Vliv kobaltu na strukturní, povrchové a fotokatalytické vlastnosti CeO2

Bc. Martin VOPAT

Master's thesis

Effect of cobalt on structural, surface and photocatalytic properties of CeO2

Abstract:

Tato diplomová práce se zaměřuje na přípravu dopovaných a kompozitních nanomateriálů na bázi oxidu ceričitého s kobaltem pro fotokatalytickou degradaci polutantů vod. Nanomateriály byly připraveny dvěma přístupy. V prvním bylo snahou kobalt dopovat do struktury oxidu ceričitého, zatímco v druhém deponovat kobalt na povrch oxidu. Při druhé metodě depozice byla při syntéze použita silice hřebíčku, modifikující účinnosti deponace. Zájmovými polutanty vod byly v této práci vybrané endokrinní disruptory a léčiva. Součástí práce je literární rešerše, zabývající se popisem vybraných polutantů, jejich osudem v životním prostředí a možnostmi expozice člověka. Dále se rešerše zabývá stručným popisem oxidu ceričitého a přípravou CeO2 modifikovaných kobaltem. V experimentální části práce byly připraveny dvě sady nanomateriálů na bázi Co/CeO2 koprecipitační metodou ve vodném prostředí a byly charakterizovány rentgenovou difrakcí, rentgenovou fluorescencí, infračervenou a Ramanovou spektroskopií, fyzisorpcí dusíku a elektronovým mikroskopem. Těmito metodami byly popsány jejich vlastnosti jako je prvkové složení, specifický měrný povrch, porozita či velikost a tvar částic. Dále byly studovány adsorpční a degradační vlastnosti připravených oxidů, a to na vybraných modelových látkách bisfenol-A, diklofenak a sulfadimethoxin. Připravený oxid ceričitý a jeho analogy s kobaltem, v závislosti na složení, měnily významně své vlastnosti. Modifikací CeO2 kobaltem byla zvýšena účinnost fotokatalytické degradace, jak naznačuje sledování kinetiky degradačních reakcí a stupně konverze.

Abstract:

This thesis focuses on the preparation of doped and composite cerium oxide nanomaterials based on cobalt for photocatalytic degradation of water pollutants. The nanomaterials were prepared by two approaches. In the first one, an attempt was made to dope cobalt into the cerium oxide structure, while in the second one to deposit cobalt on the oxide surface. In the second deposition method, clove essential oil was used in the synthesis to modify the deposition efficiency. The water pollutants of interest in this work were selected endocrine disruptors and pharmaceuticals. The work includes a literature search dealing with the description of the selected pollutants, their fate in the environment and the possibilities of human exposure. Furthermore, the search deals with a brief description of cerium oxide and the preparation of cobalt-modified CeO2. In the experimental part of the work, two sets of Co/CeO2-based nanomaterials were prepared by coprecipitation method in aqueous media and characterized by X-ray diffraction, X-ray fluorescence, infrared and Raman spectroscopy, nitrogen physisorption and electron microscopy. These methods were used to describe their properties such as elemental composition, specific surface area, porosity or particle size and shape. Furthermore, the adsorption and degradation properties of the prepared oxides were studied on selected model substances bisphenol-A, diclofenac and sulfadimethoxine. The prepared cerium oxide and its analogues with cobalt, depending on the composition, changed their properties significantly. The modification of CeO2 with cobalt enhanced the degradation efficiency in photocatalysis, as indicated by monitoring the kinetics of degradation reactions and the degree of conversion.

Keywords

oxid ceričitý, kobalt, fotokatalytická degradace, endokrinní disruptory, léčiva

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 27. 6. 2024

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Jiří Henych, Ph.D.

JAN EVANGELISTA PURKYNĚ UNIVERSITY IN ÚSTÍ NAD LABEM

Faculty of Science

Master programme / field:
Analytical Environmental Chemistry and Toxicology / Analytical Environmental Chemistry and Toxicology