Pulsed electric field assisted sol-gel preparation of TiO2 particles and their photocatalytic properties
Mäkinen, Sampo (2014)
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2014120350400
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2014120350400
Tiivistelmä
The objective of this thesis was to study the effect of pulsed electric field on the preparation of TiO2 nanoparticles via sol-gel method. The literature part deals with properties of different TiO2 crystal forms, principles of photocatalysis, sol-gel method and pulsed electric field processing. It was expected that the pulsed electric field would have an influence on crystallite size, specific surface area, polymorphism and photocatalytic activity of produced particles. TiO2 samples were prepared by using different frequencies and treatment times of pulsed electric field. The properties of produced TiO2 particles were examined X-ray diffraction (XRD), Raman spectroscopy and BET surface area analysis. The photocatalytic activities of produced TiO2 particles were determined by using them as photocatalysts for the degradation of formic acid under UVA-light. The photocatalytic activities of samples produced with sol-gel method were also compared with the commercial TiO2 powder Aeroxide® (Evonic Degussa GmbH).
Pulsed electric field did not have an effect on the morphology of particles. Results from XRD and Raman analysis showed that all produced TiO2 samples were pure anatase. However, pulsed electric field did have an effect on crystallite size, specific surface area and photocatalytic activity of TiO2 particles. Generally, the crystallite sizes were smaller, specific surface areas larger and initial formic acid degradation rates higher for samples that were produced by applying the pulsed electric field. The higher photocatalytic activities were attributed to larger surface areas and smaller crystallite sizes. Though, with all of the TiO2 samples produced by the sol-gel method the initial formic acid degradation rates were significantly slower than with the commercial TiO2 powder. Työn tarkoituksena oli tutkia pulssitetun sähkökentän vaikutusta titaanidioksidipartikkeleiden valmistuksessa sol-gel menetelmällä. Kirjallisuusosa tarkastelee titaanidioksidin eri kidemuotojen ominaisuuksia, sol-gel menetelmää sekä prosessointia pulssitetun sähkökentän avustuksella. Pulssitetun sähkökentän odotettiin vaikuttavan tuotettujen partikkeleiden kidekokoon, ominaispinta-alaan, polymorfiseen muotoon ja fotokatalyyttiseen aktiivisuuteen. TiO2 partikkeleita tuotettiin käyttämällä eri taajuuksia ja pulssitetun sähkökentän käyttöaikoja. Tuotettujen TiO2 partikkeleiden ominaisuuksia tutkittiin röntgendiffraktiolla (XRD), Raman spektroskopialla ja BET –analyysiä. Tuotettujen TiO2 partikkeleiden fotokatalyyttiset aktiivisuudet määritettiin käyttämällä niitä fotokatalyytteinä muurahaishapon hajottamisessa UVA –valolla. Sol-gel menetelmällä tuotettujen näytteiden fotokatalyyttisiä aktiivisuuksia verrattiin kaupallisen TiO2 jauheen, Aeroxide® (Evonic Degussa GmbH), aktiivisuuteen.
Pulssitetulla sähkökentällä ei ollut vaikutusta tuotettujen partikkeleiden morfologiaan. Röntgendiffraktiolla ja Raman spektroskopialla saadut tulokset osoittivat että kaikki tuotetut TiO2 partikkelit olivat puhdasta anataasia. Pulssitetulla sähkökentällä oli kuitenkin vaikutusta TiO2 partikkeleiden kidekokoon, ominaispinta-alaan ja fotokatalyyttiseen aktiivisuuteen. Keskimäärin pulssitettua sähkökenttää käyttäen tuotettujen näytteiden kidekoot olivat pienempiä, ominaispinta-alat suurempia ja muurahaishapon hajoamisnopeudet suurempia. Kaikilla sol-gel menetelmällä tuotetuilla näytteillä muurahaishapon hajoamisnopeudet olivat kuitenkin huomattavasti hitaampia kuin kaupallisella TiO2 jauheella.
Pulsed electric field did not have an effect on the morphology of particles. Results from XRD and Raman analysis showed that all produced TiO2 samples were pure anatase. However, pulsed electric field did have an effect on crystallite size, specific surface area and photocatalytic activity of TiO2 particles. Generally, the crystallite sizes were smaller, specific surface areas larger and initial formic acid degradation rates higher for samples that were produced by applying the pulsed electric field. The higher photocatalytic activities were attributed to larger surface areas and smaller crystallite sizes. Though, with all of the TiO2 samples produced by the sol-gel method the initial formic acid degradation rates were significantly slower than with the commercial TiO2 powder.
Pulssitetulla sähkökentällä ei ollut vaikutusta tuotettujen partikkeleiden morfologiaan. Röntgendiffraktiolla ja Raman spektroskopialla saadut tulokset osoittivat että kaikki tuotetut TiO2 partikkelit olivat puhdasta anataasia. Pulssitetulla sähkökentällä oli kuitenkin vaikutusta TiO2 partikkeleiden kidekokoon, ominaispinta-alaan ja fotokatalyyttiseen aktiivisuuteen. Keskimäärin pulssitettua sähkökenttää käyttäen tuotettujen näytteiden kidekoot olivat pienempiä, ominaispinta-alat suurempia ja muurahaishapon hajoamisnopeudet suurempia. Kaikilla sol-gel menetelmällä tuotetuilla näytteillä muurahaishapon hajoamisnopeudet olivat kuitenkin huomattavasti hitaampia kuin kaupallisella TiO2 jauheella.