Ανάπτυξη νανοσωματιδίων οξειδίου του μαγνησίου για εφαρμογές φωτοκαταλυτικής αποδόμησης οργανικών ρύπων και βαρέων μετάλλων

Αλεξόπουλος, Παναγιώτης; Alexopoulos, Panagiotis

dc.contributor.author	Αλεξόπουλος, Παναγιώτης	el
dc.contributor.author	Alexopoulos, Panagiotis	en
dc.date.accessioned	2025-06-12T08:00:00Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/62045
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.29741
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Επιστήμη και Τεχνολογία Υδατικών Πόρων”	el
dc.rights	Default License
dc.subject	Βαρέα μέταλλα	el
dc.subject	Heavy metals	en
dc.subject	Φωτοκατάλυση	el
dc.subject	Photocatalysis	en
dc.subject	Ροδαμίνη Β	el
dc.subject	Rhodamine B	en
dc.subject	Οξείδιο μαγνησίου	el
dc.subject	Magnesium oxide	el
dc.subject	Eπεξεργασία λυμάτων	el
dc.subject	Wastewater treatment	en
dc.title	Ανάπτυξη νανοσωματιδίων οξειδίου του μαγνησίου για εφαρμογές φωτοκαταλυτικής αποδόμησης οργανικών ρύπων και βαρέων μετάλλων	el
dc.title	Development of magnesium oxide nanoparticles for photocatalytic degradation of organic pollutants and heavy metals	en
heal.type	masterThesis
heal.classification	Νανοτεχνολογία	el
heal.classification	Nanotechnology	en
heal.classification	Χημική Μηχανική	el
heal.classification	Chemical engineering	en
heal.classification	Περιβαλλοντική μηχανική	el
heal.classification	Environmental engineering	en
heal.classification	Ημιαγωγοί	el
heal.classification	Semiconductors	en
heal.dateAvailable	2026-06-11T21:00:00Z
heal.language	el
heal.language	en
heal.access	embargo
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2024-11-12
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, είναι μια πολλά υποσχόμενη στρατηγική, που διασφαλίζει τον καθαρισμό του νερού και υποστηρίζει την επεξεργασία των βιομηχανικών ή/και αστικών λυμάτων. Λαμβάνοντας υπόψη τα ανωτέρω, στην παρούσα μελέτη πραγματοποιήθηκε σύνθεση νανοσωματιδίων οξειδίου του μαγνησίου (MgO) μέσω μιας απλής μεθόδου καταβύθισης, καθώς και ενδελεχής χαρακτηρισμός αυτών χρησιμοποιώντας πληθώρα τεχνικών, όπως XRD, FTIR, XPS, TGA, DLS και FESEM, με στόχο την ανάπτυξη ενός οικονομικού, περιβαλλοντικά φιλικού και αποτελεσματικού ως προς την αποδόμηση οργανικών χρωστικών και την απομάκρυνση βαρέων μετάλλων νανοϋλικού. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι τα νανοσωματίδια MgO διαθέτουν εδροκεντρομένη κυβική δομή με ενισχυμένη κρυσταλλικότητα και καθαρότητα, καθώς και μέσο μέγεθος κρυσταλλιτών ίσο με περίπου 3.20 nm. Τα νανοσωματίδια παρουσίασαν ενισχυμένη επιφάνεια BET (52 m2/g) και τιμή ενεργειακού διάκενου ίση με 5.27 eV. Αρχικά, εξετάστηκε η αποτελεσματικότητα των παρασκευασμένων νανοσωματιδίων MgO ως προς τη φωτοκαταλυτική αποδόμηση μιας ευρέως εντοπιζόμενης στα βιομηχανικά ή/και αστικά λύματα χρωστικής, της ροδαμίνης Β (rhodamine B-RhB) τόσο υπό την επίδραση υπεριώδους όσο και ορατής ακτινοβολίας. Σύμφωνα με τα δεδομένα που προέκυψαν από τα πειράματα μελέτης της φωτοκαταλυτικής δραστικότητας, παρατηρήθηκε πλήρης αποδόμηση της χρωστικής ροδαμίνης Β υπό την επίδραση υπεριώδους ακτινοβολίας εντός 180 λεπτών, καθώς και ποσοστό αποδόμησης ίσο με 83.23 % υπό την επίδραση ορατής ακτινοβολίας. Επιπλέον, τα πειράματα ανίχνευσης δραστικών ειδών οξυγόνου επιβεβαίωσαν ότι οι ρίζες υδροξυλίου (•OH) αποτέλεσαν τα κυρίαρχα δραστικά είδη που εμπλέκονταν στη διαδικασία της φωτοαποδόμησης στην περίπτωση της εξεταζόμενης χρωστικής. Τέλος, τα πειράματα επαναχρησιμοποίησης του νανο-φωτοκαταλύτη σε πολλαπλούς κύκλους φωτοκαταλυτικής αποδόμησης της εξεταζόμενης χρωστικής επιβεβαίωσαν την υψηλή του φωτοσταθερότητα.	el
