Καταλυτική αναγωγή εξασθενούς χρωμίου με τη χρήση πυριτίου από φωτοβολταϊκά στο τέλος του κύκλου ζωής

Έρωτα, Ελένη Μαρία; Erota, Eleni Maria

dc.contributor.author	Έρωτα, Ελένη Μαρία	el
dc.contributor.author	Erota, Eleni Maria	en
dc.date.accessioned	2024-04-24T09:00:31Z
dc.date.available	2024-04-24T09:00:31Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/59265
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.26961
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Αξιοποίηση αποβλήτων φωτοβολταϊκών	el
dc.subject	Πυρίτιο	el
dc.subject	Εξασθενές χρώμιο	el
dc.subject	Φωτοκαταλυτική αναγωγή	el
dc.title	Καταλυτική αναγωγή εξασθενούς χρωμίου με τη χρήση πυριτίου από φωτοβολταϊκά στο τέλος του κύκλου ζωής	el
dc.title	Catalytic reduction of hexavalent chromium using silicon from end-of-life photovoltaics	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Φωτοκατάλυση	el
heal.classification	Καταλυτική αναγωγή	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2023-10-02
heal.abstract	Η εξέλιξη της τεχνολογίας στον τομέα των φωτοβολταϊκών συστημάτων, τόσο στον τομέα της παραγωγής όσο και της απόδοσης τους καθώς και η ταυτόχρονη πτώση του κόστους παραγωγής, έχουν συνδράμει στην ραγδαία ανάπτυξη της εμπορικής εφαρμογής τους, ιδιαίτερα τις τελευταίες δεκαετίες. Μέσο προσδόκιμο ζωής των φωτοβολταϊκών πάνελ είναι τα 20-25 έτη. Συνεπώς, κρίνεται επιτακτική η ανάγκη για αξιοποίηση των υλικών που τα απαρτίζουν μετά το τέλος του κύκλου ζωής τους ,μέσω διαδικασιών φιλικών προς το περιβάλλον (πράσινη τεχνολογία) και στο πλαίσιο της κυκλικής οικονομίας. Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τρόπους αξιοποίησης του σημαντικότερου συστατικού ενός φωτοβολταϊκού πλαισίου το οποίο είναι το πυρίτιο. Η σημαντικότητα του πυριτίου στη δομή των φωτοβολταϊκών πάνελ έγκειται τόσο στις ιδιότητες του ως ημιαγωγός αλλά και στο υψηλό κόστος του, το οποίο προκύπτει από τις διεργασίες τροποποίησης του ώστε να είναι κατάλληλο για χρήση σε τεχνολογίες ηλεκτρονικών. Στο πρώτο στάδιο της πειραματικής διαδικασίας, πραγματοποιήθηκε διαχωρισμός των υλικών του φωτοβολταϊκού πάνελ, με την μέθοδο της έψησης στους 550 ℃ για 30 λεπτά. Στα μικρά κομμάτια πυριτίου ακανόνιστου σχήματος έγινε καθαρισμός με οξέα HNO3 και HF. Στη συνέχεια, μελετήθηκε η δυνατότητα παρασκευής φωτοκαταλύτη πυριτίου ο οποίος χρησιμοποιείται σε διεργασία διάσπασης ρύπων, υπό την επίδραση ηλιακής ακτινοβολίας και ακτινοβολίας UV. Ακολούθησε η εφαρμογή της μεθόδου της επιφανειακής προσβολής ενός κύριου σταδίου υποβοηθούμενη από άργυρο Ag καθώς και η εναπόθεση χαλκού (Cu) στην επιφάνεια του καταλύτη. Οι διεργασίες αυτές ήταν απαραίτητες ώστε να δημιουργηθούν νανοδομές στην επιφάνεια του καταλύτη και ουσιαστικά να αυξηθεί η προσροφητική ικανότητα του υλικού. Ο προς διάσπαση ρύπος που χρησιμοποιήθηκε είναι το εξασθενές χρώμιο Cr (VI). Σκοπός των πειραματικών διαδικασιών που ακολουθήθηκαν ήταν η αναγωγή του σε τρισθενές χρώμιο Cr (III) το οποίο είναι λιγότερο τοξικό και υδατοδιαλυτό σε αντίθεση με το εξασθενές. Οι παράμετροι που εξετάστηκαν κατά την εκπόνηση της πειραματικής διαδικασίας ήταν η παρουσία ή μη ηλιακής ακτινοβολίας , η έκθεση σε ακτινοβολία UV, η επίδραση οξέων όπως το κιτρικό οξύ και το PH. Οι δοκιμές που διεξήχθησαν στον φωτοκαταλυτικό αντιδραστήρα έδειξαν πως η αποδοτικότερη απομάκρυνση ρύπου έγινε με την εξασφάλιση επαρκούς ποσότητας κιτρικού οξέος στο διάλυμα. Αξιοσημείωτο είναι το γεγονός ότι η αναγωγή του ρύπου πραγματοποιείται σε ικανοποιητικά ποσοστά ακόμα και σε συνθήκες απουσίας ηλιακής ακτινοβολίας. Ενδεικτικά, η αποτελεσματικότερη αναγωγή του εξασθενούς χρωμίου, η οποία ήταν περίπου 99%, παρατηρήθηκε σε διάστημα μόλις 10 λεπτών σε συνθήκες επίδρασης ηλιακής ακτινοβολίας (solar), με συγκέντρωση κιτρικού οξέος 50mM, αρχική συγκέντρωση ρύπου 15mg/L και παρουσία καταλύτη πυριτίου. Στο σημείο αυτό αξίζει να σημειωθεί ότι για τις ίδιες συνθήκες αντίδρασης, απουσία ηλιακής ακτινοβολίας (dark), η αναγωγή επιτεύχθηκε κατά 95% στο ίδιο διάστημα των 10 λεπτών, γεγονός που καταδεικνύει τον καθοριστικό ρόλο του κιτρικού οξέος και του καταλύτη στην διαδικασία της καταλυτικής αναγωγής του Cr(VI). Συμπερασματικά, φαίνεται πως το πυρίτιο από φωτοβολταϊκά τέλους ζωής μπορεί μετά από κατάλληλες τροποποιήσεις να χρησιμοποιηθεί ως φωτοκαταλύτης σε εφαρμογές απορρύπανσης υδάτων.	el
