Kierownik projektu: mgr inż. Piotr Rychtowski
Konkurs: PRELUDIUM 22
Przyznana kwota: 139 145 PLN
Fotokatalityczne złoża fluidalne mają zastosowanie do procesów oczyszczania wody i powietrza z udziałem
światła, które aktywuje fotokatalizator i inicjuje procesy rodnikowe, a potem reakcje rozkładu zanieczyszczeń
organicznych. Złoże fluidalne składa się z nośnika i naniesionego na jego powierzchnię fotokatalizatora. Zaletą
stosowania złóż fluidalnych jest to, że zwiększa się kontakt pomiędzy aktywnym składnikiem, tj.
fotokatalizatorem, a oczyszczanym medium (gaz, woda). Kinetyka procesów fotokatalitytcznych zależy od
procesów dyfuzji zanieczyszczenia do powierzchni fotokatalizatora, wydajności tworzenia reaktywnych
rodników oraz szybkości usuwania wytworzonych produktów reakcji. Wadą procesów fluidalnych jest to, że
do otrzymania stanu fluidalnego złoża trzeba zastosować odpowiednią szybkość przepływu gazu, która jest
uwarunkowana rodzajem złoża i budową reaktora. Czasami zdarza się, że stosowana szybkość przepływu gazu
przez reaktor ze złożem fluidalnym w stanie fluidyzacji jest na tyle duża, że powoduje znaczny spadek
wydajności procesów fotokatalitycznych. W proponowanych badaniach planuje się zastosować złoże o
właściwościach ferromagnetycznych, które ulegałoby fluidyzacji w polu magnetycznym. Wytworzonym
zewnętrznie polem magnetycznym, np. za pomocą umieszczonych na zewnątrz reaktora trwałych magnesów
neodymowych można byłoby sterować procesem fluidyzacji złoża. Bardzo dobrym materiałem do
wytworzenia magnetycznego złoża fluidalnego jest pianka niklowa, która posiada właściwości
ferromagnetyczne i porowatą powierzchnię. Przeprowadzone badania wstępne procesu fotokatalitycznego
rozkładu acetaldehydu na kompozycie, zbudowanym z pianki niklowej i TiO2 pod wpływem naświetlania UV
wykazały wzrost wydajności procesu z 33 do 50% w temp. 25oC i z 40 do 88% w temp. 100oC z jednoczesną
poprawą stopnia mineralizacji produktów pośrednich. Tak znaczna poprawa wydajności procesu była efektem
synergicznego oddziaływania pianki niklowej i TiO2, które polegało na tym, że generowane elektrony w TiO2
przepływały do Ni, a odseparowane luki elektronowe mogły brać udział w reakcji utleniania acetaldehydu.
Separacja nośników ładunku w TiO2 (elektrony-luki elektronowe) była więc kluczowym parametrem,
odpowiedzialnym za znaczną poprawę rozkładu acetaldehydu. W przeprowadzonych badaniach wykorzystano
proszkowy TiO2 naniesiony na powierzchnię pianki niklowej. Z doniesień literatury wynika, że nanostruktury
3D, tj. nanodruty ZnO lub TiO2 wykazują właściwości piezoelektryczne w polu magnetycznym, które
przyczyniają się do poprawy separacji nośników ładunku. W związku z tym, w proponowanym rozwiązaniu
planuje się otrzymać materiały kompozytowe, tj. pianka Ni/nanodruty TiO2 w celu sprawdzenia, czy uzyska
się dodatkowy efekt poprawy separacji nośników ładunku tych kompozytów zastosowanych jako złoże
fluidalne, stabilizowane polem magnetycznym. Materiały te będą porównane z kompozytem zbudowanym z
pianki niklowej i TiO2 o strukturze 2D. Pianka niklowa posiada właściwości absorpcji promieniowania Vis i
IR. W proponowanym projekcie planuje się sprawdzić wpływ absorpcji promieniowania UV-Vis oraz UV-
Vis/IR na efekt fotokatalityczny otrzymanych materiałów. Absorpcja promieniowania IR przez piankę niklową
może spowodować wzrost temperatury reakcji i zwiększyć szybkość rozkładu acetaldehydu. Otrzymane
materiały kompozytowe będą też badane pod kątem generowania fotoprądów. Spodziewany jest efekt wzrostu
przewodnictwa pianki niklowej poprzez transfer elektronów z TiO2 do Ni. Otrzymane nowe nanostruktury
będą posiadały cechy ferromagnetyczne oraz fotokatalityczne i z powodzeniem mogą znaleźć zastosowanie w
wielu procesach. Wielofunkcyjność otrzymanych nanostruktur może wnieść elementy nowości w rozwój
dyscyplin tj. inżynierii materiałowej, chemicznej i środowiskowej.
