Σύνθεση νανοσωματιδίων ZnO - Μελέτη φωτοκαταλυτικής
απομάκρυνσης βαρέων μετάλλων από υδατικά διαλύματα

Δημήτρουλας, Κυριάκος; Dimitroulas, Kyriakos

dc.contributor.author	Δημήτρουλας, Κυριάκος	el
dc.contributor.author	Dimitroulas, Kyriakos	en
dc.date.accessioned	2025-01-22T12:31:34Z
dc.date.available	2025-01-22T12:31:34Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/60923
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.28619
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	Νανοσωματίδια φωτοκατάλυση	el
dc.title	Σύνθεση νανοσωματιδίων ZnO - Μελέτη φωτοκαταλυτικής απομάκρυνσης βαρέων μετάλλων από υδατικά διαλύματα	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Χημική Μηχανική	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2024-07-15
heal.abstract	Οι σύγχρονες τεχνολογικές και βιομηχανικές εξελίξεις έχουν οδηγήσει σε αυξημένη εξάρτηση από ποικίλες χημικές ουσίες για την ανάπτυξη νέων προϊόντων, οδηγώντας σε αυξημένη μόλυνση των πηγών νερού από διάφορους ρύπους (οργανικές βαφές/χρωστικές, βαρέα μέταλλα) και μικροοργανισμούς, που προκαλούν ασθένειες. Οι διαδικασίες επεξεργασίας των λυμάτων αποκαλύπτουν τώρα και νέους ρύπους, τους γνωστούς και ως «αναδυόμενους ρύπους», συμπεριλαμβανομένων φαρμακευτικών προϊόντων και γεωργικών χημικών ουσιών. Ενώ ορισμένοι είναι καλοήθεις, ορισμένοι αναδυόμενοι ρύποι μπορούν να βλάψουν διάφορους οργανισμούς. Οι ερευνητές αναζητούν οικονομικά αποδοτικές μεθόδους καθαρισμού του νερού, που υποβαθμίζουν πλήρως τους ρύπους χωρίς να δημιουργούν επιβλαβή παραπροϊόντα. Η φωτοκαταλυτική αποδόμηση, που βασίζεται σε ημιαγωγούς, ιδιαίτερα με τη χρήση οξειδίου του ψευδαργύρου (ZnO), είναι μια πολλά υποσχόμενη στρατηγική, που διασφαλίζει τον καθαρισμό του νερού και υποστηρίζει την επεξεργασία των λυμάτων. Στην παρούσα μελέτη, τα νανοσωματίδια ZnO συντέθηκαν χρησιμοποιώντας τη μέθοδο της χημικής καθίζησης, η οποία βασίζεται σε μια βελτιστοποίηση των πειραματικών συνθηκών για τη σύνθεση των νανοσωματιδίων ZnO που έχει ήδη διεξαχθεί σε προηγούμενη μελέτη της ομάδας μας χρησιμοποιώντας την προσέγγιση Taguchi. Πιο συγκεκριμένα, οι βέλτιστες συνθήκες επιτεύχθηκαν χρησιμοποιώντας διένυδρο οξικό ψευδάργυρο ως πρόδρομη ένωση του Zn σε συγκέντρωση ίση με 0.3 Μ, υδροξείδιο του νατρίου ως παράγοντα καθίζησης (1.5 Μ), μεθανόλη ως διαλύτη (η τιμή pH του διαλύτη ήταν ίση με 13), μια θερμοκρασία κατά τη διάρκεια της συνθετικής διαδικασίας ίση με 70°C, 600°C ως θερμοκρασία ανόπτησης, χρόνο ανάδευσης 90 min και 700 rpm ως ταχύτητα ανάδευσης. Τα χρησιμοποιημένα