heal.abstract	The development of technology in the field of photovoltaic systems, both in terms of production and efficiency, as well as the simultaneous drop in production costs, have contributed to the rapid development of their commercial application, especially in recent decades. Average life expectancy of photovoltaic panels is 20-25 years. Therefore, the need to utilize the materials that make them up after the end of their life cycle, through environmentally friendly processes (green technology) and in the context of circular economy, is deemed imperative. This thesis deals with ways of utilizing the most important component of a photovoltaic panel, silicon. The importance of silicon in the structure of photovoltaic panels lies both in its properties as a semiconductor but also in its high cost, which results from its modification processes so that it is suitable for use in electronics technologies. In the first stage of the experimental process, a separation of the photovoltaic panel materials was carried out in a furnace conditioned at 550 ℃ for 30 minutes. The small pieces of irregularly shaped silicon were cleaned with HNO3 and HF acids. Then, the possibility of preparing a silicon photocatalyst which is used in a pollutant decomposition process, under the influence of solar radiation and UV radiation, was studied. This was followed by the application of Metal Assisted Chemical Etching (MACE) as well as copper (Cu) deposition on the catalyst surface. These processes were necessary to create nanostructures on the surface of the catalyst and essentially increase the adsorption capacity of the material. The pollutant that is being used is hexavalent chromium Cr (VI). The purpose of the experimental procedures followed was the reduction to trivalent chromium Cr (III), which is less toxic and water-soluble in contrast to hexavalent. The parameters examined during the development of the experimental procedure were the presence or absence of solar radiation, the exposure to UV radiation, the effect of acids such as citric acid and the PH. The tests carried out in the photocatalytic reactor showed that the most efficient pollutant removal was achieved by ensuring a sufficient amount of citric acid in the solution. It is noteworthy that the reduction of the pollutant takes place at satisfactory rates even in conditions of absence of solar radiation. Indicatively, the most effective reduction of hexavalent chromium, which was approximately 99%, was observed in just 10 minutes under solar radiation conditions, with a citric acid concentration of 50mM, an initial pollutant concentration of 15mg/L and the presence of the silicon catalyst. At this point it is worth noting that for the same reaction conditions, in the absence of solar radiation (dark), the reduction was reached by 95% at the same point of 10 minutes, which demonstrates the decisive role of citric acid and the catalyst in the catalytic reduction process of Cr(VI). In conclusion, it seems that silicon from end-of-life photovoltaics can, after appropriate modifications, be used as a photocatalyst in water decontamination applications.	en
heal.advisorName	Λυμπεράτος, Γεράσιμος	el
heal.committeeMemberName	Μπουρουσιάν, Μιρτάτ	el
heal.committeeMemberName	Βλυσίδης, Ανέστης	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών (IV). Εργαστήριο Οργανικής Χημικής Τεχνολογίας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	77 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false