Παρασκευή Λεπτών Υμενίων Τροποποιημένης Τιτανίας με Φωτοκαταλυτική και Αντιμικροβιακή Δράση στο Ορατό Φως

Κασσαλιά, Μαρία-Εμμανουέλα; Kassalia, Maria-Emmanouela

dc.contributor.author	Κασσαλιά, Μαρία-Εμμανουέλα	el
dc.contributor.author	Kassalia, Maria-Emmanouela	en
dc.date.accessioned	2016-07-13T09:50:47Z
dc.date.available	2016-07-13T09:50:47Z
dc.date.issued	2016-07-13
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/43091
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.12674
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Διοξείδιο του τιτανίου	el
dc.subject	Λεπτά υμένια	el
dc.subject	Φωτοκατάλυση στο ορατό	el
dc.subject	Αντιμικροβιακές ιδιότητες	el
dc.subject	Tιτανία-πυριτία	el
dc.subject	Titanium dioxide	en
dc.subject	Thin films	el
dc.subject	Photocatalysis in daylight	el
dc.subject	Antimicrobial properties	el
dc.subject	TiO2-SiO2	el
dc.title	Παρασκευή Λεπτών Υμενίων Τροποποιημένης Τιτανίας με Φωτοκαταλυτική και Αντιμικροβιακή Δράση στο Ορατό Φως	el
dc.title	Synthesis of doped-Titania thin films with photocatalytical and antimicrobial properties under visible light irradiation	en
dc.contributor.department	Εργαστήριο Γενικής Χημείας	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Νανοϋλικά	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2016-07-08
heal.abstract	Τα υμένια τιτανίας αποτελούν ένα από τα πιο ευρέως μελετώμενα επιστημονικά πεδία των τελευταίων ετών, κυρίως λόγω του ευρύ και ευέλικτου φάσματος δυνατο-τήτων εφαρμογής που προσφέρουν. Οι τομείς εφαρμογής αφορούν την αποικοδόμηση ρύπων και τον καθαρισμό αποβλήτων ή του νερού, τη μείωση μικροβιακού φορτίου σε διάφορες επιφάνειες καθημερινής χρήσης, τα ηλιακά κελιά και τα κελιά καυσίμων. Ειδικότερα, στόχος αποτελεί η μορφή νανοδομημένων λεπτών υμενίων με καλύτερη απόδοση από αυτή των παραδοσιακών χοντρόκοκκων φιλμ που να λειτουργούν στο ορατό φως. Στην παρούσα διπλωματική εργασία παρασκευάστηκαν, μέσω της μεθόδου sol gel, νανοδομημένα λεπτά υμένια από τροποποιημένη τιτανία με φωτοκαταλυτικές και αντιμικροβιακές ιδιότητες στην περιοχή του ορατού φωτός. Μέχρι τώρα, το TiO2 είχε αναγνωριστεί για τη δράση του στην υπεριώδη ακτινοβολία. Για την διεύρυνση του πεδίου εφαρμογής του, αυτό τροποποιήθηκε χημικά με την προσθήκη αζώτου και αζώτου/θείου, αλλά και με τη δημιουργία μεικτής κρυσταλλικής ένωσης διοξειδίου του τιτανίου-διοξειδίου του πυριτίου. Η μέθοδος για τη δημιουργία των υμενίων με τις τροποποιημένες τιτανίες είναι ο ψεκασμός πυροϋδρόλυσης, με διάταξη που ανα-πτύχθηκε στο εργαστήριο Γενικής Χημείας. Mε βάση την προσθήκη ουσιών στο sol-gel, tα παρασκευσασμένα υμένια κατηγοριουποιούνται ως εξής: (i) με χρήση ουρίας, DNT1-τροποποίηση με Ν (ii) με χρήση θειουρίας, DNT1th – τροποποίηση με Ν και S και (iii) με χρήση TEOS, TiSi-τροποποίηση με Si. Τα υμένια, μετά τη σύνθεσή τους, χαρακτηρίστηκαν με τη βοήθεια ενόργανων τε-χνικών ανάλυσης. Αυτές περικλείουν φασματοσκοπικές τεχνικές (XRD, micro-Raman, FTIR), με σκοπό τη μελέτη της κρυσταλλικότητας των υμενίων, του μεγέ-θους κρυσταλλιτών τους αλλά και την καθαρότητά τους από οργανικές ενώσεις. Κατά τη μελέτη κρυσταλλικότητας, σε όλα τα υμένια εμφανίζεται κυρίως η κρυσταλλική μορφή του ανατάση. Η εκτίμηση του μέσου μεγέθους κρυσταλλιτών έδωσε τιμές 11-21 nm. Παρατηρήθηκε, γενικά, απομάκρυνση των οργανικών διαλυτών από τα υμένια μετά την έψηση. Με φασματοσκοπία UV-Vis, προσδιορίστηκε το ενεργειακό χάσμα όπου για τα εξεταζόμενα υμένια πήρε τις τιμές 2,78-3,09 eV. Ακόμη, έγινε ανάλυση της μορφολογίας και της επιφάνειας των υμενίων με χρήση Ηλεκτρονικής Μικρο-σκοπίας Σάρωσης (SEM) με ταυτόχρονη στοιχειακή και ημιποσοτική ανάλυση της επιφάνειάς τους (EDX). Συγκριτικά με τα υπόλοιπα είδη υμενίων, στα υμένια DNT1 παρατηρήθηκε η υψηλότερη περιεκτικότητα στοιχειακού τιτανίου και η πιο ομοιό-μορφη κρυστάλλωση στη δομή ανατάση. Τα παρασκευασμένα υμένια μελετήθηκαν, έπειτα, ως προς τις περιβαλλοντικές εφαρμογές τους. Για τη μελέτη της φωτοκαταλυτικής δράσης, έγινε αξιολόγηση με την αποικοδόμηση του ρύπου μπλε του μεθυλενίου, τόσο στην ορατή όσο και στη μαλακή υπεριώδη ακτινοβολία. Τα πειραματικά δεδομένα υπέδειξαν ότι η φωτοκατα-λυτική δράση των παραγόμενων υμενίων νανοτιτανίας ενισχύεται στην περίπτωση της χρήσης του υμενίου TiO2·SiO2. Πραγματοποιήθηκαν δύο επαναληπτικοί κύκλοι φωτοκατάλυσης με ορατή ακτινοβολία, που οδήγησαν στην εξαγωγή του συμπερά-σματος περί σταθερότητας των υμενίων και δυνατότητας επαναχρησιμοποίησής τους σε μια μονάδα φωτοκατάλυσης. Για την αξιολόγηση των αντιμικροβιακών ιδιοτήτων χρησιμοποιήθηκε το βακτή-ριο Salmonella ως οργανισμός δοκιμής, λόγω της σύνδεσής του με τη βιομηχανία τροφίμων και με την πιθανότητα εμφάνισής του σε καθημερινές επιφάνειες που σχε-τίζονται με την τροφή. Τα αποτελέσματα έδειξαν μείωση των στελεχών Σαλμονέλας κατά την ακτινοβόλησή τους σε σχέση με το σκοτάδι. Τη μεγαλύτερη αντιμικροβιακή δράση υπέδειξε το υμένιο DNT1 με τροποποιητή το άζωτο.	el
