Nanomateriale Oxidice cu Proprietăți Fotocatalitice Aplicate în Degradarea Avansată a Compușilor Xenobiotici din Apă

Sinteza de nanopulberi pe baza de TiO2 si aplicarea acestora in degradarea avansata a nitroderivatilor aromatici.

Abstract: Fotochimia nanoparticulelor semiconductoare a constituit in ultimul timp una din ariile de cercetare cu cel mai crescut interes din domeniul chimiei fizice. TiO2 este considerat cel mai investigat semiconductor in literatura datorita activitatii lui fotocatalitice, excelentei functionalitati, stabilitatii termice si netoxicitatii. El pare a fi cel mai promitator pentru distrugerea fotocatalitica a poluantilor organici. Preocuparea stiintifica in domeniul materialelor este de a gasi o metoda de procesare in care atat faza cristalina cat si dimensiunea si morfologia nanocristalelor de TiO2 sa poata fi controlate. Scopul prezentului proiect consta intr-un studiu exhaustiv privind nivelul cunoasterii in sinteza nanopulberilor pe baza de TiO2 si aplicarea acestora in degradarea avansata a nitrocompusilor aromatici. Obiectivele sunt legate de: analiza critica a tehnicilor de sinteza a nanopulberilor pe baza de TiO2 si importanta utilizarii metodei sol-gel, evaluarea tehnicilor specifice de caracterizare morphologica si structurala a acestora si studiul parametrilor operationali ai tehnicii AOPs de degradare fotocatalitica a nitroderivatilor aromatici. Metoda sol-gel relativ simpla este cel mai mult utilizata, fiind considerata ca o metoda fiabila pentru obtinerea de noi materiale catalitice si totodata un mijloc pentru intelegerea proprietatilor lor fizice si chimice. In scopul de a imbunatati fotocatalizatorii de TiO2 si de a extinde raspunsul in domeniul vizibil, dioxidul de titan a fost dopat cu metale, ne-metale si componenti ionici. Date recente de literatura privind doparea nanopulberilor de TiO2 cu unele metale tranzitionale (Fe, Co si Ni) prin metoda sol-gel au fost de asemenea incluse in review-ul realizat in cadrul etapei si trimis spre publicare la revista Water Air Soil Pollution.

S-au efectuat de asemenea experimentari preliminare privind sinteza sol-gel a TiO2 pur si dopat cu 2% gravimetrice Fe, Co si Ni si caracterizarea structurala a acestora.

1. Introducere

1.1. Consideratii generale

La inceputul secolului 20, producerea negrului de fum si a silicei fumigene (obtinuta prin hidroliza in flacara a tetraclorurii de siliciu) a exemplificat tehnologia obtinerii nanoparticulelor mult mai devreme decat aceasta sa devina "curentul nanotech" actualmente in voga. Aceasta deoarece nanotehnologia "timpurie" a fost urmarita empiric - materialele au fost descoperite, si nu proiectate. Recent, naomaterialele au focalizat nanostiinta si nanotehnologia care constituie un domeniu de studiu multidisciplinar de interes urias atragand investitii si efort in cercetare si dezvoltare pe plan mondial. Nanoscala este fascinanta deoarece la aceasta scala atomii si moleculele interactioneaza si se asambleaza in structuri care poseda proprietati unice, dependente de dimensiunea particulelor. La aceasta scala interactiile moleculare, procesele si fenomenele pot fi controlate si directionate pentru a construi materiale bloc cu geometriile si proprietatile dorite.

Multe dintre domeniile nanotehnologiei se bazeaza pe interactiuni fizice si chimice, care implica nanoparticule de o anumita dimensiune si forma. In cazul utilizarii materialelor ca senzori si catalizatori, in primul rand trebuie intelese particularitatile atat a sintezelor cat si a mecanismului de interactiune din timpul detectarii/a actului catalitic.[1]

Majoritatea cercetarilor in domeniul larg al nanostiintei este dedicata dezvoltarii rutelor de sinteza ale nanoparticulelor si nanostructurilor. Aceste eforturi permit obtinerea de nanomateriale cu un domeniu larg de compozitii, dimensiuni de cristalite monodisperse, forme de cristalite fara precedent si cu un ansamblu de proprietati complexe (Djerdj et al. 2008).[2] Nanoparticulele si nanomaterialele reprezinta o tehnologie evoluata al carui potential are un impact incredibil asupra unui mare numar de industrii si piete. Exista multe proprietati noi si aplicatii demonstrate ale nanoparticulelor de la cataliza, protejarea mediului, cercetari biomedicale la informatica si electronica. Este evident ca evolutia nanotehnologiei este legata si de implicatiile semnificative in domeniul de cercetare al fotocatalizei. Materialele nanostructurate si proprietatile lor remarcabile isi vor dovedi valoarea in dezvoltarea de noi fotocatalizatori sau in imbunatatirea celor existenti.

Este bine cunoscut ca in gama foarte variata de fotocatalizatori, dioxidul de titan ocupa un loc foarte important, datorita activitatii fotocatalitice ridicate, functionalitatii excelente, stabilitatii chimice ridicate, stabilitatii termice, netoxicitatii si pretului scazut. Aplicatiile lui pot fi in linii mari divizate in categorii de "energie" si de "mediu", multe dintre ele depinzand si de propretatile de interactiune ale materialelor pe baza de TiO2 cu mediul inconjurator (Chen and Mao, 2007).[3] Toate proprietatile mentionate sunt imbunatatite in cazul TiO2 nanostructurat, care poate fi obtinut prin metoda sol-gel. Un avantaj al materialelor cu dimensiuni nanometrice rezulta din modificarile potentialelor electrochimice ale purtatorilor de sarcini fotogenerati care insotesc descresterea dimensiunii particulelor.Metoda sol-gel faciliteaza prepararea fotocatalizatorului in diferite forme (pulberi si filme). Pe langa aceasta, ea este foarte convenabila pentru producerea materialelor nanocompozite in care diferite faze pot fi bine dispersate intr-o matrice anorganica, cum este doparea dioxidului de titan cu diferiti ioni de metale sau nemetale.