Αυτοκαθαριζόμενα πολυλειτουργικά υμένια για την προστασία αρχιτεκτονικών επιφανειών

Κρασουδάκη, Θέμις; Krasoudaki, Themis

dc.contributor.author	Κρασουδάκη, Θέμις	el
dc.contributor.author	Krasoudaki, Themis	en
dc.date.accessioned	2021-09-06T08:40:52Z
dc.date.available	2021-09-06T08:40:52Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/53792
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.21490
dc.rights	Default License
dc.subject	Τελείες άνθρακα	el
dc.subject	Διοξείδιο του τιτανίου	el
dc.subject	Φωτοκατάλυση	el
dc.subject	Αντιμικροβιακή δράση	el
dc.subject	Titanium dioxide	en
dc.subject	Coatings	en
dc.subject	Carbon dots	en
dc.subject	Photocatalysis	en
dc.subject	Antimicrobial	en
dc.subject	Προστατευτικά υμένια	el
dc.title	Αυτοκαθαριζόμενα πολυλειτουργικά υμένια για την προστασία αρχιτεκτονικών επιφανειών	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Υλικά	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2021-02-25
heal.abstract	Η προστασία αρχιτεκτονικών επιφανειών με τη χρήση φωτοκαταλυτικών υλικών αποτελεί μια ευρέως διαδεδομένη πρακτική. Η χρήση της τιτανίας έχει μελετηθεί ως πρόσθετο σε δομικά υλικά προκειμένου να αξιοποιηθεί η φωτοκαταλυτική και αντιμικροβιακή της δράση. Η ενεργοποίηση της, όμως, σε ακτινοβολίες χαμηλής ενέργειας, όπως αυτές του ορατού φωτός, είναι περιορισμένη. Για το λόγο αυτό, οι μελέτες ενίσχυσης της τιτανίας με διάφορες ενώσεις και στοιχεία για την φωτοευαισθητοποίησή της παρουσιάζουν εξαιρετικό ενδιαφέρον. Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετήθηκε η σύνθεση ενισχυμένης νανο-τιτανίας με τελείες άνθρακα (Cdots) προκειμένου να επιτευχθεί η ενεργοποίησή της στο ορατό. Μελετήθηκαν οι φωτοκαταλυτικές και αντιμικροβιακές ιδιότητες, καθώς και η ενσωμάτωση τους σε πυριτικά υδρόφοβα στερεωτικά υλικά. Πραγματοποιήθηκαν συνθέσεις τιτανίας με ενσωματωμένες τελείες άνθρακα με τη μέθοδο λύματος-πηκτής με δύο ελαφρώς τροποποιημένες τεχνικές (Α και Β). Στην συνέχεια, τα νανοσωματίδια χαρακτηρίστηκαν με ενόργανες τεχνικές ανάλυσης, όπως υπέρυθρη φασματοσκοπία με μετασχηματισμό Fourier (FTIR), περίθλαση ακτίνων Χ (XRD) και φασματοσκοπία Raman. Από τα αποτελέσματα αυτών διαπιστώθηκε η επιτυχής σύνθεση των φωτοκαταλυτών, οι οποίοι εμφάνισαν ως κυρίαρχη κρυσταλλική μορφή αυτή του ανατάση. Στην περίπτωση της σκέτης τιτανίας εμφανίζεται και σε ένα ποσοστό 7,5% η κρυσταλλική μορφή του μπρουκίτη. Το ενεργειακό χάσμα των φωτοκαταλυτών, το οποίο προσδιορίστηκε μέσω φασμάτων διάχυτης ανάκλασης (diffuse reflectance spectra), κυμαίνεται σε τιμές από 3,22-3,48 eV για τα εξεταζόμενα δείγματα. Η φωτοκαταλυτική δράση των νανοσωματιδίων μελετήθηκε με την αποικοδόμηση της χρωστικής πορτοκαλί του μεθυλίου, στην περιοχή της υπεριώδους και ορατής ακτινοβολίας. Στην υπεριώδη ακτινοβολία τα δείγματα που εμφάνισαν την καλύτερη απόδοση ήταν τα δείγματα τιτανίας με 25% τελείες άνθρακα σύνθεσης Α (TiO2-Cdots_Α25) και τιτανίας με 0 και 25% τελείες άνθρακα αντίστοιχα σύνθεσης Β * ΤiO2_B και TiO2-Cdots_B25), που αποχρωμάτισαν το διάλυμα της χρωστικής σε 2 ώρες. Αισθητά καλύτερη απόδοση εμφάνισε το δείγμα ενισχυμένης τιτανίας TiO2-Cdots_B25. Στο ορατό φως το δείγμα με την βέλτιστη απόδοση με διαφορά από τα υπόλοιπα ήταν το TiO2-Cdots_B25 που