Φωτοκαταλυτική παραγωγή υδρογόνου με χρήση ανακτημένων ημιαγωγών από φωτοβολταϊκά τέλους ζωής

Θεοδωροπούλου, Μαρία; Theodoropoulou, Maria

dc.contributor.author	Θεοδωροπούλου, Μαρία	el
dc.contributor.author	Theodoropoulou, Maria	en
dc.date.accessioned	2024-01-22T08:19:54Z
dc.date.available	2024-01-22T08:19:54Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/58598
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.26294
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	Φωτοβολταϊκά πάνελ	el
dc.subject	Φωτοκαταλυτική παραγωγή υδρογόνου	el
dc.subject	Water splitting	en
dc.subject	Αλκαλική αντίδραση πυριτίου	el
dc.subject	Etching	en
dc.subject	Doping	en
dc.subject	Σύνθεση γεωπολυμερούς	el
dc.subject	Σύνθεση υβριδικού καταλύτη	el
dc.title	Φωτοκαταλυτική παραγωγή υδρογόνου με χρήση ανακτημένων ημιαγωγών από φωτοβολταϊκά τέλους ζωής	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Περιβαλλοντική Μηχανική	el
heal.classification	Διαχείριση Αποβλήτων	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2023-07-03
heal.abstract	Μία από τις πιο διαδεδομένες μεθόδους αξιοποίησης των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας είναι η χρήση των φωτοβολταϊκών πάνελ, τα οποία όταν ολοκληρώσουν τον κύκλο ζωής τους είναι αναγκαίο να ανακυκλωθούν ή να αξιοποιηθούν με εναλλακτικές μεθόδους στα πλαίσια της βιώσιμης ανάπτυξης. Στην παρούσα εργασία εξετάζεται η ανάκτηση πυριτίου, της κύριας πρώτης ύλης των φωτοβολταϊκών, για την παρασκευή ενός φωτοκαταλύτη, με στόχο την παραγωγή υδρογόνου μέσω της φωτοκαταλυτικής διάσπασης του νερού. Διερευνάται, επίσης, η εναλλακτική χρήση του ανακτημένου πυριτίου στην αλκαλική αντίδραση με NaOH για την παραγωγή αέριου υδρογόνου και η αξιοποίηση του παραπροϊόντος Na2SiO3 στον γεωπολυμερισμό ιπτάμενης τέφρας. Για την ανάκτηση του πυριτίου από τα πάνελ πραγματοποιήθηκε θερμική επεξεργασία στους 550°C και για τον καθαρισμό του από τις εναπομείνασες προσμίξεις, χρησιμοποιήθηκαν διαλύματα HF και HNO3. Προκειμένου να αυξηθεί η φωτοκαταλυτική του απόδοση, εφαρμόστηκε χημική επιφανειακή προσβολή ενός σταδίου, υποβοηθούμενη από άργυρο (Ag) και ο καταλύτης εμπλουτίστηκε με μέταλλα αργύρου, χαλκού (Cu) και πλατίνας (Pt). Ακόμη, πραγματοποιήθηκε σύνθεση ενός υβριδικού καταλύτη με οξείδιο του κοβαλτίου (Si-Co3O4). Η διεξαγωγή της φωτοκαταλυτικής αντίδρασης πραγματοποιήθηκε σε όξινες συνθήκες με pH=3, με τη μεθανόλη ως θυσιαζόμενη ένωση, υπό την επίδραση υπεριώδους ακτινοβολίας, προσθέτοντας διαφορετικούς καταλύτες σε πλήθος κύκλων φωτοκατάλυσης. Γενικά, παρατηρήθηκαν χαμηλοί ρυθμοί και αποδόσεις, με τη μέγιστη παραγωγή αέριου υδρογόνου να ανέρχεται στα 600 μmol σε 6 ώρες λειτουργίας του αντιδραστήρα, με τη συμμετοχή του καταλύτη πυριτίου με εναπόθεση Ag/Cu. Ωστόσο, ο υβριδικός καταλύτης Si-Co3O4 θεωρείται ο πιο αποτελεσματικός καθώς εμφάνισε και τη μέγιστη σταθερότητα μεταξύ όλων των τροποποιημένων καταλυτών, με μέσο ρυθμό 42 μmol H2/h και μέγιστη παραγωγή 270 μmol H2 σε 6 ώρες λειτουργίας του αντιδραστήρα, απόδοση που διατηρεί για τουλάχιστον 4 φωτοκαταλυτικούς κύκλους. Η αλκαλική αντίδραση πυριτίου προς παραγωγή υδρογόνου, έλαβε χώρα σε δύο είδη διατάξεων και παρουσίασε ικανοποιητικές αποδόσεις της τάξης των 70-85%, ανάλογα με τη θερμοκρασία, την αναλογία των αντιδραστηρίων, τον