Příprava nanostrukturovaného TiO2 využitelného pro snižování znečištění životního prostředí

Lukáš Polách

Bachelor's thesis

Preparation of nanostructured TiO2 for mitigation of environmental pollution

Abstract:

Tato bakalářská práce se zabývá přípravou nanostrukturovaného TiO2 z titanyl sulfátu a zpracováním podkritickou vodou, charakterizací jeho strukturních a texturních vlastností a testováním jeho fotokatalytické aktivity ve fotooxidaci azobarviva Acid Oranž 7. TiO2 byl připraven z koloidního roztoku titanyl sulfátu dvěma metodami, hydrotermální a zárodkovou, a zpracováním podkritickou vodou při různých teplotách (25-200°C) a tlacích (10-30 MPa). Byl studován vliv různé velikosti částic zpracovávaného prekursoru, teploty a tlaku podkritické vody na krystalizaci TiO2. Strukturní vlastnosti TiO2 byly charakterizovány prostřednictvím Ramanovy spektroskopie, texturní vlastnosti jako je specifický povrch či objem pórů byly stanoveny pomocí fyzisorpce dusíku. K vyhodnocení fotodegradačních experimentů byla využita UV-vis spektrometrie. Bylo zjištěno, že rozdílná velikost částic prekursoru zpracovávaného podkritickou vodou nemá vliv na strukturu a velikost krystalitů TiO2. Teplota podkritické vody má klíčový vliv na krystalizaci TiO2 na rozdíl od tlaku, jehož vliv nebyl pozorován. Zatímco při zpracování hydrotermálně připraveného prekursoru krystalizuje TiO2 anatas, při zpracování zárodkově připraveného prekursoru do teploty 100°C při 10 MPa vzniká titanát sodný, za vyšší teploty 200°C při 10 a 30 MPa krystalizuje TiO2 anatas. TiO2 anatas z hydrotermálně připraveného prekursoru vykazuje výrazně větší specifický povrch i fotokatalytickou aktivitu než TiO2 anatas ze zárodkově připraveného prekursoru. Titanát sodný vykazuje nulovou fotokatalytickou aktivitu.

Abstract:

This bachelor thesis deals with preparation of nanostructured TiO2 from titanyl sulphate and by subcritical water processing, characterization of TiO2 structural and textural properties and investigation of photocatalytic activity in photo-oxidation of azo-dye Acid Orange 7. TiO2 was prepared from colloid solution of titanyl sulphate by using two methods, hydrothermal and nuclei method, and by subcritical water processing at different temperatures (25-200°C) and pressures (10-30 MPa). The effect of different particle-size of precursor, temperature and pressure of subcritical water on TiO2 crystallization was studied. TiO2 structural properties were characterized by Raman spectroscopy, textural properties such as the specific surface area and the pore volume were determined by nitrogen physisorption. UV-vis spectrometry was used for evaluation of photodegradation tests. It was revealed that different particle-size of precursor processed by subcritical water does not affect TiO2 crystal structure and crystallite-size. Contrary to pressure, the temperature of subcritical water plays the key role in TiO2 crystallization. While TiO2 anatase crystallizes by subcritical water processing of hydrothermally-prepared precursor, by processing of nuclei-prepared precursor Na/H titanate is formed up to 100°C at 10 MPa and TiO2 anatase crystallizes at higher temperature of 200°C at 10 a 30 MPa. TiO2 anatase from hydrothermally-prepared precursor shows significantly higher specific surface area and photocatalytic activity than TiO2 anatase from nuclei-prepared precursor. Na/H titanate does not show any photocatalytic activity.

Keywords

oxid titaničitý, titanyl sulfát, podkritická voda, mikrostruktura, fotokatalýza

Keywords

titanium dioxide, titanyl sulphate, subcritical water, microstructure, photocatalysis

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 30. 4. 2015

Thesis defence

• Date of defence: 9. 6. 2015
• Supervisor: Lenka Matějová
• Reader: Kamila Kočí

VŠB - Technical University of Ostrava

Fakulta metalurgie a materiálového inženýrství

Bachelor programme / field:
Procesní inženýrství / Chemické a fyzikální metody zkoušení materiálu