СИНТЕЗА И КАРАКТЕРИЗАЦИЈА НАНОСТРУКТУРНИХ МАТЕРИЈАЛА НА БАЗИ ЦИНК-ОКСИДА, ТИТАН-ДИОКСИДА И ЦЕРИЈУМ-ДИОКСИДА ЗА ПРИМЕНУ У ФОТОКАТАЛИЗИ

Abstract

У овој дисертацији представљено је добијање фотокаталитички активних материјала на бази цинк-оксида, титан-диоксида и церијум-диоксида у циљу уклањања штетних текстилних боја из отпадних вода. Главне методе синтезе биле су солво- и хидротермална, а у појединим случајевима је коришћена и преципитациона. Испитана су структурна, морфолошка, термичка, текстурална, оптичка и фотокаталитичка својства добијених наноматеријала: ZnO, ZnO модификованог сребром, TiO2, различитих титаната натријума, CeO2, као и нанокомпозита CeO2/ZnO и TiO2/ZnTiO3. Између наночестица ZnO добијених солвотермалном синтезом и микроштапића ZnO добијених хидротермалним процесом нема значајне разлике у фотокаталитичкој активности. Нанопрахови Ag/ZnO синтетисани преципитационом методом су мање ефикасни у разградњи боје RO16 у односу на солвотермално добијене нанопрахове Аg/ZnО. Девет производа на бази TiO2 је добијено при различитим условима хидротермалног третмана полазног наноанатаса у раствору NaOH. Једнофазни титанат Na0,4H1,6Ti2O5·H2O, који је неактиван за разградњу RО16, добијен је након најинтезивнијег третмана. Испитан је утицај различитих прекурсора, коришћених при хидротермалној синтези, на добијање CeO2 и његова својства. Иако ниједан добијени нанопрах CeO2 није показао значајну фотокаталитичку активност за разградњу RО16, онај добијен из CeCl3·7H2O показао се као одличан адсорбент. Код ZnO прахова са различитим садржајем CeO2 одређен је оптималан удео CeО2 у циљу побољшања фотокаталитичке ефикасности ZnО. Композит који садржи 5 mol.% CеО2 има бољу фотокаталитичку ефикасност приликом разградње RО16 у односу на немодификовани ZnО. Приликом синтезе композита на бази ТiО2 и ZnО добијен је нанокомпозит са 42 mas.% TiO2 и 58 mas.% ZnTiO3 који има већу ефикасност него ТiО2 приликом уклањања боје АG25.

The synthesis of photocatalytic materials based on ZnO, TiO2 and CeO2 for textile wastewater treatment is presented in this dissertation. The main synthetic procedures were solvo- and hydrothermal but, the precipitation method was used as well. The structural, morphological, thermal, textural, optical and photocatalytic properties of the obtained nanomaterials: ZnO, Аg modified ZnO, TiO2, various Na titanates, CeO2, CeO2/ZnO and TiO2/ZnTiO3 nanocomposites, were examined. There was no significant difference in photocatalytic activity between the solvothermally obtained ZnO nanoparticles and hydrothermally prepared ZnO microrods. Based on degradation of RO16, all the Ag/ZnO nanopowders obtained by the precipitation method were less efficient than ones synthesized by the solvothermal method. TiO2-based products were obtained by the hydrothermal treatment of starting nanoanatase using NaOH solution under different conditions. The single Na0.4H1.6Ti2O5·H2O, which was inactive for degradation RO16, was obtained after the most intensive treatment. The influence of different precursors used in the hydrothermal synthesis, on the properties of obtained CeO2 nanopowders was investigated. Although none of obtained CeO2 did not show any significant photocatalytic activity to RO16, one synthesized from the CeCl3·7H2O exhibited adsorption property. In order to improve the photocatalytic efficiency of ZnO, the optimal CeO2 content in ZnO powders was determined. The composite containing 5 mol% of CeO2 showed better photocatalytic efficiency in the degradation of RO16 compared to the unmodified ZnO. The nanocrystalline composite containing 42 wt% of TiO2 and 58 wt% of ZnTiO3, was obtained within the try to synthesize TiO2/ZnO composites, was more efficient than the TiO2 in removal of AG25.