Sinteza i karakterizacija dopiranog mezoporoznog TiO2 sa unapređenim fotokatalitičkim osobinama za tretman otpadnih voda
Synthesis and characterisation of doped mesoporous TiO2 with advanced photocatalytic properties for waste water treatment
Author
Nešić, JelenaMentor
Roglić, Goran
Committee members
Manojlović, Dragan
Dojčinović, Biljana

Nikolić, Aleksandar S.

Metadata
Show full item recordAbstract
Sintetisani su modifikovani TiO2 fotokatalizatori hidrotermalnom metodom
potpomognutom mikrotalasima za tretman otpadne vode iz tekstilne industrije. Fotokatalitička
aktivnost katalizatora je procenjena na osnovu dekolorizacije reaktivne tekstilne boje Reactive
Blue 52 pomoću lampe sa Sunčevim spektrom zračenja.
U prvom delu rada sintetisani su TiO2 katalizatori dopirani jonima La i kodopirani
jonima La i V. Utvrđeno je da svi sintetisani katalizatori imaju mezoporoznu strukturu i da
joni oba dopanta utiču na morfološke i teksturalne osobine, povećavaju specifičnu površinu i
zapreminu pora, a smanjuju veličinu agregata. Dodatak V utiče na produženje apsorpcije
katalizatora u vidljivi deo spektra. Optimalna količina jona La kao dopanta je 2% i dalje
povećanje sadržaja La vodi do smanjenja efikasnosti katalizatora, pa je katalizator sa 2% La
odabran za kodopovanje vanadijumom. Dodatak jona V u kodopiranim uzorcima dodatno
doprinosi povećanju fotokatalitičke aktivnosti i kao najefikasniji... se pokazao katalizator sa 2%
La i 0,02% V. Ispitivanjem uticaja početne koncentracije boje i katalizatora na dekolorizaciju
sa najefikasnijim katalizatorom, pokazalo se da procenat dekolorizacije opada sa povećanjem
početne koncentracije boje, a da se dekolorizacija povećava sa povećanjem koncentracije
katalizatora do jedne određene tačke, gde dostiže maksimum. Ovaj katalizator je pokazao
veću aktivnost i brzinu sedimentacije od komercijalno dostupnog Degussa P25 i mogućnost
korišćenja u više ciklusa bez gubitka aktivnosti, što čini ovaj katalizator prihvatljivim i za
industrijsku primenu.
U drugom delu rada je ispitana mogućnost primene TiO2 katalizatora dopiranog
jonima Fe u heterogenom foto-Fentonskom procesu. Dopiranjem TiO2 jonima Fe
mikrotalasno hidrotermalnom metodom dobijeni su materijali velike specifične površine i
razvijene strukture mezopora i mikropora. Uočeno je da povećanje sadržaja jona Fe dovodi do
pomeranja apsorcije katalizatora ka većim talasnim dužinama, u vidljivi region. Rezultati
ispitivanja efikasnosti katalizatora za dekolorizaciju tekstilne boje su pokazali da katalizator
dopiran Fe jonima ima veću aktivnost od nedopiranog TiO2. Prisustvo H2O2 povećava
fotokatalitičku efikasnost kada se upotrebi u procesu sa TiO2, a u slučaju dopiranog
katalizatora sa 3,4% Fe, dodatak H2O2 povećava efikasnost u većoj meri nego za čist TiO2. To
znači da H2O2 zajedno sa dopiranim katalizatorom učestvuje u heterogenom foto-Fentonskom
procesu. Ispitivanjem uticaja količine dopanta na procenat dekolorizacije, došlo se do
zaključka da je optimalna količina Fe 3,4% i pri višim koncentracijama dolazi do pada
aktivnosti katalizatora. Rezultati ispitivanja uticaja pH su pokazali da se efikasnost povećava
sa smanjenjem pH vrednosti i najbolji rezultati su dobijeni za pH vrednost 3, ali je curenje Fe
jona izraženo na ovako niskom pH, tako da je pH 4 odabran kao optimalna vrednost. Rezultati
su pokazali da koncentracija H2O2 ima uticaj na procenat dekolorizacije: procenat
dekolorizacije se povećava sa povećanjem koncentracije H2O2 do 20 mM, nakon čega dalje
povećanje nema značajan uticaj. Ispitivanje uticaja početne koncentracije boje i katalizatora je
dalo iste rezultate kao i u slučaju katalizatora kodopiranog jonima La i V. Povećanje
koncentracije boje izaziva smanjenje procenta dekolorizacije, dok veća količina katalizatora
povećava efikasnost do jedne granične vrednosti, kada daljim povećanjem ne doprinosi
efikasnosti procesa. Ispitivanjem degradacija 4-hlorfenola u heterogenom foto-Fentonskom
procesu sa najefikasnijim dopiranim TiO2 katalizatorom, 3,4% Fe, došlo se do zaključka da je
katalizator sposoban i za degradacije bezbojnih zagađivača. Ovaj katalizator je pokazao i
mogućnost ponovne upotrebe u više ciklusa bez gubitka aktivnosti. Uzimajući u obzir sve
navedene osobine katalizatora, može se smatrati kao dobar kandidat za upotrebu u
remedijaciji zagađenih voda.
