Fotokatalytická degradace oxidu dusnatého na tenkých filmech různým obsahem ceru dopovaného TiO2

Marek Solný

Master's thesis

Photocatalytic degradation of nitrogen oxide on various amount of cerium doped TiO2 thin films

Abstract:

Diplomová práce se zabývá vlivem modifikování tenkých filmů oxidu titaničitého cerem na fotokatalytickou degradaci oxidu dusnatého. Fotokatalyzátory TiO2 s obsahem ceru 0,7; 1,4 a 6,3 hm. % byly připraveny metodou sol-gel a poté kalcinovány. Připravené fotokatalyzátory byly naneseny na betonové bločky a skleněnou destičku. K charakterizaci připravených fotokatalyzátorů byla použita rentgenová difrakční analýza, rentgenová fluorescenční analýza, UV-VIS spektrometrie a fyzisorpce dusíku. Fotokatalytická aktivita připravených fotokatalyzátorů byla testována na rozkladu NO v průtočném reaktoru sestaveném dle normy ISO 22197-1-2007. Vzorek fotokatalyzátoru, nanesený v tenké vrstvě na betonovou nebo skleněnou destičku byl přes skleněný průzor ozařován UV lampou zářením o vlnové délce 365 nm. Experimentálně bylo určeno optimální hmotnostní množství ceru na tenkém filmu TiO2, z hlediska maximální konverze NO. Konverze oxidu dusnatého při fotokatalytické degradaci NO klesala s rostoucím obsahem ceru. Fotokatalytická aktivita tenkých filmů TiO2 klesala v následujícím pořadí: 0,7 hm. % Ce >1,4 hm. % Ce> 6,3 hm. % Ce. Konverze NO v přítomnosti tenkého filmu TiO2 s obsahem ceru 0,7 hm. % dosahovala po ustálení 30 %. Konverze NO v přítomnosti tenkých filmů TiO2 s vyšším obsahem ceru (1,4 a 6,3 hm. %) byla výrazně nižší a to 15 a 5 %. Diplomová práce se zabývá vlivem modifikování tenkých filmů oxidu titaničitého cerem na fotokatalytickou degradaci oxidu dusnatého. Fotokatalyzátory TiO2 s obsahem ceru 0,7; 1,4 a 6,3 hm. % byly připraveny metodou sol-gel a poté kalcinovány. Připravené fotokatalyzátory byly naneseny na betonové bločky a skleněnou destičku. K charakterizaci připravených fotokatalyzátorů byla použita rentgenová difrakční analýza, rentgenová fluorescenční analýza, UV-VIS spektrometrie a fyzisorpce dusíku. Fotokatalytická aktivita připravených fotokatalyzátorů byla testována na rozkladu NO v průtočném reaktoru sestaveném dle normy ISO 22197-1-2007. Vzorek fotokatalyzátoru, nanesený v tenké vrstvě na betonovou nebo skleněnou destičku byl přes skleněný průzor ozařován UV lampou zářením o vlnové délce 365 nm. Experimentálně bylo určeno optimální hmotnostní množství ceru na tenkém filmu TiO2, z hlediska maximální konverze NO. Konverze oxidu dusnatého při fotokatalytické degradaci NO klesala s rostoucím obsahem ceru. Fotokatalytická aktivita tenkých filmů TiO2 klesala v následujícím pořadí: 0,7 hm. % Ce >1,4 hm. % Ce> 6,3 hm. % Ce. Konverze NO v přítomnosti tenkého filmu TiO2 s obsahem ceru 0,7 hm. % dosahovala po ustálení 30 %. Konverze NO v přítomnosti tenkých filmů TiO2 s vyšším obsahem ceru (1,4 a 6,3 hm. %) byla výrazně nižší a to 15 a 5 %. Nejaktivnější fotokatalyzátor byl rovněž nanesen v tenké vrstvě také na skleněnou destičku, přičemž měřením byl potvrzen předpoklad nízké, fakticky nulové, fotokatalytické aktivity. Toto bylo pravděpodobně způsobené nanesením nižšího množství fotokatalyzátoru a nižší adsorpcí oxidu dusnatého na hladkém povrchu skla. Fotokatalytická degradace oxidu dusnatého je slibnou metodou budoucnosti a to zejména po nalezení optimálního fotokatalyzátoru, který zvýší účinnost metody a umožní fotokatalytickou degradaci oxidu dusnatého v oblasti viditelného záření. Fotokatalytická degradace oxidu dusnatého je slibnou metodou budoucnosti a to zejména po nalezení optimálního fotokatalyzátoru, který zvýší účinnost metodya umožní fotokatalytickou degradaci oxidu dusnatého v oblasti viditelného záření.

Abstract:

This Diploma thesis deals with an influence of modifying thin films of titanium dioxide by cerium for the photocatalytic degradation of nitric oxide. Photocatalysts TiO2 with cerium content of 0.7; 1.4 and 6.3 wt. % were prepared by the sol-gel method followed by calcination. Prepared photocatalysts were applied on concrete blocks and a glass plate. Prepared photocatalysts were characterized by X-ray diffraction analysis, X-ray fluorescence analysis, UV-Vis spectrometry and nitrogen physisorption. Photocatalytic activity of prepared photocatalysts was tested on decomposition of NO in a flow reactor constructed according an ISO 22197-1-2007 norm. A sample of photocatalysts, which was applied in a thin layer on concrete block or glass plate, was irradiated by a UV lamp through a glass visor with radiation of wavelength 365 nm. The optimal content of cerium on a thin layer of TiO2 was determined experimentally based on maximum conversion of NO. The conversion of nitric oxide during the photocatalytic degradation of NO decreased with increasing cerium content. The photocatalytic activity of prepared TiO2 thin layers decreased in this order: 0.7 wt. % Ce > 1.4 wt. % Ce > 6.3 wt. % Ce. The conversion of 30 % after stabilization was achieved in the presence of TiO2 thin film with 0.7 wt.% of cerium. The conversion of NO in the presence of TiO2 thin layers with higher content of cerium (1.4 and 6.3 wt. %) was significantly lower, 15 % and 5 %, respectively. The most active photocatalyst was also applied in a thin layer on a glass plate, whereas the measurement confirmed the assumption of low, basically zero, photocatalytic activity. This was probably caused by applying of a lower amount of photocatalyst and a lower adsorption of nitric oxide on smooth glass surface. The photocatalytic degradation of nitric oxide is a promising method of the future, especially after finding the optimal photocatalyst, which will increase the efficiency of the method and allow the photocatalytic degradation of nitric oxide in the range of visible light.

Keywords

fotokatalýza, rozklad, Ce/TiO2, NO

Keywords

photocatalysis, degradation, Ce/TiO2, NO

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 5. 5. 2016

Thesis defence

• Date of defence: 31. 5. 2016
• Supervisor: Kamila Kočí
• Reader: Libor Čapek

VŠB - Technical University of Ostrava

Fakulta metalurgie a materiálového inženýrství

Master programme / field:
Procesní inženýrství / Chemické inženýrství