Μελέτη φωτοκαταλυτικής αποδόμησης φαινολών με χρήση νανο-MgO σωματιδίων

Κάττι, Γεώργιος-Νεκτάριος; Katti, Georgios - Nektarios

dc.contributor.author	Κάττι, Γεώργιος-Νεκτάριος	el
dc.contributor.author	Katti, Georgios - Nektarios	en
dc.date.accessioned	2025-10-01T06:10:09Z
dc.date.available	2025-10-01T06:10:09Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/62579
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.30275
dc.rights	Default License
dc.subject	MgO	en
dc.subject
dc.subject	precipitation method	en
dc.subject	photocatalysis	en
dc.subject	organic pollutants	en
dc.subject	phenol	en
dc.subject	μέθοδος καταβύθισης	el
dc.subject	φωτοκατάλυση	el
dc.subject	οργανικοί ρύποι	el
dc.subject	φαινόλη	el
dc.title	Μελέτη φωτοκαταλυτικής αποδόμησης φαινολών με χρήση νανο-MgO σωματιδίων	el
dc.title	Study of the photocatalytic degradation of phenols using nano-MgO particles	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Χημικών Επιστημών	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2025-02
heal.abstract	Οι οργανικοί ρύποι, που εντοπίζονται στα βιομηχανικά λύματα, εγείρουν σημαντικά περιβαλλοντικά προβλήματα και θεωρούνται δυνητικοί κίνδυνοι τόσο για το περιβάλλον όσο και για τον άνθρωπο. Η αποδόμηση αυτών των ρύπων, ιδιαίτερα μέσω της φωτοκατάλυσης, αποτελεί μια πολλά υποσχόμενη στρατηγική για την απομάκρυνσή τους από τα λύματα, αλλά και από το νερό. Λαμβάνοντας υπόψη τα ανωτέρω, στην παρούσα μελέτη πραγματοποιήθηκε η σύνθεση νανοσωματιδίων οξειδίου του μαγνησίου (MgO) μέσω μιας απλής μεθόδου καταβύθισης. Τα συντιθέμενα νανοσωματίδια χαρακτηρίστηκαν πλήρως με την εφαρμογή διαφόρων τεχνικών, όπως XRD, FTIR, XPS, TGA, UV-Vis, DLS, PL και FESEM, προκειμένου να ελεγχθεί η ανάπτυξη ενός αποτελεσματικού καταλύτη για την φωτοκαταλυτική αποδόμηση οργανικών ρύπων. Για τον προκαταρκτικό έλεγχο της φωτοκαταλυτικής δραστικότητας των συντιθέμενων νανοσωματιδίων MgO υπό την έκθεση σε ορατό και υπεριώδες (UV) φως, διερευνήθηκε η αποδόμηση της συνθετικής οργανικής βαφής ροδαμίνης Β (RhB), μιας ευρέως εντοπιζόμενης χρωστικής σε βιομηχανικά και αστικά λύματα, η οποία έχει μελετηθεί εκτενώς σε προηγούμενες έρευνες, είναι φωτοσταθερή και εμφανίζει σχετικά απλή συμπεριφορά κατά την αποδόμηση. Εν συνεχεία, τα νανοσωματίδια MgO αξιολογήθηκαν ως προς τη φωτοκαταλυτική δραστικότητά τους έναντι της αποδόμησης της φαινόλης (phenol), μιας ευρύτατα χρησιμοποιούμενης οργανικής ένωσης που έχει αναδειχτεί ως ουσία υψηλής προτεραιότητας ως προς επιπτώσεις της στο περιβάλλον. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα που ελήφθησαν, τα νανοσωματίδια MgO, που συντέθηκαν χαρακτηρίζονταν από ενδοκεντρωμένη κυβική δομή με ενισχυμένη κρυσταλλικότητα και υψηλή καθαρότητα, καθώς και μέσο μέγεθος κρυσταλλιτών 18.50 nm. Επίσης, εμφάνισαν τιμή ενεργειακού διακένου ίσου με 5.30 eV, και ζ-δυναμικό της τάξης του -27.6 mV, υποδεικνύοντας τη σχετική σταθερότητά τους σε κολλοειδές σύστημα. Σύμφωνα με τα δεδομένα που προέκυψαν από τα πειράματα μελέτης της φωτοκαταλυτικής δραστικότητας, παρατηρήθηκε πλήρης (100 %) 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. Σε ό,τι αφορά τη φαινόλη, τα ποσοστά αποδόμησης που παρατηρήθηκαν υπό την επίδραση υπεριώδους και ορατής ακτινοβολίας ήταν ίσα με 84.63 % και 38.71 % αντίστοιχα, επαληθεύοντας έτσι την επιλεκτικότητα του εξεταζόμενου νανο-φωτοκαταλύτη (MgO) προς την αποδόμηση της χρωστικής ροδαμίνης Β. 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 και των δύο εξεταζόμενων οργανικών ρύπων. Τέλος, τα πειράματα επαναχρησιμοποίησης του νανο-φωτοκαταλύτη σε πολλαπλούς κύκλους φωτοκαταλυτικής αποδόμησης των εξεταζόμενων οργανικών ρύπων επιβεβαίωσαν την υψηλή του φωτοσταθερότητα.	el
