Bizmut-volframát és bizmut-vanadát alakformált fotokatalizátorok előállítása és alkalmazhatóságának vizsgálata

Előnézet	PDF (disszertáció) Download (3MB) | Előnézet
Előnézet	PDF (tézisfüzet) Download (793kB) | Előnézet
Előnézet	PDF (tézisfüzet) Download (255kB) | Előnézet

Magyar nyelvű absztrakt

Míg a fejlett országokban többnyire megoldott a fogyasztótól kikerülő szennyvíz tisztítása, addig a fejlődő országokban komoly problémát jelent még az emberi fogyasztásra alkalmas ivóvíz előállítása is. A legtöbb ilyen esetben a hagyományos víztisztítási eljárások szóba sem jöhetnek, így szükséges más alternatív megoldást találni a problémát okozó szennyezők eltávolítására. Jó megoldás lehet a nagyhatékonyságú oxidációs eljárások (AOP-k) közül a heterogén fotokatalízis, mely korunk egyik legdinamikusabban fejlődő víztisztítási eljárása. A fotokatalízis alapját egy félvezető anyag, a fotokatalizátor adja, melyet elegendő csupán fénnyel megvilágítani ahhoz, hogy a szerves szennyezők degradációját elindítsa. Ha a félvezető elektron- és sávszerkezete lehetővé teszi, akkor a gerjesztést a kisebb energiájú látható fénnyel is előidézhetjük, ami a napfény hasznosítása szempontjából előnyösebb, mint a nagyobb energiájú UV fénnyel történő gerjesztés. Itt kap nagy hangsúlyt a látható fényre aktív fotokatalizátorok fejlesztése, mint például a bizmut-volframát és bizmut-vanadát. Közismert, hogy a fotokatalitikus aktivitás hatékonysága nagymértékben függ a fotokatalizátor fizikai-kémiai tulajdonságaitól, mint például a részecskeméret, morfológia, tiltottsáv-szélesség stb. E tulajdonságok közül kitüntetett szerepe van fotokatalizátor (mikro)morfológiájának és hierarchiai szerveződési szintjeinek, melyek a szintézis során különböző módszerekkel finomhangolhatók. Ezt nevezzük irányított kristályosításnak, azaz alakszobrászatnak, amely során a tervezett alkalmazás szempontjából kedvező morfológiai tulajdonságokat hangsúlyozhatjuk ki. Kutatómunkám során bizmut-volframát és bizmut-vanadát félvezető fotokatalizátorok alakirányított előállítását tűztem ki célul. A bizmut-volframát kristályosítása során vizsgálni kívántam a szintézisidő, a kalcinálás és az adalékanyagok hatását a keletkező mikrokristályok fizikai-kémiai tulajdonságaira, valamint a fotokatalitikus aktivitására. Az eredmények fényében célom volt egy morfológiai sorozat előállítása, amelyet a szintézis során használt adalékanyagok szisztematikus változtatásával terveztem elérni. Munkám célja ezzel egy egyértelmű és minden kétséget kizáró kapcsolat feltárása volt az előállított morfológiai sorozat, a használt adalékanyagok és a fotokatalitikus aktivitások között. A kutatómunkám második felében bizmut-vanadát kristálylaporientált mikrorészecskék előállítása volt a cél, melyet a szintéziselegy pH-jának változtatásával értem el. Egyértelmű kapcsolatot szerettem volna feltárni a fotokatalitikusan aktív (040)-ás kristálylap mennyisége és két modellszennyező, a rodamin B és az oxálsav fotokatalitikus bomlása között. Mindemellett bizonyítani kívántam, hogy a (040)-ás lap nemcsak a fotokatalízisben, hanem más kémiai reakció során is kulcsszerepet játszik.

Absztrakt (kivonat) idegen nyelven

While in the developed countries the wastewater treatment is mostly solved, in the developing countries the major problem is even the production of water suitable for human consumption. In most of these cases, conventional water purification processes are irrelevant, so it is necessary to find another alternative purification method to remove the pollutants that cause this problem. Heterogeneous photocatalysis among advanced oxidation processes (AOP’s) may be a good solution, which is one of the most dynamically developing recent water purification method. Heterogeneous photocatalysis is based on a semiconductor material, a photocatalyst, which can be activated with light irradiation to initiate the degradation of organic pollutants. If the electron- and band structure of the semiconductor allows, the excitation can be induced by visible light, a lower energy irradiation, which is more advantageous for the utilization of sunlight than the higher energy UV light excitation. Consequently, the development of visible light active photocatalysts such as bismuth tungstate and bismuth vanadate are a major priority. It is well-known that the photocatalytic efficiency highly depends on the physical-chemical properties of the photocatalyst, such as particle size, morphology, band-gap, etc. Among these properties, the photocatalyst (micro)morphology and hierarchical organization levels have a prominent role, making possible a fine-tuning of the properties by during their synthesis. This is the so-called controlled crystallization, i.e. shape-tailoring, which favors the development of such morphological properties which are favorable to a specific application. During my research, I aimed to shape control bismuth tungstate and bismuth vanadate semiconductor photocatalysts. In case of bismuth tungstate, the effect of the synthesis time, the calcination, and the additives on the physical-chemical properties of the microcrystals and as well the photocatalytic activity were intensively investigated. Considering the results, a morphological series was sought, which was obtained by changing the used additives systematically during the synthesis, in order to explore a clear relationship between the produced morphological series, the used additives and the photocatalytic activities. In the second part of my work, the synthesis of specific crystal facet dominated bismuth vanadate microparticles were targeted by solvothermal crystallization fine-tuned by the change of the pH of the synthesis mixture. The relationship between the amount of photocatalytically active (040) crystal facet and the photocatalytic degradation of two model pollutants, the rhodamine B and the oxalic acid was targeted. However, the crucial role of (040) crystal facet in other chemical reaction was also planned .

Tétel nézet