Orsaken till många av de vanligast förekommande sjukdomarna främst i utvecklingsländer är förorenat och osäkert dricksvatten. Ett exempel på ett utvecklingsland med sådan problematik är Kenya där cirka 17,2 miljoner invånare saknar rent dricksvatten. Landet är i behov av ekonomiskt hållbara och effektiva vattenreningstekniker för att minska antalet vattenrelaterade sjukdomar. En sådan teknik är fotokatalytisk vattenrening. Fotokatalysens grundläggande beståndsdelar är UV-ljus och ett halvledande material, som exempelvis titandioxid. Det vatten som ska renas kombineras med titandioxid, samtidigt som titandioxiden exponeras för solljus. När mikroorganismer och föroreningar i vattnet kommer i kontakt med titandioxiden startar en nedbrytningsprocess. Som slutprodukt erhålls vanligtvis koldioxid och vatten. Det finns dock begränsningar i den fotokatalytiska tekniken. Föroreningar och mikroorganismer transporteras till titandioxidytan via en masstransport, för att sedan adsorbera till ytan där nedbrytningen äger rum. Slutprodukterna desorberar därefter från ytan till vattenvolymen, vilket ofta är en långsam process. Vidare måste vatten med hög turbiditet filtreras innan det kan genomgå en fotokatalytisk behandling, vilket är både tidskrävande och kostsamt. Syftet var att undersöka huruvida begränsningarnas negativa inverkan kan reduceras genom att  använda titandioxidbelagda solabsorberande material, som antas höja temperaturen och resultera i en snabbare desorptionsprocess. Den fotokatalytiska tekniken kombinerades även med en förbehandling med protein från Moringafrön. Partiklar i vattnet attraheras och adsorberar till proteinet, som sedan sedimenterar och ett mer transparent vatten kvarstår. För att kunna utvärdera de solabsorberande ytornas effekt jämfördes de med titandioxidbelaga glasprover. Två metoder användes för att jämföra effektiviteten. En reaktor användes för att mäta nedbrytningen av en modellförorening som färgar vattnet blått. Den andra metoden innebar att jämföra färgskiftningen hos samma modellförorening, där en snabbare färgskiftning indikerar en snabbare nedbrytning av modellföroreningen. Samma metoder användes på vatten med hög turbiditet som behandlats med fröproteinet, för att mäta dess potential som förbehandlingsmetod. Antalet bakteriekolonier beräknades i vattenprov innan behandling och efter för att jämföra reduceringen av antalet bakteriekolonier. Resultatet som erhölls indikerade att de solabsorberande proverna effektiviserar den fotokatalytiska processen både med avseende på degradering av föroreningar och inaktivering av bakterier. Stora problem uppstod med att fästa titandioxiden på de solabsorberande proverna, vilket fortfarande är ett olöst problem. Resultatet visade även att en förbehandling med fröprotein från Moringa för att minska turbiditeten fungerade effektivt och är en lämplig förbehandling av vatten som sedan ska genomgå en fotokatalytisk process.

