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Untersuchungen zur Herstellung multifunktionaler Photokatalysator-SystemeBösche, Jan. January 2001 (has links) (PDF)
Hannover, Universiẗat, Diss., 2001.
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Synthese und Charakterisierung photokatalytisch aktiver, anorganischer Core-Shell-NanopartikelWilhelm, Patrick. Unknown Date (has links) (PDF)
München, Techn. Universiẗat, Diss., 2007.
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Photokatalytische Behandlung von biologisch schwer abbaubaren Wasserverunreinigungen mit Titandioxid und simuliertem SonnenlichtPeñafiel Ayala, Ródny. Unknown Date (has links) (PDF)
Techn. Universiẗat, Diss., 2002--Berlin.
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New flavins and their application to chemical photocatalysisSchmaderer, Harald January 2009 (has links)
Regensburg, Univ., Diss.,
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Möglichkeiten des photokatalytischen Abbaus umweltrelevanter Stickstoffverbindungen unter Einsatz von TiO2Klare, Martin. Unknown Date (has links) (PDF)
Universiẗat, Diss., 1999--Dortmund.
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Funktionelle Beschichtung von Mikrostrukturen und Entwicklung eines photokatalytisch arbeitenden MikroreaktorsGorges, Roger. Unknown Date (has links) (PDF)
Universiẗat, Diss., 2004--Jena.
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Synthese und Charakterisierung von Bismut(III)-basierten Halbleitern ausgehend von homo- und heterometallischen BismutoxidoclusternWeber, Marcus 16 March 2021 (has links)
Die vorliegende Arbeit ist auf die Synthese und Charakterisierung von Bismutoxidoclustern als Vorstufen zur Darstellung Bismut(III)-basierter Halbleiter fokussiert, gefolgt von den Untersuchungen zum photoinduzierten Abbau von Schadstoffen in wässriger Lösung unter Bestrahlung mit sichtbarem Licht in Anwesenheit der dargestellten Halbleiter. Bismut(III)-nitrat wird durch Hydrolyse und Kondensation in Lösung unter kontrollierten Bedingungen zu mehrkernigen Bismutoxidonitratclustern der Form [Bi38O45(NO3)24(DMSO)28+δ] umgesetzt. In der Anwesenheit von Cer(III)-nitrat erfolgt die Synthese eines heterometallischen Bismutoxidonitratclusters der Form [Bi38O45(NO3)24(DMSO)28+δ]:Ce, welcher zur Darstellung von Cer-dotiertem Bismut(III)-oxid geeignet ist. Der gezielte Ligandenaustausch an Bismutoxidonitratclustern liefert unter Erhalt der Clusterkernstruktur die bislang größten Iodid-funktionalisierten Bismutoxidocluster, z.B. [Bi38O46I21(NO3)(DMSO)19.5]. Die Darstellung von Bismut(III)-basierten Halbleitern erfolgt sowohl im Mikrowellenreaktor unter hydro- und solvothermalen Bedingungen als auch über die Hydrolyse ausgewählter Vorstufen bei Raumtemperatur, gefolgt von der thermischen Zersetzung im Festkörper. Aufgrund der Reaktivität der alkalischen Reaktionsmischung der Bismut(III)-haltigen Vorstufe mit SiO2-basierten Glasgeräten unter der Bildung von Bi12SiO20 – einer Verbindung vom Sillenit-Strukturtyp – erfolgen detaillierte Untersuchungen zur Unterscheidung vom isomorphen γ-Bi2O3 (Sillenit). Die Umsetzung von Bismutoxidoclustern mit Schwefel-, Selen- und Rhenium-haltigen Zusätzen führt zur Stabilisierung neuartiger kubischer Mischoxide der Form δ-Bi2O3:M (M = S, Se, Re). Im System Bi2O3–TeO3–Na2O wird u.a. eine neue Verbindung vom doppelten Perowskit-Strukturtyp erhalten. Die neuartigen Bismutoxidoiodidcluster werden durch die kontrollierte thermische Zersetzung in verschiedene Bismut(III)-oxidiodide überführt. Die erhaltenen Bismut(III)-basierten Halbleiter eignen sich für den photoinduzierten Abbau von organischen Schadstoffen – wie Rhodamin B und Triclosan – in wässriger Lösung unter Bestrahlung mit sichtbarem Licht. Die Charakterisierung der dargestellten Verbindungen erfolgt unter anderem mit Pulverröntgendiffraktometrie, Einkristall-Röntgenbeugung, Infrarot- und Raman-Spektroskopie, Kernspinresonanzspektroskopie, CHNS- und CHN-Analyse, Rasterelektronenmikroskopie, Energiedispersiver Röntgenspektroskopie, Elektrosprayionisations-Massenspektrometrie, Röntgenphotoelektronenspektroskopie sowie der Thermogravimetrischen Analyse und der Dynamischen Differenzkalorimetrie.
