REPOZITORIJ > REZULTATI

Povzetek

Voda je eden najpomembnejših naravnih virov na Zemlji. Čeprav je prisotna na našem planetu v izobilju, postaja onesnaženost vodnih virov eden glavnih ekoloških problemov. To je razlog, da bomo vedno potrebovali ustrezne tehnologije za čiščenje industrijskih in komunalnih odpadnih vod kot tudi za pripravo pitne vode. Izkazalo se je, da obstoječe tehnologije velikokrat niso učinkovite pri odstranjevanju nevarnih organskih snovi, zaradi česar je potreben tudi razvoj novih, t. i. naprednih oksidacijskih postopkov (AOP), ki so sposobni v celoti odstraniti nevarne organske spojine. V iskanju novih in/ali izboljšanih postopkov odstranjevanja organskih spojin iz vod sem se v okviru svojega doktorskega dela osredotočil na preiskave procesa fotoelektrokatalize in njegovo uporabo za razgradnjo organskih onesnažil v vodnih medijih. V okviru svojega doktorskega dela sem tako načrtoval, sestavil in meril učinkovitost fotoelektrokatalitičnih reaktorjev s trdno vezanim fotokatalizatorjem na osnovi nanocevk TiO₂. Cilj mojih raziskav sta bila razvoj novih fotoelektrokatalitičnih reaktorjev in študij vpliva različnih izvedb reaktorjev in pogojev obratovanja na učinkovitost takih čistilnih naprav.
V prvem delu doktorske naloge sem se osredotočil na sintezo in karakterizacijo aktivnega fotokatalizatorja v obliki nanocevk TiO₂, ki sem jih pridobil z anodno oksidacijo različnih oblik kovinskega titana (navitje, folija, mreža). Preiskal sem vpliv parametrov anodne oksidacije in pogojev žganja na morfologijo nanocevk ter na njihovo fotokatalitično aktivnost. Ugotovil sem, da so imele najboljšo fotokatalitično aktivnost TiO₂-nanocevke, ki so bile sintetizirane z anodno oksidacijo 6 ur pri napetosti 60 V in ki so bile naknadno termično obdelane 1 uro pri 450 °C. Sintetizirane polikristalinične TiO₂-nanocevke so bile dolge približno 40 µm z velikostjo posameznih zrn v razponu od 5 do 10 nm. Rentgenska praškovna difrakcija je potrdila, da so imele nanocevke TiO₂ anat azno kristalno strukturo.
V drugem delu doktorskega dela sem se posvetil načrtovanju in karakterizaciji dveh izvedb fotoelektrokatalitičnih reaktorjev: mikroreaktorja z navitji ter reaktorja s titanovimi folijami. Fotoelektrokatalitično aktivnost mikroreaktorjev sem določ ev al z razgradnjo kofeina in fenola pri različnih pretokih in prevodnostih raztopine, intenziteti UV-svetlobe ter priključeni električni napetosti. V mikroreaktorju z eno aktivno fotoanodo sem uporabil štiri različne postavitve anode in katode. V najbolj fotokatalitično učinkoviti izvedbi mikroreaktorja je bil 1 ml 40 mg L⁻¹ kofeina po priključitvi pozitivne napetosti na anodo popolnoma razgrajen v 55 minutah. Ugotovil sem, da na fotokatalitično aktivnost mikroreaktorja najbolj odločujoče vplivata položaj in površina katodnih navitij. Večjo izvedbo mikroreaktorja z daljšimi aktivnimi navitji sem uporabil za fotokatalitično, elektrokatalitično in fotoelektrokatalitično razgradnjo fenola. Največja začetna koncentracija raztopine fenola (približno 457 mg L⁻¹) je bila v celoti razgrajena pri napetosti 16 V, intenziteti UV-svetlobe 28 mW cm⁻² in pri pretoku 50 µL min⁻¹. V raziskavi sem predlagal mehanizem fotokatalitične in fotoelektrokatalitične razgradnje fenola in ga preveril s tridimenzionalnim matematičnim modelom, ki opisuje procese, ki se odvijajo med delovanjem mikroreaktorja. Izdelal sem tudi večji fotoelektrokatalitični reaktor, ki je sestavljen iz luknjičastih titanovih folij. Ta reaktor omogoča razgradnjo organskih snovi pri večjih pretokih tekočega medija, kot so možni v mikroreaktorjih z navitji.