Побољшање фотокаталитичких својстава титан(IV)-оксида дејством зрачења импулсног ласера и процена токсичности производа фотокаталитичке разградње карбофурана

Abstract

Основни предмет истраживања ове дисертације je површинска модификација мете од титана применом импулсног ласерског зрачења у циљу добијања фотокатализатора, побољшаних фотокаталитичких својстава, на основи титан(IV)-оксида. Ласерски третирани и нетретирани узорци Ti мрежице су подвргнути електрохемијској анодизацији у циљу формирања ТiО2 наноструктура како би се формирале наноструктуре са дефектима и мешавином фаза анатас-рутил код ласерски третираних узорака, што је и потврђено одговарајућим методама карактеризације. Циљ истраживања подразумевао је потврду побољшања фотокалитичких својстава узорака који су пре електрохемијске анодизације били подвргнути ласерском третману. Побољшана фотокалитичка својства су испитана и доказана у поступку фотокаталитичке разградње N-метил карбаматног пестицида карбофурана у воденом раствору под симулираним сунчевим зрачењем. Након овога, испитивани су утицаји промене укупне површине фотокаталитички најефикаснијег ласерски третираног TiO2 фотокатaлизатора у фотокаталитичкој разградњи карбофурана, затим утицај мешања током процеса, промене интензитета светлости лапме која симулира сунчево зрачење, као и утицаји почетне концентрације карбофурана у води на његову кинетику разградње у присуству ласерски третираног ТiО2. Фотокаталитичка разградња карбофурана је појачана повећањем активне површине ТiО2 фотокатализатора, повећањем интензитета светлости симулираног сунчевог зрачења и увођењем мешања, али се смањује са повећањем почетне концентрације карбофурана. За практичну примену у третману чесменске и речне воде контаминиране карбофураном, ласерски третиран TiО2 фотокатализатор се такође показао као добро решење. Студија се бавила и испитивањем цитотоксичности и фитотоксичности производа карбофурана током процеса фотокаталитичке разградње.

The main subject of this dissertation research is the surface modification of a titanium target using pulsed laser irradiation in order to obtain a photocatalyst with improved photocatalytic properties, based on titanium(IV) oxide. Laser-treated and untreated Ti mesh samples were subjected to electrochemical anodization in order to form TiO2 nanostructures with defects and a mixture of anatase-rutile phases in laser-treated samples, which was confirmed by appropriate characterization methods. The aim of the research was to confirm the improvement of the photocatalytic properties of the samples that were subjected to laser treatment before electrochemical anodization. Improved photocatalytic properties were tested and proven in the process of photocatalytic degradation of the N-methyl carbamate pesticide carbofuran in aqueous solution under simulated solar irradiation. After this, the effects of changing the total surface area of the most photocatalytically efficient laser-treated TiO2 photocatalyst in the photocatalytic degradation of carbofuran, stirring during the process, changes in the light intensity of the lamp that simulates solar irradiation, as well as the influence of the concentration of carbofuran in water on its decomposition kinetics, were investigated in the presence of laser-treated TiO2. The photocatalytic degradation of carbofuran is enhanced by increasing the active surface of the TiO2 photocatalyst, increasing the light intensity of simulated solar irradiation, and introducing stirring, but it decreases with increasing the initial concentration of carbofuran. For practical application in the treatment of tap and river water contaminated with carbofuran, the laser-treated TiO2 photocatalyst also proved to be a good solution. The study also examined the cytotoxicity and phytotoxicity of carbofuran products during the photocatalytic degradation process.