heal.abstract	Contemporary technological and industrial advancements have led to increased reliance on chemicals for product innovation, leading to heightened contamination of water sources by traditional pollutants (organic dyes, heavy metals) and disease-causing microorganisms. Wastewater treatment processes now reveal “emerging pollutants”, including pharmaceuticals, endocrine disruptors, and agricultural chemicals. While some are benign, certain emerging pollutants can harm diverse organisms. Researchers seek cost-effective water purification methods that completely degrade pollutants without generating harmful by-products. Semiconductor-based photocatalytic degradation is a promising strategy ensuring water purification and supporting wastewater treatment. Thus, considering the aforementioned problem, in the present study magnesium oxide (MgO) nanoparticles were synthesized through a simple precipitation method and were thoroughly characterized using a variety of techniques, such as XRD, FTIR, XPS, TGA, DLS and FESEM, with the aim of developing an economical, environmentally friendly and efficient towards the degradation of organic dyes nanomaterial. According to the obtained results, the synthesized MgO nanoparticles were characterized by a face-centered cubic structure with enhanced crystallinity and high purity, as well as an average crystallite size of 3.20 nm. The nanoparticles also indicated an increased specific surface area (52 m²/g) and an energy bandgap value equal to 5.27 eV. Initially, the efficiency of the prepared MgO nanoparticles was examined towards the photocatalytic degradation of an organic dye (Rhodamine B-RhB), which is commonly found in industrial and/or municipal wastewater effluents, under both UV and visible light irradiation. According to the data obtained from the photocatalytic activity study experiments, a complete degradation of rhodamine B dye was observed under the influence of UV light irradiation within 180 minutes, as well as a degradation rate equal to 83.23 % under the influence of visible light irradiation. In addition, reactive oxygen species detection experiments confirmed that hydroxyl radicals (•OH) were the dominant reactive species involved in the photodegradation process of the examined dye. Finally, the nano-photocatalyst reuse experiments upon multiple cycles of photocatalytic degradation of the investigated organic dye confirmed its high photostability. Furthermore, the performance of MgO nanoparticles in removing heavy metal ions (Cu2+, Pb2+, Cr6+, Cd2+ and Ni2+) from aqueous solutions was successfully evaluated. The nanoparticles investigated efficiently removed heavy metal ions, such as Cu2+ and Pb2+, showing >85% efficiency under the influence of UV radiation after 1 h exposure. However, poor removal efficiency (<15%) was observed in the case of Cr6+, Cd2+ and Ni2+ ions. The removal of these heavy metal ions was possibly carried out in the form of metals or metal oxides through the mechanisms of reduction/oxidation, adsorption and/or both simultaneously. As a result, the enhanced performance of the investigated MgO nanoparticles in the degradation of an organic pollutant (RhB), combined with the high uptake capacity of heavy metal ions (Cu2+ and Pb2+), make the investigated nanoparticles a potentially attractive nanomaterial for management and remediation applications industrial and/or municipal wastewater effluents.	en
heal.advisorName	Παυλάτου, Ευαγγελία	el
heal.committeeMemberName	Παυλάτου, Ευαγγελία	el
heal.committeeMemberName	Μαλαμής, Συμεών-Αλέξανδρος	el
heal.committeeMemberName	Χονδρός, Μιχάλης	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	158 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false