The purpose of this research was to investigate the kinetics and mechanisms of the photocatalytic degradation of organic substances in the presence of anions (bromide and chloride), using titanium dioxide as a photocatalyst. Tris(hydroxymethyl)aminomethane (Tris) and methanol were the organic substances used as probes. Photocatalytic degradation of the probes produces formaldehyde through reaction with hydroxyl radicals at the surface of the photocatalyst. The product was quantified using a modified Hantzsch reaction and UV-Vis spectroscopy at the fixed wavelength 368 nm. It was found that having bromide present in the reaction mixture resulted in an increase in the rate of formation of formaldehyde from Tris, while it resulted in a decrease from methanol. Bromide on the surface of the photocatalyst reacts with the hydroxyl radicals to form reactive halogen species (RHS). This study proposes that the RHS Br2•- oxidises the probe into a cation radical, which initialises the probe degradation and the subsequent formation of formaldehyde. Conversion from hydroxyl radicals to RHS leads to a greater selectivity in formaldehyde production. Increased selectivity of attack towards electron-rich centres can explain the observed results with the different probes in this study. A linear combination expression of the total production of formaldehyde was developed, through which the X-factor, a ratio of the production of formaldehyde by RHS relative to the production of formaldehyde by hydroxyl radicals, was calculated. However, no realistic values were obtained when calculating the X-factor for different anion concentrations, thus indicating that factors other than competition kinetics affect the degradation. No conclusions could be drawn regarding the effect of chloride on the formation of formaldehyde from Tris and methanol, as the results were ambiguous. / Syftet med denna studie var att undersöka mekanismer och kinetik bakom fotokatalytisk nedbrytning av organiska molekyler i närvaro av anjoner (bromid och klorid), där titandioxid användes som fotokatalysator. Tris(hydroxymetyl)aminometan (Tris) och metanol var de organiska substanserna som studerades. Den fotokatalytiska nedbrytningen av proberna resulterar i formaldehyd via reaktion med hydroxylradikaler på fotokatalysatorns yta. Produkten kan sedan kvantifieras genom en modifierad version av Hantzsch-reaktionen följt av UV-Vis spektroskopi vid en fixerad våglängd på 368 nm. Studien kom fram till att närvaron av bromid i reaktionslösningen resulterade i en ökad produktionshastighet av formaldehyd från Tris, medan det resulterade i en minskning från metanol. Bromid på ytan av fotokatalysatorn reagerar med hydroxylradikaler och bildar reaktiva halogena molekyler (RHS). Denna studie föreslår att RHS:en Br2•- oxiderar proben till en radikalkatjon, som initierar nedbrytningen av proben och efterföljande bildning av formaldehyd. Omvandling från hydroxylradikaler till RHS leder till högre selektivitet av bildning av formaldehyd. Ökad selektivitet av attacker mot elektronrika center kan förklara de observerade resultaten med de olika proberna i denna studie. Ett linjärkombinationsuttryck av den totala produktionen av formaldehyd utvecklades, från vilket X-faktorn, ett förhållande av produktionen av formaldehyd via RHS relativt till produktionen av formaldehyd via hydroxylradikaler, kunde beräknas. Inga realistiska värden erhölls dock vid beräkningen av X-faktorn för olika anjonskoncentrationer, vilket indikerar att andra faktorer än konkurrenskinetik påverkar nedbrytningen. Inga slutsatser kunde dras gällande klorids effekt på bildningen av formaldehyd från Tris och metanol, då resultaten var tvetydiga.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-305616 |
| Date | January 2021 |
| Creators | Carlsson, Celice, Wiklund, Love, Svensson, Emilie, Fégeant, Benjamin |
| Publisher | KTH, Kemiteknik |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-CBH-GRU ; 2021:249 |
Page generated in 0.0024 seconds