Tehnološka primjena sunčeva zračenja za razgradnju organskih tvari površinskih voda

scientific master's theses

• Title (english): Technological application of solar radiation for degradation of organic matter in surface water
• Author: Davor Ljubas
• Mentor: Nikola Ružinski (mentor)
• Committee member: Ivan Galaso (predsjednik povjerenstva)
• Committee member: Nikola Ružinski (član povjerenstva)
• Committee member: Stanko Uršić (član povjerenstva)
• Granter: University of Zagreb; Faculty of Mechanical Engineering and Naval Architecture; Zagreb
• Defense date and country: 2000-11-22, Croatia
• Scientific / art field, discipline and subdiscipline: TECHNICAL SCIENCES; Mechanical Engineering
• Universal decimal classification (UDC): 628 - Public health engineering. Water. Sanitation. Illuminating engineering ; 55 - Geology. Meteorology. Hydrology ; 54 - Chemistry. Crystallography. Mineralogy

Abstract

Tema ovog rada je utvrđivanje mogućnosti primjene relativno nove skupine procesa u tehnologiji obrade voda – Unaprijeđenih Oksidacijskih Procesa (UOP), koji koriste ultraljubičasto zračenje kao izvor energije, za odvijanje procesa degradacije prirodnih organskih tvari (POT) u površinskoj vodi. Kako bi se postupak degradacije što više približio ekološkim načelima, pokušalo se kao izvor ultraljubičastog zračenja iskoristiti dio Sunčeva zračenja, koji iznosi svega 3-5% od njegovog ukupnog zračenja na površinu Zemlje, ali ipak predstavlja znatan potencijal za primjenu u praksi. Samo Sunčevo zračenje nema dovoljnu energiju za pokretanje reakcije degradacije POT-a, ali se u kombinaciji s heterogenim fotokatalizatorom titan(IV) oksidom (TiO2) degradacija započinje odvijati. U sklopu eksperimentalnog dijela rada proveden je niz pokusa s uzorcima jezerske vode izloženim Sunčevu zračenju i utvrđivanje kinetike fotodegradacije POT-a za različite kombinacije doza (od 0,05 g/L do 1,5 g/L) i kristalnih oblika TiO2 (anatas i rutil) s različitim dozama vodikovog peroksida (6-54 mg/L). Isto tako, provedena su mjerenja u sustavu zaklonjenom od Sunčeva zračenja kako bi se utvrdila razlika djelovanja TiO2 na POT sa i bez Sunčeva zračenja te stupanj adsorpcije POT-a na čestice TiO2. Istraživanja su pokazala da su najučinkovitije kombinacije za degradaciju POT-a u jezerskoj vodi oba kristalna oblika TiO2 - rutil i anatas u količini od cca 1 g/L + Sunčevo zračenje. Pokazano je da se samo u slučaju visoke doze vodikovog peroksida H2O2 od 54 mg/l i 1 g/L TiO2 kristalnog oblika rutil bilježi poboljšanje procesa degradacije organskih tvari, a u svim ostalim kombinacijama H2O2 usporava proces. Utvrđena je i činjenica da je kristalni oblik rutil TiO2 blago učinkovitiji u procesu degradacije organskih tvari od kristalnog oblika anatas, ali zbog boljih svojstava pokazanih pri pokušaju ponovnog korištenja u eksperimentu daje se prednost kristalnom obliku anatas TiO2 u preporuci za praktičnu primjenu ovakvog postupka obrade vode.

Abstract (english)

The topic of this work is investigation of application possibilities of relatively new technology in water treatment – Advanced Oxidation Processes, which use ultraviolet light as energetic source, to reduce Natural Organic Matter (NOM) in surface waters. To be closer with ecological principles, it is tried to involve the ultraviolet part of solar radiation, which amounts only 3-5 percent of the global solar radiation, but still presents a respectable potential for the use in praxis. Solely solar radiation has not enough energy to start the reaction of degradation of NOM, but in combination with heterogeneous photocatalyst titanium (IV) oxide (TiO2) the degradation is observed. Experimental part of this work involves number of the tests with the lake water exposed to solar radiation and studying kinetics of photodegradation of NOM for various combinations of doses (0,05 – 1,5 g/L) and crystal structures of TiO2 (anatase and rutile) with various doses of hydrogen peroxide (6-54 mg/L). It is also conducted the number of tests without solar radiation for observing the difference of photocatalyst effects on NOM with and without solar radiation, and degree of adsorption of NOM on TiO2 particles, too. Results of the research showed that the best performance for the NOM degradation had combination of 1g/L TiO2 both anatase and rutile + solar radiation. Only in the case of very high dose of hydrogen peroxide of 54 mg/L and 1 g/L rutile TiO2 + solar radiation it was observed a slight improvement of the degradation of NOM. In all other combinations hydrogen peroxide decreases the efficiency of degradation of NOM. In the competition of crystal structures of TiO2, rutil TiO2 showed slightly higher efficiency, but anatase TiO2 has better potential of recovering and reuse. That’s the main reason for recommendation of anatase TiO2 for practical purposes.

• Keywords: organske tvari; Sunčevo zračenje; ultraljubičasto zračenje; titan(IV) oksid; fotokataliza; obrada voda; oksidacija
• Keywords (english): organic matter; solar radiation; ultraviolet radiation; titanium(IV) oxide; photocatalysis; water treatment; oxidation
• Language: croatian
• URN:NBN: urn:nbn:hr:235:087094
• Study programme: Title: Mechanical Engineering - mr.sc.; Study programme type: university; Study level: postgraduate; Academic / professional title: magistar znanosti (magistar znanosti)
• Type of resource: Text
• File origin: Born digital
• Access conditions: Open access
• Created on: 2021-02-09 08:53:07