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Kombinierter biologisch-photokatalytischer Abbau von umweltrelevanten Stickstoffverbindungen zur Reinigung von landwirtschaftlichen Abwässern mit bewachsenen Pflanzenfiltern und TiO2/UVEbbinghaus, Thorsten. Unknown Date (has links) (PDF)
Universiẗat, Diss., 2002--Dortmund.
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New multifunctional nanocomposites for sustainable wastewater treatmentWang, Jiao 08 November 2021 (has links)
Water pollution is a major environmental issue, which mankind is facing in modern times. Pollutants (especially dyes, antibiotics and bacteria) released by human activity into wastewater are harmful to humans, animals and water bodies. Therefore, it is urgent to remove these pollutants from wastewater. Amongst conventional wastewater tertiary treatment techniques, there are adsorption and advanced oxidation processes (AOPs) including photocatalysis. These two methodologies can have important benefit from the use of nanomaterials. Despite the plethora of reports about adsorption or photocatalysis for wastewater treatment, there are still some issues in this field, i.e.:
(1) In photocatalysis, one of the most common photocatalysts, titanium dioxide (TiO2), has been widely used to degrade organic pollutants in water, but it has the limitation to be operated by ultraviolet (UV) light and, therefore, by means of a non-sustainable and high associated cost methodology.
(2) Most of the literature presented one material to remove only one kind of pollutant at a time. However, as we all know, wastewater is a complex matrix comprising several species.
(3) Most researchers have used only one technique, e.g. adsorption or photocatalysis, to treat wastewater. However, adsorption or photocatalysis has its own limitations, which may be overcome by their combined use. Only few researchers combined adsorption and photocatalysis for wastewater treatment and this field is still in its infancy.
(4) Few research reports deal with nanocomposites simultaneously possessing antibacterial activity and the ability to remove organic pollutants of different chemical composition and properties, such as dyes and antibiotics.
(5) After wastewater treatment, the recovery and the reuse of the photocatalytic materials used as slurry photocatalysts are generally problematic.
The aim of this thesis is to tackle some of these issues by developing new multifunctional nanocomposites capable of removing different kinds of pollutants – namely dyes, antibiotics and bacteria – from wastewater through a sustainable and cost-effective treatment. Moreover, the new nanocomposites will have to be easy to recover and reusable. In this context, different kinds of polymer-based magnetic nanocomposites comprising a core of Fe3O4/poly(N-isopropylacrylamide-co-methacrylic acid) (Fe3O4/P(NIPAM-co-MAA)) microspheres were prepared. To reach this aim, the different kinds of nanomaterials to be combined in the composites were synthesized and thoroughly studied.
The first material is silver-titanium dioxide nanoparticles (Ag-TiO2 NPs), which were prepared by synthesizing Ag NPs on the surface of commercial TiO2 P25 via a photochemical reduction method. Compared with TiO2 P25, the prepared Ag-TiO2 NPs showed enhanced visible light photocatalytic degradation of the two antibiotics ciprofloxacin (CIP) and norfloxacin (NFX). Besides, the visible light photocatalytic mechanism of Ag-TiO2 NPs underlying the photodegradation of CIP was studied. Moreover, recycling experiments of Ag-TiO2 NPs demonstrated that Ag-TiO2 NPs could be reused. Last but not least, Ag-TiO2 NPs displayed an excellent ability to inhibit the growth of Escherichia coli (E. coli).
