Formation of C@TiO2 core-shell structures for photocatalytic degradation of organic pollutants

Celem niniejszej pracy było otrzymanie struktur rdzeniowo-powłokowych C@TiO2 przeznaczonych do fotokatalitycznej degradacji zanieczyszczeń organicznych. Węglowe materiały kompozytowe mają istotne znaczenie ze względu na ich wykorzystanie jako doskonałe środki do usuwania toksycznych i uciążliwych zanieczyszczeń jakimi są m.in fenol i jego pochodne. Zastosowanie w tym celu węgla aktywnego wzbogaconego o fazę tlenku tytanu(IV) może przynieść bardzo pozytywne wyniki ze względu na liczne zalety obydwu komponentów oraz możliwość uzyskania efektu synergicznego procesu adsorpcyjnej i fotokatalitycznej eliminacji zanieczyszczeń fenolowych. W przedstawionej pracy materiały kompozytowe C@TiO2 otrzymano poprzez depozycję TiO2 na powierzchni sferycznego węgla aktywnego pochodzenia ligninowego (aktywowanego chemicznie węglanem potasu). Zaproponowano dwie ścieżki syntezy oparte na zastosowaniu odpowiednich modyfikatorów powierzchni TiO2, jakimi były polimery (poliwinyloamina oraz poliwinyloalkohol), a także krzemionka. Podjęto próbę jednorodnego osadzenia modyfikowanego TiO2 na powierzchni węgla aktywnego. Otrzymane materiały poddano charakterystyce fizykochemicznej z użyciem metod skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM), analizy termograwimetrycznej (TG) oraz fluorescencyjnej spektrometrii rentgenowskiej (XRF). Przeprowadzono ponadto testy adsorpcyjno-fotokatalityczne sprawdzające efektywność działania wytworzonych układów w eliminacji 4-nitrofenolu z wody.

The aim of this work was to obtain C@TiO2 core-shell structures dedicated to photocatalytic degradation of organic pollutants. Carbon composite materials are of great importance due to their use as excellent systems for removing toxic and troublesome pollutants such as phenol and its derivatives. The application of activated carbon enriched with a titanium(IV) oxide phase for this purpose can bring very positive results due to the numerous advantages of both components and the possibility of obtaining a synergistic effect of the adsorption and photocatalytic elimination of phenolic pollutants. In the presented work, C@TiO2 composite materials were obtained by deposition of TiO2 on the surface of lignin-derived spherical activated carbon (chemically activated with potassium carbonate). Two synthesis paths were proposed based on the use of appropriate TiO2 surface modifiers, such as polymers (polyvinylamine and poly(vinyl alcohol)) and silica. An attempt was made to uniformly deposit modified TiO2 on the surface of activated carbon. The obtained materials were subjected to physicochemical characterization using scanning electron microscopy (SEM), thermogravimetric analysis (TG) and X-ray fluorescence (XRF). In addition, adsorption-photocatalytic tests were carried out to check the efficiency of the produced systems in the elimination of 4-nitrophenol from water.