Fotokatalys är en reaktion som kan användas vid rening av avloppsvatten vilket är viktigt då avloppsvatten är en källa till smittspridning, till exempel kan bakterien E. coli spridas genom otillräckligt renat vatten. Titandioxid i kombination med UV- strålning skapar en fotokatalytisk reaktion i vatten som bryter ner mikroorganismer med hjälp av de fria radikaler som bildas. Syftet med projektet är att med hjälp av tre appliceringsmetoder fästa titandioxid på en termoplastisk textil. Härigenom skapas en vattenrenande textil. Syftet är också att öka den effektiva ytan jämfört med tidigare exempel i litteraturen för att på sätt få högre effektivitet. Ett tema för projektet är alltså att skapa en lämplig textil konstruktion för textil fotokatalys i ett modellsystem. Under den här kandidatuppsatsen, som har genomförts på Textilhögskolan i Borås, har ålgräsängar använts som inspirationskälla under skapandet av en textil konstruktion. Ålgräs (Zostera Marina) växer på havsbottnar och utgörs av långa vajande stjälkar. Ålgräs är enhjärtbladiga växter och som sådana klorofyllbärande. De kan sålunda fånga solljus. Ålgräs växer i ängar och vid framtagning av konceptet till den tänka strukturen mimikera strukturen hos dessa ålgräsängar. Härigenom uppnås en större effektiv yta och en struktur som syftar till att bättre ta om hand det infallande solljuset än tidigare konstruktioner. Tuftning som sällan används för tekniska textilier kommer brukas för denna biometriska struktur. Tre appliceringsmetoder för titandioxid har studerats vidhäftning med hjälp av TPU film, användning av UV-härdande akrylat och insmältning. Insmältning undersökte huruvida det gick att smälta fast titandioxid i pulverform direkt på garnet. Materialva- let i detta modellsystem var polypropen, valet av polypropen grundar sig i att det är en termoplast och som sådan är smältbar och flyter i vatten, likt ålgräs. Dessutom är den hydrofob, billig och frigör inga hälsoskadliga ämnen vid användning. Det konstruera- des en produktionslinje för att producera metervara av titandioxidbelagt polypropen garn genom insmältning. Detta var ett försök till att effektivisera och ta fram nytän- kande appliceringsmetoder. Resultatet blev en produktionslinje som kunde producera metervara av titandioxidbelagt garn genom insmältning. Fotokatalytisk aktivitet indikerades med hjälp av metylenblå. Av testresultaten kunde det konstateras att när titandioxid applicerats på garn med hjälp av en TPU film erhölls bäst fotokatalytiska egenskaper. Beläggning med hjälp av UV-härdande akrylat funge- rar också men det befanns vara något sämre. En bakterieanalys genomfördes för att ytterligare säkerhetsställa effekten av appliceringsmetoderna. Under testet användes vatten från Viskan för att resultatet skulle återspegla en verklighetsnära situation. Re- sultaten visade även här att TPU filmen var den bästa appliceringsmetoden. Bakterie- halten i vatten behandlat med fotokatalytisk TPU applicerad titandioxid kunde dras ner till tusenfalt drickbara nivåer. Analyser av SEM-bilder gav en ökad förståelse för varför de olika beläggningsmetoderna fungerade så som de gjorde. Då både den foto- katalytiska analysen och bakterieanalysen indikerade på att en reaktion mellan titandi- oxiden och UV-ljuset uppstått med önskad effekt.

Photoredox catalysis applications for the purpose of new synthetic routes in organic and sustainable chemistry are hot topics in organic synthesis today. In the present study, the synthesis of a chiral proline-based organocatalyst functionalized with 10-phenyl-10H phenothiazine (PTH) photocatalytic moietiesis investigated and attempted for the first time. PTH, an organic photocatalyst, isstudied for its photocatalytic activity in different organic reactions, such as dehalogenation of aromatic halides and the pinacol coupling reaction between aromatic aldehydes. These transformations are otherwise difficult to achieve without a suitable catalyst and the reactions were performed with moderate to high yields. / Applikationer av photoredox-katalys med syftet att generera nya syntetiska vägar inom organisk och hållbar kemi är populära ämnen i organisk syntes idag. I denna studien undersöktes för första gången syntesen av en kiral prolinbaserad organokatalysator som är funktionaliserad med fotokatalytiska enheter (10-fenyl-10H-fenotiazin (PTH)). Den fotokatalytiska aktiviteten av PTH studerades för olika organiska reaktioner, såsom t.ex. dehalogenering av aromatiska halider och pinacolkopplingar mellan aromatiska aldehyder. Dessa transformationer är annars svåra att uppnå utan en lämplig fotokatalysator och reaktionerna utfördes med måttliga till höga utbyten.