Subsequently, Fe3O4/P(NIPAM-co-MAA) microspheres were prepared and characterized according to a previously published procedure.
After the single components were obtained, studied and characterized, a large part of the thesis was devoted to the preparation of the Fe3O4/P(NIPAM-co-MAA)/Ag-TiO2 nanocomposites, which showed excellent adsorption, photocatalytic and antibacterial activities. The new multifunctional nanocomposites could not only adsorb dyes like basic fuchsin (BF), but also degrade antibiotics like CIP and NFX under visible light irradiation. More importantly, the nanocomposites could adsorb and degrade the pollutants mixture (BF and CIP) in water under visible light irradiation and showed good antibacterial activity towards E. coli. Due to the superparamagnetic properties of Fe3O4 NPs, the nanocomposites could be easily reused.
Finally, another material, polyamidoamine (PAMAM) dendrimer-grafted Fe3O4/P(NIPAM-co-MAA) nanocomposite, was prepared by combining the previously prepared Fe3O4/P(NIPAM-co-MAA) microspheres with dendrimers. The obtained nanocomposites showed excellent adsorption activities towards differently charged dyes. In particular, thanks to the carboxylic groups on MAA in the Fe3O4/P(NIPAM-co-MAA) microspheres, the nanocomposites could adsorb positively charged dyes (e.g. BF), while, thanks to the amino groups on PAMAM dendrimers, also negatively charged dyes such as methyl orange (MO) could be adsorbed. Due to the superparamagnetic properties of the Fe3O4 NPs, the nanocomposites could be easily reused.
In conclusion, these multifunctional nanocomposites in this thesis work overcame some current limitations, which hinder the use of nanomaterials in wastewater treatment applications, thereby providing an ecologically promising and effective method for reducing water pollution.:Declaration of primary authorship iii
Acknowledgments v
Abstract vii
Kurzfassung ix
List of figures xvii
List of tables xxiii
Nomenclature xxv
Chapter 1: Introduction 1
1.1 Motivation 1
1.2 Challenges 1
1.3 Aim of the thesis 2
1.4 Outline of the thesis 3
Chapter 2: Fundamentals 5
2.1 Pollutants in wastewater 5
2.2 Adsorption technique for wastewater treatment 6
2.2.1 Activated carbon 7
2.2.2 Zeolites 7
2.2.3 Polymers 8
2.3 Photocatalysis 11
2.3.1 History of TiO2 in photocatalysis 12
2.3.2 TiO2 crystalline phases 12
2.3.3 TiO2 photocatalytic mechanism under UV light irradiation 13
2.3.4 Parameters influencing the photocatalytic efficiency of TiO2 16
2.4 Development of visible light-responsive TiO2 photocatalysts 19
2.4.1 Non-metal doping 20
2.4.2 Metal doping 20
2.4.3 Dye sensitization 21
2.4.4 Coupled semiconductors 22
Chapter 3: Materials and experimental methods 23
3.1 Materials 23
3.2 Protocols 27
3.2.1 Preparation of Ag-TiO2 NPs 27
3.2.2 Preparation of Fe3O4/P(NIPAM-co-MAA)/Ag-TiO2 nanocomposites 27
3.2.3 Preparation of PAMAM dendrimer-grafted Fe3O4/P(NIPAM-co-MAA) nanocomposites 28
3.3 Characterization methods 29
3.3.1 High Resolution Transmission Electron Microscopy (HRTEM) 30
3.3.2 Attenuated Total Reflectance-Fourier Transform Infrared (ATR-FTIR) spectroscopy 30
3.3.3 X-ray powder Diffraction (XRD) 30
3.3.4 UV-Vis Diffuse Reflectance Spectroscopy (UV-Vis DRS) 30
3.3.5 Fluorometer 31
3.3.6 Brunauer-Emmett-Teller (BET) surface area analysis 31
3.3.7 Vibrating Sample Magnetometer (VSM) 31
3.3.8 Thermal Gravimetric Analysis (TGA) 31
3.4 Photocatalytic activity measurements 31
3.4.1 Visible light photocatalytic activity of TiO2 P25 and Ag-TiO2 NPs 32