Modified TiO2 photocatalysts were prepared by a microwave-assisted hydrothermal
method for the treatment of textile industry wastewater. The photocatalytic activity of the
samples was evaluated by the decolorization of textile dye Reactive Blue 52 in aqueous
solutions under sun-like radiation.
La doped and V-La co-doped TiO2 photocatalysts were synthesized. It was found that
all the synthesized catalysts had the mesoporous structure and ions of both dopants influenced
morphological and textural characteristics of the synthesized photocatalysts, increase specific
surface area and pore volume, as well as, reduce the size of aggregates. Vanadium doping
plays a role in extending light absorption into the visible region. The optimal amount of
lanthanum doping is 2% and further increase of the lanthanum content leads to the decrease of
photoactivity. Therefore, the catalyst with 2% of the lanthanum was chosen for co-doping
with vanadium. The presence of V ions in the co-doped samples additio...nally contributes to
enhancement of photoactivity and the photocatalyst with 2% La and 0.02% V appeared to be
the most photoactive. The effect of the initial dye concentration and catalyst loading with the
most efficient catalyst were examined. It was found that percentage of dye removal decreases
with the increase of initial dye concentration and the degradation increases with the increasing
concentration of the catalyst to a certain point, where it reaches its maximum. The V-La codoped
catalyst showed better photocatalytic activity and sedimentation properties than
Degussa P25 and also, excellent photostability and reusability, which make the V-La codoped
catalyst acceptable for industrial application.
It was investigated the applicability of TiO2 catalyst doped with Fe ions in
heterogeneous photo-Fenton process. It was found that all Fe doped materials prepared by
microwave-assisted hydrothermal method have high specific surface area and mesoporous
structure. Fe doping influenced the extension of light absorption into the visible region. The
results indicate that the addition of Fe contributes to the catalytic activity. The presence of
H2O2 increased the photocatalytic activity with TiO2, but with 3,4% Fe doped TiO2 increased
efficiency to a higher extent. It means that H2O2 has a part in the heterogeneous photo-Fenton
process. It was found that the optimal amount of Fe doping is 3,4% and further increase of the
Fe content leads to the decrease of photoactivity. Results indicate that the efficiency increase
with decreasing the pH value and the best results are obtained for pH value 3, but leakage of
Fe ions was observed at such low pH, therefore pH 4 was chosen as optimal. The results
showed that percentage of dye removal increases with the increase of H2O2 concentration to a
certain point, where it reaches its maximum. The effect of the initial dye concentration and
catalyst loading gave the same results as in the case of V-La co-doped catalyst. Degradation
of 4-chlorophenol in heterogeneous photo-Fenton process with 3,4% Fe doped catalyst was
examined. Under the optimal experimental conditions, the catalyst was able to degrade even
colorless pollutant. The catalyst also showed the possibility of recycling without loss of
activity. Therefore it can be considered as good candidate for wastewaters remediation
purpose.