Mogućnosti primjene magnetičnih fotokatalizatora u tehnologiji pripreme pitke vode

doctoral thesis

• Title (english): The application possibilities of magnetic photocatalysts in the drinking water treatment technology
• Author: Davor Ljubas
• Mentor: Nikola Ružinski (mentor)
• Committee member: Ivan Galaso (predsjednik povjerenstva)
• Committee member: Nikola Ružinski (član povjerenstva)
• Committee member: Ivan Mijatović (član povjerenstva)
• Granter: University of Zagreb; Faculty of Mechanical Engineering and Naval Architecture; Zagreb
• Defense date and country: 2004-06-23, Croatia
• Scientific / art field, discipline and subdiscipline: TECHNICAL SCIENCES; Mechanical Engineering
• Universal decimal classification (UDC): 54 - Chemistry. Crystallography. Mineralogy ; 55 - Geology. Meteorology. Hydrology ; 53 - Physics ; 628 - Public health engineering. Water. Sanitation. Illuminating engineering

Abstract

U posljednjem desetljeću sve više se širi istraživanje mogućnosti primjene fotokatalizatora u razgradnji prirodnih i antropogenih organskih tvari u pitkim, tehnološkim i otpadnim vodama. Promatrajući bazu podataka "Chemical Science Abstracts" može se primijetiti da se za pojmove "fotokataliza i titanov dioksid" može naći u prosjeku oko 200 vrhunskih znanstvenih radova godišnje. Svim tim radovima najčešće je zajednička jedna činjenica – ispituje se mogućnost razgradnje neke ili cijele skupine organskih tvari s čistim titanovim dioksidom i uglavnom se tu s istraživanjima stane i zaključi da je postupak dobar, učinkovit, pogotovo ako se koristilo Sunčevo zračenje kao izvor UV zračenja. Međutim, ostao je neriješen problem separacije titanova dioksida iz otopine nakon obavljene razgradnje organskih tvari. Neki autori pokušavali su riješiti taj problem, ali do sada nije pronađen učinkovit, jeftin i tehnološki primjenjiv postupak separacije titanova dioksida iz vode, koji bi još omogućio i kontinuiranu separaciju i ponovno korištenje istih čestica (jer one su u pravom smislu riječi – katalizatori). Ovim radom otišlo se korak dalje – osim što je ispitivana mogućnost razgradnje više tipova organskih tvari (zahvaćeni su predstavnici alifatskih i aromatskih organskih tvari, umjetna huminska kiselina te jedna prirodna voda - iz jezera Hohloh, SR Njemačka), ispitivala se i mogućnost separacije i ponovnog korištenja fotokatalizatora u uvjetima kakvi vladaju tijekom odvijanja većine tehnoloških procesa pripreme pitke vode. Kroz ovaj rad primijenjena je nova tehnologija stvaranja miješanih oksida, koja je nastala i prijavljena je kao patent u Forschungszentrumu, Karlsruhe, SR Njemačka. Takvi miješani oksidi imaju i fotokatalitička i magnetična svojstva. Upravo na ovom drugom svojstvu – magnetičnosti - temeljila se namjera osiguranja separacije fotokatalizatora iz otopine te njegovo ponovno korištenje. Pokusima se uspjelo pokazati da je moguće proizvesti fotokatalizatore koji će sačuvati veliki dio fotokatalitičke aktivnosti, ali da ih je moguće, u kontinuiranom procesu i ekonomično, separirati i ponovno koristiti u uvjetima koji vladaju u postrojenjima za pripremu pitke vode. Za povećanje ekonomičnosti procesa fotokatalitičke razgradnje pokušalo se primijeniti Sunčevo zračenje kao izvor UV zračenja u jednom dijelu pokusa te je dana procjena pogonskih troškova realnog postrojenja i za taj slučaj. Analiza mogućnosti smanjenja troškova i optimizacija nisu bili osnovni cilj ovoga rada i postoji još dosta prostora za smanjenje ukupnog troška predložene tehnologije.

Abstract (english)

In the last decade the investigations of the application of photocatalysts in degradation of organic matter in drinking, technological and waste waters was of great interest. Looking for the terms "photocatalysis and titanium dioxide" in the "Chemical Science Abstracts" database it has been observed that about 200 scientific articles are produced per year. Mostly, these articles have something in common – they do not solve the problem of separation of photocatalyst from the solution/suspension. Some authors have tried, but they could not find a way for an efficient, cheap and technologically applicable process of separation of photocatalyst. Moreover, none of the suggested processes could support continuous separation and reuse of the photocatalytic particles. In this dissertation these problems were attempted to be solved. Investigations comprised the possibilities of photocatalytic degradation of organic matter (aliphatic and aromatic organics, artificial humic acid and natural lake water from lake Hohloh, Germany) and also possibilities of magnetic separation and reuse of photocatalytic particles. Parallel with this work a new method of formation of the mixed oxides was applied as a patent in Forschungszentrum Karlsruhe, Germany. It was used to synthesize the particles of magnetite, coupled with titanium dioxide. Hereby the particles have both magnetic and photocatalytic attributes. Magnetic attribute was intended to be a key for the separation problem. With experiments it is demonstrated that it is possible to produce photocatalytic particles, which would save most of its photocatalytical activity, and, in a continuous process, could be economically separated and reused in potable water technology processes. As an improvement of total efficiency of the process, solar radiation is used as a source of UV radiation. An estimation of the costs for this case, with solar radiation, is given. But, it should also be mentioned, that the optimisation of cost benefit of the process of photocataliytic degradation with magnetic mixed oxides was not the primary intention of this work. The author assumes that there are more possibilities to reduce the costs in this new technology and that this technology could be competitive in the real treatment plants.

• Keywords: magnetizam; magnetit; magnetska separacija; fotokatalizator; heterogena fotokataliza; titan(IV) oksid; organske tvari; Sunčevo zračenje; UV zračenje; pitka voda
• Keywords (english): magnetism; magnetite; magnetic separation; photocatalyst; heterogeneous photocatalysis; titanium dioxide; organic matter; solar radiation; UV radiation; drinking water
• Language: croatian
• URN:NBN: urn:nbn:hr:235:605563
• Study programme: Title: Mechanical Engineering and Naval Architecture; Study programme type: university; Study level: postgraduate; Academic / professional title: doktor/doktorica znanosti, područje tehničkih znanosti (doktor/doktorica znanosti, područje tehničkih znanosti)
• Type of resource: Text
• File origin: Born digital
• Access conditions: Access restricted to students and staff of home institution
• Created on: 2021-02-09 09:26:27