3.4.2 Visible light photocatalytic investigations of Fe3O4/P(NIPAM-co-MAA)/Ag-TiO2 nanocomposites 33
3.5 Adsorption capacity measurements 34
3.5.1 Adsorption capacity of Fe3O4/P(NIPAM-co-MAA)/Ag-TiO2 nanocomposites 34
3.5.2 Adsorption capacity of PAMAM dendrimer-grafted Fe3O4/ P(NIPAM-co-MAA) nanocomposites 35
3.6 Antibacterial activity tests 37
3.6.1 Ag-TiO2 NPs antibacterial activity investigations 38
3.6.2 Fe3O4/P(NIPAM-co-MAA)/Ag-TiO2 nanocomposites antibacterial activity investigations 38
Chapter 4: Ag-TiO2 NPs 41
4.1 Characterization of Ag-TiO2 NPs 42
4.2 Photocatalytic activity of Ag-TiO2 NPs 47
4.2.1 Assessment of the photocatalytic activity of Ag-TiO2 NPs 47
4.2.2 Reusability of Ag-TiO2 NPs 50
4.2.3 Photocatalytic mechanism of Ag-TiO2 NPs 51
4.3 Antibacterial properties of Ag-TiO2 NPs 53
4.4 Summary 54
Chapter 5: Fe3O4/P(NIPAM-co-MAA)/Ag-TiO2 nanocomposites 57
5.1 Characterization of Fe3O4/P(NIPAM-co-MAA)/Ag-TiO2 nanocomposites 58
5.2 Adsorption of dyes by Fe3O4/P(NIPAM-co-MAA)/Ag-TiO2 nanocomposites 64
5.3 Degradation of antibiotics by Fe3O4/P(NIPAM-co-MAA)/Ag-TiO2 nanocomposites 68
5.4 Reusability of Fe3O4/P(NIPAM-co-MAA)/Ag-TiO2 nanocomposites 72
5.5 Antibacterial activity of Fe3O4/P(NIPAM-co-MAA)/Ag-TiO2 nanocomposites 74
5.6 Adsorption and degradation of a mixture of pollutants by Fe3O4/P(NIPAM-co-MA A)/Ag-TiO2 nanocomposites 75
5.6.1 Adsorption and degradation of BF by Fe3O4/P(NIPAM-co-MAA)/Ag-TiO2 nanocomposites 75
5.6.2 Adsorption and degradation of CIP by Fe3O4/P(NIPAM-co-MAA)/Ag-TiO2 nanocomposites 78
5.6.3 Adsorption and degradation of a mixture of BF and CIP by Fe3O4/P(NIPAM-co-MAA)/Ag-TiO2 nanocomposites 80
5.7 Summary 86
Chapter 6: PAMAM dendrimer-grafted Fe3O4/P(NIPAM-co-MAA) nanocomposites 89
6.1 Characterization of PAMAM dendrimer-grafted Fe3O4/P(NIPAM-co-MAA) nanocomposites 89
6.2 Adsorption capacity of different nanocomposites towards dyes 95
6.2.1 Adsorption of positively charged dye BF by different nanocomposites 96
6.2.2 Adsorption of negatively charged dye MO by different nanocomposites 97
6.2.3 Adsorption of BF and MO by G51P0.8 and G51P0.5 nanocomposites 98
6.2.4 Adsorption kinetics and isotherm of G51P1 nanocomposites 101
6.3 Reusability 105
6.4 Summary 106
Chapter 7: Conclusions and outlook 109
7.1 Conclusions 109
7.2 Outlook 111
Appendix 113
A1 Calibration curves 113
A2 Assessment of the photocatalytic activity of Ag-TiO2 NPs 114
References 117
Scientific output 141
Curriculum vitae 143
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Neue photokatalytisch aktive Verbundmaterialien zur Eliminierung von pharmazeutischen Wirkstoffen aus Wässern: Verfahrenschemische Untersuchungen und AnalytikSchmoock, Christine 13 August 2014 (has links)
Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit war die Erstellung, Anpassung und Anwendung einer Methode, die es über die Quantifizierung gebildeter OH-Radikale ermöglicht, sowohl den Einfluss verschiedener Materialmodifikationen (physikalisch dotierte Nanokatalysatoren bzw. Biokompositmaterialien) als auch die Auswirkungen von Matrixbestandteilen oder hydrochemischen Randbedingungen auf die photokatalytische Effizienz der Materialien zu untersuchen. Zudem wurde angestrebt, dass sich die Anwendbarkeit der Methode nicht nur auf die Photokatalyse beschränkt, sondern auch auf andere AOPs ausgeweitet werden kann. Des Weiteren wurde über die Umsetzung der Modellspurenstoffe Carbamazepin und Diclofenac die Wirksamkeit der Katalysatormaterialien untersucht.
