Synthesis of TiO2-Graphene composites for the photocatalytic degradation of organic pollutants in the aqueous phase

Abstract

Στην παρούσα εργασία μελετήθηκε η δημιουργία οξειδίου του γραφίτη, η χρήση του για την σύνθεση στερεών σύνθετων καταλυτών καθώς και η εφαρμογή τους στη διαδικασία αποδόμησης οργανικών ρύπων. Τα συνθετικά μέρη αυτών των καταλυτών είναι το Ισοπροποξείδιο του τιτανίου(TIP,) που είναι πρόδρομη ένωση του TiO2, και το Οξείδιο του Γραφενίου(GO).

Το πρώτο βήμα της εργασίας ήταν ο σχεδιασμός των πειραμάτων, η κατασκευή του θαλάμου ακτινοβόλησης και η λειτουργία του εξοπλισμού ο οποίος θα χρησιμοποιείτο. Δεύτερο βήμα αποτέλεσε η παραμετροποίηση των διατάξεων και των συσκευών . Οι παράμετροι οι οποίοι μεταβλήθηκαν ήταν αρκετοί πράγμα που σημαίνει μεγάλο εύρος και αριθμό πειραμάτων. Συγκεκριμένα ήταν: ο χρόνος, η θερμοκρασία, το pH, οι διαλύτες, οι συγκεντρώσεις του Γραφενίου σε σχέση με το Τιτάνιο και οι οργανικοί ρύποι προς διάσπαση.

Η παραμετροποίηση της διάταξης συγκεκριμένα πραγματοποιήθηκε σε δύο διαδικασίες: Πρώτη Διαδικασία-Σύνθεση Καταλυτών με τη χρήση Υδροθερμικού Αντιδραστήρα Η διαδικασία σύνθεσης εστιάσθηκε στις μεταβλητές εκείνες του συστήματος ώστε να επιτευχθεί η βέλτιστη αναγωγή του οξειδίου Γραφενίου και παράλληλα η σύζευξη του με το TIP. Αυτές οι μεταβλητές ήταν ο χρόνος της αντίδρασης, το pH, η θερμοκρασία, ο διαλύτης που χρησιμοποιήθηκε και η συγκέντρωση του γραφενίου και τιτανίου . Δεύτερη διαδικασία- Αποδόμηση των Οργανικών Ρύπων Στη διαδικασία αποδόμησης των οργανικών ρύπων, έχοντας επιτύχει την σύνθεση του βέλτιστου καταλύτη μέσω της προηγούμενης διαδικασίας, στόχος ήταν η επίτευξη της βέλτιστης προσρόφησης του ρύπου καθώς και στην ταχύτερη αποδόμηση του υπό UV irradiation, μεταβάλλοντας το χρόνο ακτινοβόλησης και τον εκάστοτε ρύπο. Ο διαλύτης ήταν το νερό ο οποίος και παρέμεινε σταθερός για όλα τα πειράματα.

The main topic of this Thesis is the creation of the graphite oxide, the synthesis of complex solid catalysts and their application in the process of degradation of organic pollutants. The major components of these catalysts are titanium isopropoxide (TIP,) which is a precursor of TiO2, and the graphene oxide (GO).

The first step of this work was the design of the experiments, the construction of the irradiation chamber and the operation of the equipment would be used. Second step was the configuration of devices and appliances. The parameters which were changed, that means a long range and number of experiments. The parameters was: the time, temperature, pH, the solvents, the concentration of graphene, Titanium dioxide and organic pollutants.

The configuration of the stractures specifically made in two procedures: First Process: Synthesis Catalysts using hydrothermal Reactor The synthesis process focused on those variables of the system to achieve optimal reduction of graphene oxide and coupling it with the TIP. These variables were the reaction time, pH, temperature, the solvent that used and the concentration of graphene and titanium. Second Process: Degradation of Organic Pollutants In the degradation process of organic pollutants, having achieved the synthesis of the optimal catalyst through the previous process, the aim was to achieve optimal absorption of the pollutant and faster degradation under UV irradiation, changing the irradiation time and the relevant pollutants. The solvent was water which remained constant for all experiments.