Today’s society strives to eliminate the carbon dioxide (CO2) emissions, which is the main greenhouse gas emitted through anthropogenic activities and contributes to climate change. In this project utilization of CO2 emissions from waste to energy plants to carbohydrates via photocatalytic reduction with water and further carbon coupling reactions is investigated. Two routes for the synthesis of carbohydrates have been investigated. Both methods use photocatalytic reduction of carbon dioxide to methanol and then proceed via different steps to produce carbohydrates or their precursors. The first route uses aldol condensation as the main method for the formation of carbon-carbon bonds and the second route is based on the formose reaction that uses formaldehyde as a reactant. The waste incineration plant selected for this study was the one located in Kil, Sweden. This plant processes 15590 tons of waste per year and emits 16366.5 tons of carbon dioxide per year. In order to separate carbon dioxide from the flue gas stream, MEA absorption was chosen as the best option due to its high efficiency. The presented processes have negative carbon dioxide emissions due to the fact that they convert of 16.4% of the waste incineration CO2 emissions into useful products and do not generate any emissions of their own. The aldol condensation pathway exhibits an efficiency of 1.3% when considering only food industry products and 2.5% when including other products that are useful to manufacture solvents, lubricants, or pharmaceuticals. The total amount of food industry products obtained is 3.9 kg/h with the energy requirements being was 159550 kJ/kgproduct. The formose reaction route yields 15.4 kg/h of only food industry products, mainly glucose, and exhibits an efficiency of 5%. The power requirements equal to 90099 kJ/kgproduct. The formose route was found to have higher yield and efficiency, and to be more energy consuming but also more energy efficient. Economic data was difficult to find due to the fact that photocatalytic processes are not commercial yet. / Dagens samhälle strävar efter att eliminera koldioxidutsläppen (CO2), som är den viktigaste växthusgasen som släpps ut genom antropogena aktiviteter och påverkar klimat. Den här projekten undersöker användning av koldioxidutsläpp från avfall till energianläggningar till produktion av kolhydrater via fotokatalytisk reduktion med vatten och ytterligare kolkopplingsreaktioner. Projekten utforskar två vägar för syntes av kolhydrater. Båda metoderna använda fotokatalytisk reduktion av koldioxid till metanol. Kolhydrater eller deras ursprungsmaterial syntetiseras via olika steg nedströms den fotokatalitiska processen. Den första vägen använder aldolkondensation som huvudmetod av kol-kolbindningar och den andra vägen baseras på formosreaktionen som använder formaldehyd som reaktant. Den avfallsförbränningsanläggning som valts ut för denna studie var den i Kil, Värmland, Sverige. Denna anläggning behandlar 15590 ton avfall per år och släpper ut 16366,5 ton koldioxid per år. För att separera koldioxid från rökgasströmmen valdes MEA-absorption som det bästa alternativet på grund av dess höga effektivitet. De presenterade processerna har negativa koldioxidutsläpp på grund av att de omvandlar 16,4% av koldioxid från avfallsförbränning till användbara produkter och inte genererar  egna utsläpp. Aldolkondensationsvägen uppvisar en effektivitet på 1,3% om man endast beaktar livsmedelsindustrins produkter och 2,5% om man gör andra produkter som är användbara för att tillverka lösningsmedel, smörjmedel eller läkemedel. Den totala mängden av livsmedelsprodukter är 3,9 kg / h och energibehovet är lika med 159550 kJ / kg produkt. Formosreaktionsvägen ger 15,4 kg / h av livsmedelsindustrin produkt, huvudsakligen glukos, och uppvisar en effektivitet på 5%. Effektkraven är lika med 90099 kJ / kg produkt. Formosvägen visade sig ha högre utbyte och effektivitet och vara mer energikrävande men också mer energieffektiv. Ekonomiska data var svåra att hitta på grund av att fotokatalytiska processorn ännu inte är kommersiell.

