Vliv metody přípravy C3N4 a modifikování platinou na fotokatalytický rozklad oxidu dusného

Jan Baďura

Bachelor's thesis

Effect of C3N4 preparation method and platinum modification on the photocatalytic decomposition of nitrous oxide

Abstract:

Tato bakalářská práce je zaměřena na fotokatalytický rozklad oxidu dusného v přítomnosti fotokatalyzátorů na bázi nitridu uhlíku. Hlavním cílem této práce je prostřednictvím připravených fotokatalyzátorů rozložit jeden z nejvýznamnějších skleníkových plynů a to oxid dusný na přirozené složky životního prostředí na kyslík a dusík. Fotokatalyzátory g-C3N4 a p-C3N4 byly připraveny dvěma různými způsoby a nanokompozity Pt/g-C3N4 a Pt/p-C3N4 byly připraveny nanesením platinového kovu na povrch C3N4 za použití in situ fotoredukce (nanášení pod UV světlem). Fyzikálně-chemické vlastnosti fotokatalyzátorů byly charakterizovány rentgenovou difrakční analýzou, infračervenou spektroskopií, UV Vis spektroskopií, rentgenovou fotoelektronovou spektroskopií, fotoluminiscenční spektroskopií, fotoelektrochemickým měřením, skenovací a transmisní elektronovou mikroskopií. Fotokatalytický rozklad N2O v přítomnosti připravených fotokatalyzátorů probíhal ve vsádkovém fotoreaktoru z nerezové oceli a jako zdroj záření byla použita 8 W Hg lampa o vlnové délce 254 nm, která byla umístěna v křemenné trubici ve středu fotoreaktoru. Fotokatalytický rozklad N2O byl studován v časovém intervalu 0-14 hodin. Rovněž byla studována fotolýza, kdy rozklad N2O probíhal pouze v přítomnosti UV záření bez účasti fotokatalyzátoru. Z vyhodnocení experimentálních dat fotokatalytického rozkladu oxidu dusného bylo zjištěno, že nejvyšší konverze N2O po 14 hodinách bylo dosaženo v přítomnosti čistého fotokatalyzátoru p-C3N4. Hodnoty konverze N2O po 14 hodinách ozařování klesly v pořadí: p-C3N4 > g-C3N4 > 3%Pt/p-C3N4 > 3%Pt/g-C3N4 > fotolýza. Zvýšení fotokatalytické aktivity u polymerních C3N4 bylo způsobeno metodu přípravy, která umožnila připravit materiál s vyšším specifickým povrchem a s nižší rychlostí rekombinace generovaných nábojů. Získané výsledky jsou v souladu s fotoelektrochemickým měřením.

Abstract:

This bachelor thesis is focused on the photocatalytic decomposition of nitrous oxide in the presence of photocatalysts on the base of carbon nitride. The main goal of this work is to decompose one of the most important greenhouse gases, namely nitrous oxide, on to the natural components of the environment into oxygen and nitrogen by using prepared photocatalysts. The g-C3N4 a p-C3N4 photocatalysts were prepared in two different ways and the Pt/g-C3N4 and Pt/p-C3N4 nanocomposites were prepared by depositing platinum metal on to the surface of C3N4 by using in situ photo deposition method. Physico-chemical properties of photocatalysts were characterized by X-ray powder diffraction, infrared spectroscopy, UV Vis spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, photoluminescence spectroscopy, photoelectrochemical measurements, scanning and transmission electron microscopy. The photocatalytic decomposition of N2O in the presence of the prepared photocatalysts was carried out in stainless steel batch photoreactor and an 8 W Hg lamp with a wavelength of 254 nm was used as a radiation source, which was placed in a quartz tube in the middle of the photoreactor. The photocatalytic decomposition of N2O was studied over a time interval of 0-14 hours. The photolysis was also studied, when the decomposition of N2O took place only in the presence of UV radiation without the participation of a photocatalyst. From the evaluation of the experimental data of the photocatalytic decomposition of nitrous oxide, it was found that the highest conversion of N2O after 14 hours was achieved in the presence of the photocatalyst p-C3N4. The values of N2O conversion decreased after 14 hours of irradiation in the order of: p-C3N4 > g-C3N4 > 3%Pt/p-C3N4 > 3%Pt/g-C3N4 > photolysis. Increased photocatalytic activity of polymeric C3N4 was caused by the method of preparation, which made it possible to prepare a material with a higher specific surface area and a lower rate of recombination of the generated charges. The obtained results are in accordance with the photoelectrochemical measurement.

Keywords

fotokatalýza, fotokatalytický rozklad, N2O, g-C3N4, p-C3N4

Keywords

photocatalysis, photocatalytic decomposition, N2O, g-C3N4, p-C3N4

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 30. 4. 2019

Thesis defence

• Date of defence: 23. 6. 2020
• Supervisor: Kamila Kočí
• Reader: Miroslava Edelmannová

VSB – Technical University of Ostrava

Fakulta materiálově-technologická

Bachelor programme / field:
Procesní inženýrství / Procesní inženýrství a metody kontroly kvality