heal.abstract	[v] Abstract Organic pollutants found in industrial effluents contribute to significant environmental risks. Degradation of these pollutants, particularly through photocatalysis, is a promising strategy, ensuring water purification and supporting wastewater treatment, removing these compounds. Taking the above into account, this study synthesized magnesium oxide (MgO) nanoparticles using a simple precipitation method. The synthesized nanoparticles were fully characterized using various techniques such as XRD, FTIR, XPS, TGA, UV-Vis, DLS, PL, and FESEM to assess the development of an efficient catalyst for the photocatalytic degradation of organic pollutants. For the preliminary evaluation of the photocatalytic activity of the synthesized MgO nanoparticles under visible and ultraviolet (UV) light exposure, the degradation of the synthetic organic dye rhodamine B (RhB) was investigated. RhB is a widely detected dye in industrial and municipal wastewater, extensively studied in previous research, and exhibits relatively simple degradation behavior. Subsequently, MgO nanoparticles were evaluated for their photocatalytic activity towards the degradation of phenol, a widely used organic compound that has emerged as a high-priority substance in terms of its environmental impacts. According to the results obtained, the synthesized MgO nanoparticles exhibited a face- centered cubic (fcc) structure with enhanced crystallinity and high purity, as well as an average crystallite size of 18.50 nm. They also showed a band gap value of 5.30 eV and a ζ-potential of -27.6 mV, indicating their relative stability in colloidal systems. According to the data obtained from photocatalytic activity study experiments, complete (100%) degradation of the dye rhodamine B was observed under the influence of ultraviolet radiation within 180 minutes, as well as a degradation rate equal to 83.23% under the influence of visible radiation. As for phenol, the degradation rates observed under the influence of ultraviolet and visible radiation were equal to 84.63% and 38.71% respectively, thus verifying the selectivity of the nano-photocatalyst (MgO) under study towards the degradation of the dye rhodamine B. Furthermore, reactive oxygen species detection experiments confirmed that hydroxyl radicals (•OH) were the dominant reactive species involved in the photodegradation process in the case of both organic pollutants examined. Finally, experiments on the reuse of the nano-photocatalyst in multiple cycles of photocatalytic degradation of the examined organic pollutants confirmed its high photostability. Keywords: MgO, precipitation method, photocatalysis, organic pollutants, rhodamine B (RhB), phenol, photocatalysis mechanism, photocatalyst selectivity, scavengers, reuse	eng
heal.advisorName	Pavlatou, Evangelia
heal.committeeMemberName	Παυλάτου, Ευαγγελία
heal.committeeMemberName	Βουγιούκα, Σταματίνα
heal.committeeMemberName	Λαμπρόπουλος, Κυριάκος
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.fullTextAvailability	false