Treatment of wastewater using magnetic technology is a rising field. In this thesis, the latest research on the subject is reviewed and several adsorbents with different coatings, which impart them unique properties, are discussed. Separation of particles from aqueous solution using magnetic technology is more convenient compared to conventional techniques, such as filtration and centrifugation. The adsorbents described in this thesis are effective for adsorption of several types of contaminants, such as heavy metals and different types of dyes.    Magnetic microspheres were synthesised using porous polystyrene microspheres as template. The microspheres were first sulfonated using chlorosulfonic acid followed by stirring in the presence of ferrous chloride which then was oxidised and magnetic nanoparticles were formed on the surface.    The sulfonated microspheres had a surface area of 420 m2/g and the magnetic 175 m2/g, indicative of Fe3O4 nanoparticles were successfully formed in the pores. The weight fraction of the Fe3O4 nanoparticles in the magnetic microspheres was 33 %.    Adsorption and desorption studies of the cationic dye, methylene blue, using mesoporous magnetic microspheres were performed. The results show that the mesoporous magnetic microspheres have good ability to adsorb methylene blue at low concentrations. In a cycle study the adsorption efficiency were nearly 100 % throughout the study. Using a 6/4 EtOH/H2O with saturated KCl solution the desorption efficiency in the cycle study were about 95 %.      The microspheres were used as carriers for TiO2 in order to overcome the problem with the separation of TiO2 from solution. The TGA results show that the microspheres contained about 12 % of TiO2. The TiO2 coated microspheres were used for the photocatalytic degradation of phenol. However, the TiO2 microspheres did not work. This was a result from that the phenol had too little contact with the TiO2. A possible way of solving this problem could be to decrease the size of the microspheres, thus increase the surface area.    Lysozyme was adsorbed and separated using the porous microspheres. The lysozyme adsorption worked best at pH 9.6, which is the pI for lysozyme. The lysozyme could be extracted from the microspheres by using a pH 13 buffer. Also, by using MeOH/H2O and EtOH/H2O solutions with saturated KCl the lysozyme could be desorbed. An adsorption and desorption mechanism was also presented. / Vattenrening med magnetisk teknologi är en ny och alltmer uppmärksammad teknik. Magnetisk separation är ett enkelt och snabbt sätt att separera något från en lösning. Magnetisk separation är mer lätthanterligt jämfört med traditionell separationsteknik såsom centrifugering och filtrering.  Med porösa polystyren mikrosfärer som mall, syntetiserades magnetiska mikrosfärer. Först så sulfonerades mikrosfärerna med klorosulfonisk syra, följt av att de rördes om i en järnkloridlösning. Magnetiska nanopartiklar bildades i porerna och på ytan av mikrosfärerna.    Sulfonerade mikrosfärerna hade en specifik ytarea på 420 m2/g och de magnetiska 175　m2/g, detta indikerar att Fe3O4-nanopartiklar bildades på ytan och i porerna. Massfraktionen av Fe3O4 var 33 %.    Adsorption- och desorptionsstudier på de magnetiska mikrosfärerna utfördes. Färgämnet metylblått användes i studien. Resultaten visade att magnetiska mikrosfärerna hade en bra adsorptionsförmåga vid låga koncentrationer av metylblått. Cykelstudier visade att adsorptionsverkningsgraden var nära 100 % under flera adsorptionscykler. Desorptionsförsök med olika lösningsmedel visade att en mättad KCl 6/4 EtOH/H2O lösning gav en desorptions-verkningsgrad på ca 95 %.   Mikrosfärerna användes som mall och kärna för att syntetisera en TiO2-fotokatalysator, detta för att överkomma problemet som finns med separation av rent TiO2 pulver från lösning. TGA resultaten visade att mikrosfärerna innehöll ca 12 % TiO2. De syntetiserade TiO2-mikrosfärerna användes till att bryta ner fenol fotokatalytiskt. Dock fungerade inte detta experiment. En anledning var att fenolen hade för lite kontakt med TiO2. En lösning på detta problem är att använda mikrosfärer med högre specifik ytarea.    Proteinet lysozym användes som modellprotein för försök att separera proteiner från lösning genom att använda porösa mikrosfärer. Resultatet visade att lysozym kunde adsorberas vid pH 9.6. Med en pH 13 buffer kunde lysozymet sedan extraheras från mikrosfärerna. En mekanism för adsorptionen och desorptionen på mikrosfärerna presenterades.