νανοσωματίδια ZnO συντέθηκαν με βάση τις προαναφερθείσες συνθήκες και χαρακτηρίστηκαν διεξοδικά. Τα ληφθέντα αποτελέσματα έδειξαν μια καθαρή εξαγωνική φάση βουρτσίτη, σε συνδυασμό με αυξημένη κρυσταλλικότητα (79.83 %) και σχετικά μικρό μέγεθος κρυσταλλιτών (3.29 nm), καθώς και ενισχυμένη ειδική επιφάνεια (32 m 2 /g) και ενεργειακό διάκενο ίσο με 3.37 eV. Αρχικά, εξετάστηκε η αποτελεσματικότητα των παρασκευασμένων νανοσωματιδίων ZnO ως προς τη φωτοκαταλυτική αποδόμηση μιας οργανικής χρωστικής, της Ροδαμίνης Β (Rhodamine B-RhB), υπό την επίδραση UV ακτινοβολίας. Τα παρασκευασμένα νανοσωματίδια ZnO πέτυχαν 100 % αποδόμηση της χρωστικής RhB μέσα σε 90 min υπό την επίδραση της UV ακτινοβολίας, ενώ η ψευδο-πρώτης τάξης κινητική αντίδρασης παρείχε μια ρεαλιστική περιγραφή της φωτοκαταλυτικής αποδόμησης της ροδαμίνης Β με βάση τις υπολογισμένες τιμές R 2 (0.989). Επιπλέον, με βάση τα αποκτηθέντα πειραματικά αποτελέσματα, οι ρίζες ●ΟΗ βρέθηκαν να είναι τα κύρια δραστικά είδη οξυγόνου, που εμπλέκονται στη φωτοκαταλυτική αποδόμηση της ροδαμίνης Β. Τέλος, αφού τα νανοσωματίδια ZnO επαναχρησιμοποιήθηκαν πέντε φορές, έδειξαν αμελητέα (≈7 %) μείωση της απόδοσης φωτοαποδόμησης προς την εξεταζόμενη οργανική ένωση. Επιπλέον, αξιολογήθηκε με επιτυχία η απόδοση των νανοσωματιδίων ZnO ως προς την απομάκρυνση ιόντων βαρέων μετάλλων (Cu2+ , Pb2+ , Cr6+ , Cd2+ και Ni2+) από υδατικά διαλύματα. Τα εξεταζόμενα νανοσωματίδια απομάκρυναν αποτελεσματικά ιόντα βαρέων μετάλλων, όπως Cu2+ και Pb2+, παρουσιάζοντας απόδοση >85% υπό την επίδραση υπεριώδους ακτινοβολίας έπειτα από έκθεση διάρκειας 1 ώρας. Ωστόσο, κακή απόδοση απομάκρυνσης (<15%) παρατηρήθηκε στην περίπτωση των ιόντων Cr6+, Cd2+ και Ni2+. Η απομάκρυνση αυτών των ιόντων βαρέων μετάλλων πραγματοποιήθηκε υπό μορφή μετάλλων ή οξειδίων μετάλλων μέσω των μηχανισμών αναγωγής/οξείδωσης, προσρόφησης ή/και των δύο ταυτόχρονα. Ως αποτέλεσμα, η ενισχυμένη απόδοση των εξεταζόμενων νανοσωματιδίων ZnO ως προς την αποδόμηση ενός οργανικού ρύπου (RhB), σε συνδυασμό με την υψηλή ικανότητα πρόσληψης ιόντων βαρέων μετάλλων (Cu2+ και Pb2+), καθιστούν τα εξεταζόμενα νανοσωματίδια ένα δυνητικά ελκυστικό νανοϋλικό για εφαρμογές διαχείρισης και εξυγίανσης βιομηχανικών ή/και αστικών λυμάτων.	el
heal.advisorName	E A, Pavlatou	en
heal.committeeMemberName	Βουγιούκα, Χαριτίδης	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Χημικών Επιστημών (I). Εργαστήριο Γενικής Χημείας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	113 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false