όγκο νερού, την κοκκομετρία και το είδος του χρησιμοποιούμενου δείγματος πυριτίου. Ο ρυθμός της αντίδρασης μεγιστοποιήθηκε λίγο μετά την έναρξή της και είναι υψηλότερος όπου χρησιμοποιείται φωτοκαταλύτης ανακτημένου πυριτίου από φωτοβολταϊκά, ανεξάρτητα από το εάν έχει προηγηθεί καθαρισμός. Τέλος, επιβεβαιώθηκε πειραματικά ότι το ανακτημένο πυρίτιο από φωτοβολταϊκά, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παρασκευή διαλύματος ενεργοποίησης και το παραπροϊόν Na2SiO3 ως στερεός ενεργοποιητής για το γεωπολυμερισμό ιπτάμενης τέφρας.	el
heal.abstract	Photovoltaic Panels form one of the most widespread methods of exploiting Renewable Energy Sources and as they approach their end of life, they need to be either recycled, or utilized alternatively, as part of the sustainable development. This thesis examines the recovery of silicon, which is the main raw material of the panels, in order to prepare a photocatalyst, that will take part in the photocatalytic water splitting production of hydrogen. Another use of the recovered silicon that is investigated, is in the alkaline reaction with NaOH with the aim of producing hydrogen and exploiting Na2SiO3 for the geopolymerization of fly ash. To recover silicon from the panels, a thermal treatment was carried out at 550°C and then the flakes were purified by HF and HNO3 solutions. In order to increase silicon’s photocatalytic performance, one-step Metal Assisted Chemical Etching, using Ag, and dopping with Ag/Cu or Pt took place. Moreover, a Cobalt Oxide (Si-Co3O4) hybrid catalyst was synthesized and evaluated. The photocatalytic reaction was carried out at pH=3, with methanol as a sacrificial agent, under UV radiation, using the prepared catalysts in a number of photocatalytic cycles. In general, low rates and yields were observed and the maximum production of hydrogen came up to 600 μmol in 6 hours of reactor’s operation, in the case of silicon catalyst dopped with Ag/Cu. However, the Si-Co3O4 hybrid catalyst was the most efficient among all modified catalysts, since it exhibited the highest stability for at least 4 consequent photocatalytic cycles with an average rate of 42 μmol H2/h and a maximum production of 270 μmol H2 in 6 hours of reactor’s operation. The alkaline silicon reaction took place in two different types of devices and showed satisfactory yields up to 70-85%, depending on the temperature, the ratio of the reagents, the volume of water, the granulometry and the type of the silicon sample used. The reaction rate was maximized shortly after its beginning and is higher where a PV recovered silicon photocatalyst is used, regardless of its purification. Finally, it was confirmed experimentally that the recovered silicon from photovoltaics can be used for the preparation of activation solution and the by-product Na2SiO3 as a solid activator for geopolymerization of fly ash.	en
heal.advisorName	Λυμπεράτος, Γεράσιμος	el
heal.committeeMemberName	Ζουμπουλάκης, Λουκάς	el
heal.committeeMemberName	Παυλάτου, Ευαγγελία	el
heal.academicPublisher	Φωτοκαταλυτική παραγωγή υδρογόνου με χρήση ανακτημένων ημιαγωγών από φωτοβολταϊκά τέλους ζωής	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	96 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false