Microplastics take hundreds to thousands of years to degrade in nature, and pose a threat to the environment. A photocatalytical degradation method have been developed to take advantage of solar light to degrade microplastics, however it takes several months to degrade microplastics with the process. The purpose of this study is to enhance the degradation rate of microplastics by synthesizing a material where photocatalysis is combined with Fenton reaction. A material with zinc oxide nanorods coated with tin oxide and decorated with iron particles (𝑍𝑛𝑂/𝑆𝑛𝑂2/𝐹𝑒0) was synthesized and used to degrade methylene blue, polystyrene and polypropylene. The result show that the degradation rate with a 𝑍𝑛𝑂/𝑆𝑛𝑂2/𝐹𝑒0 – sample is faster than with a 𝑍𝑛𝑂 – sample, and that it can be used to degrade polystyrene and polypropylene.Students’ view on researchers can affect the development of their interest and attitude towards science. Study visits to laboratories have been used to increase students’ interest and give them new experiences. The purpose of this study is to investigate what and how high school students learn during a study visit to a nanotechnology laboratory, and how the study visit affects high school students’ interest and motivation for research and learning. A study visit with 5 stations was organized, and students were given a questionnaire about what they learned during the study visit. Thematic analysis was used to analyze the students’ answers. The result shows that the study visit increased students’ interest in research, and the importance of designing stations so that they are connected to students’ previous knowledge and are within their proximal development zone. / Mikroplaster tar hundratals till tusentals år att bryta ner i naturen och utgör ett hot mot miljön. En fotokatalytisk nedbrytningsprocess har utvecklats där solljus utnyttjas för att bryta ner mikroplaster, dock tar det flera månader att bryta ner mikroplaster med den processen. Syftet med denna studie är att förbättra nedbrytningshastigheten av mikroplaster genom att syntetisera ett material där fotokatalys kombineras med Fenton-reaktion. Ett material med zinkoxid nanorör belagda med tennoxid och dekorerade med järnpartiklar (𝑍𝑛𝑂/𝑆𝑛𝑂2/𝐹𝑒0) syntetiserades och användes för att bryta ner metylenblått, polystyren och polypropen. Resultatet visar att nedbrytningshastigheten med 𝑍𝑛𝑂/𝑆𝑛𝑂2/𝐹𝑒0 – materialet är snabbare än med ett 𝑍𝑛𝑂 – material, och att 𝑍𝑛𝑂/𝑆𝑛𝑂2/𝐹𝑒0 – materialet kan användas för att bryta ned polystyren och polypropen.Elevers syn på forskning och forskare kan påverka utvecklingen av deras intresse och inställning till vetenskap. Studiebesök på laboratorier har använts för att öka elevernas intresse och ge dem nya erfarenheter. Syftet med denna studie är att undersöka vad och hur gymnasieelever lär sig under ett studiebesök i ett nanotekniklaboratorium och hur studiebesöket påverkar gymnasieelevernas intresse och motivation för forskning och lärande. Ett studiebesök med 5 stationer organiserades och eleverna fick ett frågeformulär om vad de lärde sig under studiebesöket. Tematisk analys användes för att analysera elevernas svar. Resultatet visar att studiebesöket ökade elevernas intresse för forskning och vikten av att utforma stationer så att de är kopplade till elevernas tidigare kunskaper och ligger inom deras proximala utvecklingszon.