Anhand von Versuchen im Labormaßstab werden unter Anwendung der entsprechenden Methode zur Quantifizierung der OH-Radikale bisherige zugrundeliegende Hypothesen zur photokatalytischen Erzeugung von OH-Radikalen (Einfluss von pH und Oberfläche) überprüft und modifiziert. Dabei werden neue Ansätze zur Oberflächenabhängigkeit der OH-Radikalbildung in AOPs (EAOP Diamantelektrode, UV/VUV), die Effizienz von UV/VUV im Vergleich zu UVA-Photokatalyse, die Anwendung von S-Layer-Proteinen in photokatalytischen Biokompositmaterialien sowie eine photokatalytische Umsetzung von Carbamazepin unter Nutzung neuartiger Katalysatoren und Sonnenlicht untersucht.
Mit Hilfe der gewonnenen Erkenntnisse ist es möglich, photokatalytisch aktive Materialien über die OH-Radikalbildungskapazität, als Basisprozess einer photokatalytischen Eliminierung von pharmazeutischen Wirkstoffen aus Wässern, mit Hinblick auf ihre Effizienz und Haltbarkeit zu untersuchen. Daneben bietet das erstellte Konzept zur analytischen Anwendung der OH-Radikalbestimmung neben der Gelegenheit für interessante Vergleiche diverser AOP-Systeme auch die Möglichkeit einer Charakterisierung und Optimierung der einzelnen AOPs. Zudem konnte gezeigt werden, dass die Anwendung von nano-Biokompositmaterialien unter Verwendung von S-Layer-Protein zur Herstellung multifunktionaler photokatalytischer Beschichtungen vielversprechend ist.
Die Ergebnisse der Arbeit unterstreichen, dass die analytische Erfassung von Transformationsprodukten aus photokatalytischen bzw. oxidativen Umsetzungen im Allgemeinen von großer Bedeutung ist, jedoch allein nicht ausreicht, um hinreichend sichere Aussagen über eine mögliche Gefährdung für Mensch bzw. Ökosystem zu erhalten. / The current work was focused on the preparation, adaption and application of an analytical method for the determination of OH radicals for the comparison of the activity of different photocatalytic materials in relation to the material modification (i.e. physically doped nanomaterials or biocomposite materials) and the composition of the water matrix. Furthermore, the application of the OH radical assay should be extended on other AOPs. The degradation of the model compounds carbamazepine and diclofenac was examined to determine the efficiency of the novel photocatalysts.
By using appropriate OH radical assays in laboratory scale experiments, present hypotheses in relation to the photocatalytic formation of OH radicals (i.e. influence of pH or surface) were examined and modified. New approaches on the formation of OH radicals with respect to the surface within AOPs (EAOP diamond electrodes or UV/VUV), the efficiency of UV/VUV in relation to photocatalysis using UVA irradiation, the application of S-layer proteins in biocomposite materials and the photocatalytic degradation of carbamazepine applying novel photocatalysts and natural sunlight were examined.
Based upon the findings, it was possible to compare photocatalytic materials regarding efficiency and stability by means of the capacity to form OH radicals as the base process for the oxidative degradation of pharmaceutical trace compounds. The analytical concept offers the possibility to compare different AOPs and to characterize or optimize a single AOP. Furthermore, it was shown that the implementation of nanoscale biocomposite materials using S-layer proteins for the preparation of multi-functional coatings for photocatalytic applications is promising.
In addition, the current work confirmed that the examination of transformation products of photocatalytic treatment processes or other oxidative reactions is very important. However, the analytical characterization alone is not sufficient to predict potential hazards to human health or the ecosystem with adequate reliability.
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