Fotokatalytický rozklad oxidu dusného na tenkých filmech TiO2 připravených prostřednictvím různých sol-gel technik.

Klára Vágnerová

Master's thesis

Photocatalytic decomposition of nitrous oxide using TiO2 thin films prepared by various sol-gel techniques

Abstract:

Diplomová práce je zaměřená na fotokatalytický rozklad oxidu dusného v přítomnosti katalyzátorů TiO2, které jsou připraveny různými sol-gel technikami a mají různý počet nanesených vrstev. Cílem práce bylo zjistit, zda použití odlišných metod přípravy a různý počet nanesených vrstev má vliv na fotokatalytický rozklad oxidu dusného. Tenké vrstvy TiO2 byly připraveny jak metodou ZSG, tedy kysele katalyzovaným sol – gel procesem a metodou MSG, tzn. sol – gel proces řízený v reverzně micelárním prostředí. Katalyzátory byly v obou případech připraveny se 3 a 4 vrstvami. Pomocí metody mikroskopie atomárních sil byla u jednotlivých typů vrstev studována povrchová morfologie a rozdíly v drsnosti. Optické vlastnosti připravených vrstev byly vyhodnoceny metodou UV-Vis spektroskopie a tloušťka vrstev byla vyhodnocena pomocí rentgenové difrakce. Před samotným fotokatalytickým rozkladem oxidu dusného byl proveden fotolytický rozklad oxidu dusného, tedy reakce bez přítomnosti katalyzátoru. Reakce byla provedena ve dvou typech vsádkových reaktorů, které se lišily svou geometrií. Cílem bylo určit, která z daných geometrií reaktorů je vhodnější pro fotokatalytický rozklad oxidu dusného. Při fotolýze byly dále použity dva různé zdroje záření. Prvním z nich byla 8 W Hg lampa s vlnovou délkou 254 nm, druhým byla 8 W Hg lampa s vlnovou délkou 365 nm. Po vyhodnocení výsledků fotolýzy, byl pro následné měření aktivity připravených tenkých vrstev TiO2 použit reaktor R3 a jako zdroj záření lampa s vlnovou délkou 365 nm. Aktivita testovaných katalyzátorů klesala v pořadí 3V MSG > 4 V MSG > 4V ZSG > 3V ZSG. Lze říci, že aktivnějšími tenkými filmy byly ty, které byly připraveny procesem řízeným v reverzně micelárním prostředí. Bylo zjištěno, že na fotokatalytický rozklad oxidu dusného má vliv zvolený způsob přípravy katalyzátorů i daný počet vrstev. Dále měla na fotokatalytickou redukci také vliv geometrie použitého reaktoru a zdroj záření.

Abstract:

This diploma thesis focuses on photocatalytic decomposition of nitrous oxide in presence of TiO2 catalysts prepared by various sol-gel techniques and having different number of applied layers. The aim of the thesis is to find out if an application of different preparation methods and different number of applied layers has an effect on photocatalytic decomposition of nitrous oxide. The thin layers of TiO2 were prepared by ZSG method (i.e. acidly catalyzed sol-gel process) and by MSG method (i.e. sol-gel process regulated in reverse micellar environment). Catalysts were prepared with three and four layers in both cases. The surface morphology and the roughness differences of particular types of the layers were studied by the method of atomic force microscopy. Optical properties of the layers were evaluated by UV-Vis spectroscopy and the layers thickness was evaluated by X-ray diffraction. Before the photocatalytic decomposition of nitrous oxide the photolytic decomposition of nitrous oxide (i.e. the reaction without the catalysts) was performed. The reaction was performed in two types of annular batch reactors, which differed by their geometry. The aim was to determine which geometry is more suitable for the photocatalytic decomposition of nitrous oxide. In the process of photolysis two different radiation sources – the 8 W Hg lamp with 254 nm wavelength and the 8 W Hg lamp with 365 nm wavelength were used. After the photolysis results evaluation the R3 reactor and the 365 nm wavelength lamp were used for subsequent activity measuring of prepared thin layers of TiO2. The activity of tested catalysts decreased in the order 3V MSG > 4 V MSG > 4V ZSG > 3V ZSG. It was obvious that the more active thin layers were those prepared by the process regulated in reverse micellar environment. Finally, it was found out that the process of photocatalytic decomposition of nitrous oxide is influenced by chosen method of catalyst’s preparation, by the number of the layers, by the reactor geometry and also by radiation source.

Keywords

Fotokatalytický rozklad, oxid dusný, fotokatalyzátor, sol – gel metody

Keywords

Photocatalytic decomposition, nitrous oxide, photocatalyst, sol-gel methods metod

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 30. 4. 2014

Thesis defence

• Date of defence: 27. 5. 2014
• Supervisor: Kamila Kočí
• Reader: Lucie Obalová

VŠB - Technical University of Ostrava

Fakulta metalurgie a materiálového inženýrství

Master programme / field:
Procesní inženýrství / Chemické inženýrství