Degradace mikroplastů pomocí fotokatalýzy

Bc. Karolína ZRNÍKOVÁ

Master's thesis

Degradation of microplastics using photocatalytic reaction

Abstract:

S rozvojem průmyslu a polymerní chemie se rozrostla také produkce plastů a výrobků z nich. Dnes se s plasty setkáváme každý den jako s obalovými materiály, vlákny v oblečení a v prostředcích osobní péče. Skoro polovina všech produkovaných plastů je v současnosti polyethylen a polypropylen. Použitý plastový odpad se obvykle shromažďuje na pevnině ve skládkách, v horších případech je nekontrolovatelně odhazován a vyvážen do moří. Podstatné znečistění sladkovodních toků pochází z praní prádla. Skoro 60 % všech nalezených plastových částic jsou vlákna, další kuličky a fragmenty. Každý plastový výrobek vlivem působení světla, srážek, mechanických působením a zahříváním degraduje na menší částice, mikroplasty. Tyto plastové částice vstupují do organismu, nejčastěji skrze trávicí trakt, a způsobují tak zdravotní problémy nejen vodním organismům, ale také lidem, kteří denně požívají stovky částic mikroplastu. Vzhledem ke komplikacím, které z požití mikroplastů plynou, je stále nutné hledat nové způsoby jejich degradace. Oxid titaničitý i oxid zinečnatý jsou již dlouhou dobu známy jako materiály vhodné a účinné v oboru fotokatalýzy. Bohužel samy o sobě jsou k degradaci plastů málo efektivní, proto se tato práce zabývá jejich úpravou, redukcí nanočástic na jejich povrch, a zkoumáním zlepšení jejich efektivity v ohledu degradace polyethylenových mikrokuliček. V praktické části práce je zkoumána efektivita degradace výše zmíněného mikroplastického materiálu čistými oxidy TiO2 a ZnO a jejich kompozity s mědí, kobaltem nebo kobalt ferritem (TiO2/Cu, TiO2/Co, TiO2/CoFe2O4 a ZnO/Cu, ZnO/Co, ZnO/CoFe2O4) při rozdílné koncentraci katalyzátoru a času reakce. Efektivita byla vyhodnocena ze snímků elektronového mikroskopu v režimu SEM. Ze snímků z optického mikroskopu byla stanovena konečná velikost a velikostní distribuce, která byla porovnána s původním vzorkem mikroplastů.

Abstract:

With the development of industry and polymer chemistry, the production of plastics and products made from them also grew. Today, we encounter plastics every day as packaging materials, fibers in clothing and personal care products. Almost half of all produced plastics are currently polyethylene and polypropylene. Used plastic waste is usually collected on land in landfills, in worse cases it is uncontrollably discarded and exported to the seas. Substantial pollution of freshwater streams comes from laundry. Almost 60% of all plastic particles found are fibers, other balls and fragments. Every plastic product degrades into smaller particles, microplastics, due to exposure to light, precipitation, mechanical action and heating. These plastic particles enter the body, most often through the digestive tract, and thus cause health problems not only for aquatic organisms, but also for people who ingest hundreds of microplastic particles daily. Considering the complications that result from the ingestion of microplastics, it is still necessary to look for new methods of their degradation. Titanium dioxide and zinc oxide have long been known as suitable and effective materials in the field of photocatalysis. Unfortunately, by themselves, they are not very effective for the degradation of plastics, therefore this work deals with their modification, the reduction of nanoparticles on their surface, and the investigation of improving their effectiveness in terms of the degradation of polyethylene microspheres. In the practical part of the work, the effectiveness of the degradation of the aforementioned microplastic material with pure TiO2 and ZnO oxides and their composites with copper, cobalt or cobalt ferrite (TiO2/Cu, TiO2/Co, TiO2/CoFe2O4 and ZnO/Cu, ZnO/Co, ZnO /CoFe2O4) at different catalyst concentration and reaction time was examined. Efficiency was evaluated from electron microscope images in SEM mode. From the optical microscope images, the final size and size distribution were determined and compared to the original sample of microplastics.

Keywords

mikroplasty, znečištění, fotokatalýza, kompozit, nanočástice mědi, nanočástice kobaltu, kobalt ferrit, degradace

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 22. 4. 2024

Thesis defence

• Supervisor: doc. RNDr. Robert Prucek, Ph.D.

Palacký University Olomouc

Faculty of Science

Master programme / field:
Nanomaterial Chemistry / Nanomaterial Chemistry