heal.abstract	Τitania thin films are one of the most widely studied scientific fields in recent years, mainly because of the wide and flexible range of possible applications they of-fer. The areas of application enclose the degradation of pollutants, waste or water cleaning, the killing of microorganisms in various everyday surfaces and the produc-tion of solar or fuel cells. Specifically, the main target is to form nanostructured thin films with higher performance than the traditional coarse films, which will operate in visible light irradiation. In this diploma thesis, nanostructured thin films of doped titania were prepared by sol gel method. These thin films exhibited photocatalytic and antibacterial properties in visible light. Up to now, TiO2 is widely recognized for its performance under the effect of UV radiation. To make sure the produced thin films work in daylight irradia-tion, titania was chemically modified by adding nitrogen and nitrogen/sulfur, and by creating a new crystal of silicon dioxide-titanium dioxide. The method used for creat-ing these films was pyrohydrolysis spraying and the necessary device was completely developed in the General Chemistry laboratory. Three different types of thin films were prepared based on the doping agent used during the sol-gel synthesis: (i) use of urea, DNT1-doping element Ν (ii) use of thiurea, DNT1th –doping elements Ν and S and (iii) use of TEOS, TiSi-doping element Si. The films, after their composition, were characterized by instrumental chemical analysis. This analysis includes spectroscopic techniques (XRD, micro-Raman, FTIR), in order to study the crystallinity of the films, the size of the crystallites and the purity in terms of organic compounds. When studying crystallinity, in all the films the main crystalline form that occurs is the form of anatase. The estimation of the av-erage crystallite size resulted in values between 11-21 nm. The films were generally free from organic solvents after the final calcination. With UV-vis spectroscopy, there was a determination of the thin films’ band gap, which resulted in values 2,78-3,09 eV. Also, there was an-analysis of the morphology and the surface of the films by Scanning Electron Microscopy (SEM) with simultaneous elemental and semi-quantitative analysis of the surface (EDX). Overall, there was a higher proportion of anatase and titanium, generally, in the DNT1 films. The prepared films were studied regarding their environmental applications. To investigate their photocatalytic application, the degradation of the pollutant methylene blue was evaluated, both in visible and in soft ultraviolet radiation. The experimental data suggested that the photocatalytic activity of the produced nanotitania films were higher when the new crystal TiO2·SiO2 was used. Two repeating cycles for visible radiation took place, which led to the fact that the thin films show stability can be a profit in a photocatalytical unit. For the evaluation of the antimicrobial properties, the Salmonella bacterium was used as a test organism, because of its association with the food industry and the probability of it occurring in everyday surfaces related with food. Results showed re-duction of Salmonella strains upon irradiation compared with darkness. The highest antimicrobial activity was indicated in the DNT1 films, which were doped with nitrogen.	en
heal.advisorName	Παυλάτου, Ευαγγελία	el
heal.committeeMemberName	Μουτσάτσου, Αγγελική	el
heal.committeeMemberName	Βλυσίδης, Απόστολος	el
heal.committeeMemberName	Παυλάτου, Ευαγγελία	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Χημικών Επιστημών (I). Εργαστήριο Γενικής Χημείας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	131 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true