αποδομεί πλήρως τη χρωστική σε 2 ώρες, και επιβεβαιώνει την ενεργοποίηση της τιτανίας στην ορατή ακτινοβολία με την προσθήκη των τελειών άνθρακα. Η αντιμικροβιακή δράση του βέλτιστου καταλύτη TiO2-Cdots_B25, διαπιστώθηκε έναντι ανθεκτικών στελεχών των βακτηρίων Kl.Pneumoniae, St.Aureus και Ac.Baumannii τα οποία ο φωτοκαταλύτης αδρανοποίησε σε φυσική ηλιακή ακτινοβολία κατά 82, 85 και 94%, αντίστοιχα, μέσα σε διάστημα δύο ωρών. Στη συνέχεια, οι καταλύτες TiO2_B και TiO2-Cdots_B25 ενσωματώθηκαν στα πυριτικά υδρόφοβα προστατευτικά υμένια micSDS6 και mic34. Ακολούθησε ο χαρακτηρισμός των ενισχυμένων υμενίων με τις μεθόδους FTIR, XRD προκειμένου να εξακριβωθεί, τόσο η επιτυχής σύνθεση των στερεωτικών με την μέθοδο λύματος-πηκτής, όσο η ενσωμάτωση των φωτοκαταλυτών σε αυτά. Έπειτα, μελετήθηκε η δυνατότητα αποχρωματισμού σταγόνας πορτοκαλί του μεθυλίου σε υπεριώδη ακτινοβολία από στερεά δοκίμια των ενισχυμένων στερεωτικών micSDS6 με τα αποτελέσματα να αποδεικνύουν πως η αποδόμηση του ρύπου ήταν ταχύτερη στα δοκίμια που είχαν μεγαλύτερη περιεκτικότητα φωτοκαταλυτών. Για τον πληρέστερο προσδιορισμό της φωτοκαταλυτικής δράσης των δειγμάτων, τα ενισχυμένα στερεωτικά κονιοποιήθηκαν και εξετάστηκε η ικανότητα τους να αποχρωματίσουν διαλύματα της χρωστικής πορτοκαλί του μεθυλίου σε υπεριώδη και ορατή ακτινοβολία. Από τα πειράματα προέκυψε η επιτυχής αποικοδόμηση της χρωστικής μόνο στην περίπτωση υπεριώδους ακτινοβολίας και μάλιστα μόνο στα ενισχυμένα δείγματα mic34 και micSDS6 με φωτοκαταλύτη απλής τιτανίας TiO2_B. Κανένας φωτοκαταλύτης ενσωματωμένος σε υμένια δεν ενεργοποιείται σε ορατή ακτινοβολία, ενώ τα δείγματα που περιέχουν ενισχυμένη τιτανία με τελείες άνθρακα δεν αποδίδουν επαρκώς ούτε στην υπεριώδη ακτινοβολία. Σε γενικές γραμμές, επιτεύχθηκε η σύνθεση φωτοκαταλύτη που ενεργοποιείται στο ορατό τιτανίας με τελείες άνθρακα και διαπιστώθηκε και η αντιμικροβιακή του δράση. Ακόμη, έγιναν πρώτες προσπάθειες για την ενσωμάτωση αυτών σε υδρόφοβα υλικά πυριτικής μήτρας προκειμένου να κατασκευαστούν πολυλειτουργικά υμένια για την προστασία αρχιτεκτονικών επιφανειών, με τα αποτελέσματα της έρευνας να είναι ενθαρρυντικά.	el
heal.abstract	Photocatalytic materials are commonly used for the protection of architectural surfaces. The use of titanium dioxide as additive in construction materials has been studied in order to utilize its photocatalytic and antimicrobial activity. Though, its activation under visible is limited. For this reason, there is a strong interest in studies of enhancement of titanium dioxide with various compounds and elements in order to achieve its photosensitization. This diploma thesis studies the synthesis of nano-titanium oxide with the incorporation of carbon dots (Cdots) in order to achieve its activation under visible radiation. The photocatalytic and antimicrobial properties of the catalysts were reviewed, as well as, their incorporation into siliceous hydrophobic consolidation materials. The synthesis of titanium oxide with carbon dots was realized via two slightly different techniques that are based on the sol-gel method. Subsequently, the nanoparticles were studied via instrumental analysis techniques, such as Fourier-Transform Infrared spectroscopy (FTIR), X-Ray Diffraction (XRD) and Raman spectroscopy. The results confirm the successful synthesis of the photocatalysts, that consists mostly of the crystalline structure of anatase. The samples of pure nanotitania consists apart from anatase, of the crystalline form of brookite in a percentage of 7,5%. The energy gap of the photocatalysts was determined by diffuse reflectance spectra and ranges between 3,22-3,48 eV. The photocatalytic activity of the synthesized nanoparticles was studied via the decomposition of methyl orange, under UV and visible radiation. Under UV radiation the samples TiO2-Cdots_Α25, ΤiO2_B and TiO2-Cdots_B25 had the best performance decoloring the pigment’s solution in 2 hours. Under visible radiation the sample TiO2-Cdots_B25 had the best performance decolorizing the solution in 2 hours and confirming the activation of the titanium oxide under visible light because of the implementation of carbon dots. The antimicrobial properties of the optimum catalyst TiO2-Cdots_B25, was determined against resistant strains of the bacteria Kl. Pneumoniae, St. Aureus and Ac. Baumannii. The photocatalysts inactivated, under solar radiation, the 82, 85 and 94% respectively, in 2 hours. Afterwards, the photocatalysts TiO2_B and TiO2-Cdots_B25 were incorporated into the micSDS6 and mic34 protective films. The enhanced films, were then studied via FTIR and XRD in order to verify not only the successful synthesis of the films by the sol-gel method, but also the incorporation of the catalysts into them. Furthermore, solid enhanced micSDS6 samples were investigated on their ability to decompose a drop of methyl orange under UV radiation. The results demonstrated that the decomposition of the pigment was faster in the samples with a greater percentage of photocatalysts. For the complete determination of the photocatalytic activity of the samples, the enhanced films were grinded and their ability to decolorize solutions of methyl orange, under UV and visible irradiation, was tested. From the experiments was concluded that the decomposition of the pigment was successful only under UV radiation and actually only by the enhanced samples of micSDS6 and mic34 with simple titania TiO2_B. None of the incorporated photocatalysts of enhanced nanotitania with carbon dots was efficient enough under visible nor UV radiation. Generally, the synthesis of a nanotitania photocatalyst enhanced with carbon dots, that activates under visible radiation was achieved and its antimicrobial activity was determined. What is more, first attempts in incorporation these photocatalysts into siliceous hydrophobic films were realized, in order to fabricate multifunctional films for the protection of architectural surfaces. The results of this study are considered encouraging for the achievement of this goal.	en
heal.advisorName	Μπακόλας, Αστέριος	el
heal.committeeMemberName	Μπακόλας, Αστέριος	el
heal.committeeMemberName	Ωραιοπούλου, Βάσω	el
heal.committeeMemberName	Μαραβελάκη, Παγώνα-Νόνη	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Επιστήμης και Τεχνικής των Υλικών (ΙΙΙ)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	166 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false