Contamination of surface and ground water from industrial wastes and anthropogenic activities represents one of the greatest challenges to the sustainable development of human society. Heterogeneous photocatalysis, a kind of advanced oxidation process characterized by the production of highly oxidative hydroxyl radicals, is a relatively novel subject with tremendous potential in water treatment applications. The purpose of this research was first to develop feasible hydroxyl radical detection methods, which can be used to evaluate efficiency of photocatalytic process, and second to prepare immobilized TiO2 films with high photocatalytic activities by the sol gel method. The feasibility of Indigo carmine and phthalic hydrazide as OH-radical probes was investigated. The organic dye Indigo carmine absorbs visual light strongly at 610 nm and its destruction can be monitored conveniently in a spectrophotometer. Results showed that both ·OH and HO2· can bleach Indigo carmine, and the bleaching yield of ·OH was pH independent. The photocatalytic dye bleaching in black light UV illuminated Degussa P25 TiO2 aerated suspensions was then investigated. A strong pH dependency of the bleaching yield was found. This implies that the quantum yield of OH radical at pH 3 is one fourth compared to that at pH 10. The reaction of the OH radical with phthalic hydrazide will form strongly chemiluminescent 3-hydroxyphthalic hydrazide. Using the more specific phthalic hydrazide as OH radical probe, an even stronger pH dependent quantum yield of OH radical was found. At pH 10 the quantum yield reached the same magnitude as that obtained by using Indigo carmine, whereas the quantum yields at acidic pH were close to zero. However it was found that the addition of phosphate and fluoride anions can substantially enhance the OH radical yield at acidic pH by blocking the adsorption of phthalic hydrazide onto the TiO2 surfaces. Hence the adsorption of phthalic hydrazide to TiO2 is an important factor to consider when this method is used. Photocatalytic TiO2 films coated on metal plates were prepared by a sol gel method using titanium isopropoxide as TiO2 precursor and isopropanol as solvent. The photocatalytic activity of the obtained films was evaluated by bleaching of indigo carmine at pH 9 under black light UV irradiation. The effect of the molar ratio of isopropanol, water and hydrochloric acid to titanium isopropoxide was studied. It was also shown that the activities of TiO2 films are considerably influenced by calcination temperature, coating cycles and the supporting materials. / Förorening av yt- och grundvatten från industrier och humana aktiviteter utgör en av de största utmaningarna för en hållbar utveckling av det mänskliga samhället. Heterogen fotokatalys, en slags avancerad oxidations process som kännetecknas av att starkt oxidativa hydroxylradikaler produceras, är en relativt ny teknik med stor potential för vattenrening. Ett syfte med detta licentiatarbete var först att utveckla och genomföra olika metoder för att detektera bildningen av hydroxylradikaler såväl i laboratoriet som i tekniska miljöer. Det andra syftet med arbetet var att syntetisera immobiliserade TiO2 filmer med hög fotokatalytisk effektivitet med en sol-gel metod. Möjligheten att använda indigokarmin och ftalhydrazid som OH-radikalprob undersöktes. Det organiska färgämnet indigokarmin absorberar synligt ljus starkt vid 610 nm vilket gör att dess nedbrytning lätt kan följas i en spektrofotometer. Resultaten av gammaradiolys visade att båda •OH och HO2• kan bleka indigokarmin och att den blekning som härrör från •OH var oberoende av pH. Fotokatalytisk blekning av indigokarmin med blacklight UV bestrålning av Degussa P25 TiO2 suspensioner undersöktes sedan. Ett starkt pH-beroende av blekningsutbytet erhölls vilket tolkas som att kvantutbytet av OH-radikaler vid pH 3 är en fjärdedel jämfört med det vid pH 10. När ftalhydrazid reagerar med OH-radikaler bildas starkt kemiluminiscent 3-hydroxy-ftalhydrazid. Med denna specifika OH-radikalprob, erhölls ett ännu starkare pH beroende. Vid pH 10 var kvantutbytet i paritet med det som erhölls med indigokarmin, medan kvantutbytet vid lågt pH var nära noll. Tillsats av fosfat- och fluoridjoner visade sig avsevärt öka OH-radikalutbytet vid lågt pH-värde genom att blockera adsorption av ftalhydrazid på TiO2 ytorna. Adsorptionen av ftalhydrazid på TiO2 är således en viktig faktor när denna metod används. Fotokatalytiskt verksamma TiO2-filmer på metallplattor framställdes med sol-gel metoden med titan-isopropoxide som TiO2-prekursor och isopropanol som lösningsmedel. Den fotokatalytiska aktiviteten av TiO2-belagda plattor utvärderades genom blekning av indigokarmin vid pH 9 under blacklight UV-bestrålning. Effekten av olika proportioner mellan isopropanol, vatten och saltsyra till titan isopropoxide undersöktes. Det visade sig att denfotokatalytiska aktiviteten av TiO2-plattorna i hög grad påverkades av kalcineringstemperatur, beläggningscykler och materialet i plattorna.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-10683 |
| Date | January 2009 |
| Creators | Liao, Haidong |
| Publisher | KTH, Kemi, Stockholm : KTH |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | Licentiate thesis, comprehensive summary, info:eu-repo/semantics/masterThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | Trita-CHE-Report, 1654-1081 ; 2009:32 |
Page generated in 0.0015 seconds