hrvatski

TiO2 fotokataliza – održiva tehnologija obrade voda

Poluvodička fotokataliza ima široku primjenu za razgradnju brojnih organskih i anorganskih onečišćivala u otpadnim vodama. Velik broj poluvodičkih oksida pokazuje dobru fotokatalitičku aktivnost. Među njima je nano TiO2 vrlo prikladan fotokatalizator zbog svojih nekoliko prednosti kao što su: kemijski i biološki je inertan, fotokatalitički aktivan, lako se proizvodi i koristi, nije skup, nije toksičan i prihvatljiv je za okoliš. Fotokatalitička svojstva TiO2 proizlaze iz nastajanja fotogeneriranih šupljina, h+, i elektrona, e-, do kojeg dolazi apsorpcijom ultraljubičastog svjetla koje odgovara energiji njegove zabranjene zone, Ebg. Kada se površina poluvodičkog fotokatalizatora ozrači svjetlom energije jednake ili veće od Ebg, dolazi do pobuđivanja elektrona iz valentne u vodljivu vrpcu što rezultira nastajanjem pozitivnih šupljina u valentnoj vrpci. Proizvedeni parovi elektron-šupljina, h+e-, mogu se ili rekombinirati uz oslobađanje topline, , ili odvojenim putevima doći do površine poluvodičkog materijala gdje mogu reagirati s vrstama adsorbiranim na površini. Pozitivne šupljine reagiraju s adsorbiranim molekulama vode, dajući hidroksilne radikale (•OH). Šupljine i hidroksilni radikali oksidiraju organske molekule na površini TiO2. Elektroni reduciraju kisik pri ćemu nastaju superoksid radikal anioni (O2•−). U fotokatalitičkoj razgradnji onečišćivala, kada se procesi redukcije kisika i oksidacije onečišćivala ne odvijaju istovremeno, dolazi do nakupljanja elektrona u vodljivoj vrpci što uzrokuje rekombinaciju parova elektron-šupljina, a to umanjuje fotokatalitičku djelotvornost. Prema tome, djelotvorno trošenje elektrona je bitno da potiče fotokatalitičku oksidaciju. Najvažniji i temeljni elementi za uspješan fotokatalitički sustav su katalizator, izvor svjetla i konfiguracija reaktora. Dizajn fotokemijskih reaktora je složen. Tip zračenja i smještaj izvora svjetla u reaktorskom sustavu dominantni su za dizajn fotoreaktora. U heterogenoj poluvodičkoj fotokemiji, nasuprot tradicionalnoj homogenoj fotokemiji, problem dizajna reaktora je još složeniji zbog prisutnosti čvrstog fotokatalizatora. Kinetike razgradnje u jednostavnim sustavima s jednim onečišćivalom pokazuju vrlo slična obilježja. Kinetika fotokatalitičke mineralizacije onečišćivala s TiO2 fotokatalizatorom općenito odgovara Langmuir-Hinshelwood-ovom kinetičkom modelu.

poluvodička fotokataliza; TiO2; otpadne vode; razgradnja onečišćivala; kinetika fotomineralizacije; dizajn fotoreaktora

nije evidentirano