 nanomateryallerinin ölçeklenebilir sentezi de incelenmiştir. Püskürtülen nanopartiküller, ticari TiO2 (P25) nanopartikülleri ile karşılaştırıldığında görünür ışık aydınlatmasına karşı üstün fotoelektrik tepki sergiledi. Son olarak, PANI/TiO2 ve PANI/WO3 sistemlerine dayalı hibrit matlar, döndürerek kaplama yoluyla sentezlendi ve fotokatalizörler olarak karakterize edildi. Sonuçlar, ticari TiO2 (Degussa P25) ve saf WO3 ile karşılaştırıldığında, PANI ile modifikasyon yoluyla TiO2 ve WO3'ün fotokatalitik aktivitesinde önemli bir gelişme olduğunu gösterdi. Bu tez, görünür ışığa yanıt veren ve bugüne kadar bildirilen en iyi verimliliği sağlayan gelişmiş fotokatalizörler için işleme haritaları sağlar.

Özet (Çeviri)

Global studies and research on developing and improving clean and affordable materials for remediating environmental pollution is of necessity and inevitable because of the rapidly growing population and industrialization. There is also a worldwide effort underway to develop clean alternative energy solutions. Both environment and energy sector will benefit greatly from the availability of such advanced photocatalytic materials. The aim of this research is to develop visible-light activated nanostructured-oxide photocatalysts through different synthesis methods to provide affordable and efficient advanced nanomaterials for water clean-up from pollutants. In this project, pure TiO2 and Cerium (Ce) doped TiO2 metal oxides were successfully synthesized by two nano-manufacturing processes: (i) a single-step blend electrospinning process using a sol-gel precursor, and (ii) Flame Spray Pyrolysis (FSP). Hybrid catalysts of TiO2 with electroactive polymers were also produced and studied. All catalysts synthesized in this work were characterized by using X-ray diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM), Transmission Electron Microscopy (TEM), High-Resolution Transmission Electron Microscopy (HRTEM), and Ultraviolet-Visible diffuse reflection spectroscopy (UV-Vis). The degradation of methylene blue (MB) was used to assess the photocatalytic performance of the novel materials under whole spectrum and/or visible light irradiation. In addition, the photoelectrochemical characteristics of the catalysts were studied. Pure TiO2 nanofiber photocatalysts were successfully fabricated through electrospinning followed by calcination from 450˚C to 700˚C. TiO2 nanostructures annealed at 500˚C, of which the content rate of anatase /rutile was 90/10, responded at the whole solar spectrum and visible light better than P25 (commercial photocatalytic Titania). This suggests that the dominant factors are particle size (15 nm) and the defect density of anatase grains due to the growth of the rutile laths on them. The formation of three-dimensional (3D) self-supported nanostructured photocatalytic mats of Ce-doped TiO2 was produced by electrospinning. Pure TiO2 was found to be a mixture of anatase and rutile phases. Ce content in Titania induced phase transition in which the brookite phase was stabilized instead of rutile phase with particle size average of 8 nm. Brookite/anatase content significantly improved the separation of the photogenerated electrons and holes under visible irradiation and enhanced photocatalytic reactivity according to the degradation of MB tests; hence, the photocurrent density was the best ever reported. The scalable synthesis of Ce/TiO2 nanomaterials from molecular precursors by Flame Spray Pyrolysis (FSP) was also studied. The as-sprayed nanoparticles exhibited superior photoelectrical response to visible light illumination compared with nanoparticles of commercial TiO2 (P25). Finally, hybrid mats based on PANI/TiO2 and PANI/WO3 systems were synthesized via spin coating and characterized as photocatalysts. The results showed a significant improvement of the photocatalytic activity of TiO2 and WO3 by modification with PANI when compared with the commercial TiO2 (Degussa P25) and pure WO3. This thesis provides processing maps for advanced photocatalysts that respond to visible light and provide the best efficiency reported to-date.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    405264

    Degradation of reactive yellow 84 (RY 84) by the ultrasound assisted photo-fenton like process with Fe/TiO2 and Fe/TiO2–Ce catalysts

    Fe/TiO2 ve Fe/TiO2–Ce katalizörler üzerinde ultrases destekli foto-fenton tipi reaksiyon ile reactive yellow 84 (RY 84)'ün parçalanması

    ÖZGE DÖNMEZ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2015

    Kimya MühendisliğiEge Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. GÖNÜL GÜNDÜZ

  2. Tez No

    299085

    Titanyum dioksit esaslı fotokatalizör kullanılarak toksik madde içerikli atık suların detoksifikasyonu

    Detoxification of waste water include toxic substances using titanium dioxide photocatalysis

    ERKAN ÇAKIROĞLU

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2011

    Metalurji MühendisliğiDokuz Eylül Üniversitesi

    Metalurji ve Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ERDAL ÇELİK

  3. Tez No

    439735

    Fabrication and characterization of ceramic nanofibers with photocatalytic ability

    Fotokatalitik özellikte seramik nanofiber üretimi ve karakterizasyonu

    HANDE DEMİR

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2016

    Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. SADRİYE KÜÇÜKBAYRAK OSKAY

  4. Tez No

    604459

    Improvement photocatalytic properties of doped nanoparticles synthesized by sol-gel method

    Sol-jel yöntemi ile sentezlenen nanopartiküllerin fotokatalitik özelliklerinin geliştirilmesi

    SILA CENGİZ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    Mühendislik BilimleriDokuz Eylül Üniversitesi

    Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ NECMİYE FUNDA AK AZEM

  5. Tez No

    593268

    Seryum katkılanmış tio2 ve kitosan nanofiberlerin üretimi ve karakterizasyonu

    Production and characterization of cerium doped tio2 and chitosan nanofibers

    EMİNE MISTIK

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    Fizik ve Fizik MühendisliğiSüleyman Demirel Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. NALAN ÇİÇEK BEZİR

Geri Dön