Υψηλής ακρίβειας σύνθεση υβριδικών κεραμικών νανο-καταλυτών για περιβαλλοντικές εφαρμογές

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή, πραγματοποιήθηκε μελέτη και παραγωγή μίας σχετικά νέας κατηγορίας υλικών, τα λεγόμενα υλικά πυρήνα-κελύφους. Το ενδιαφέρον στράφηκε στην παρασκευή νανοσωματιδίων πυρήνα-κελύφους μέσω απλών, περιβαλλοντικά φιλικών και οικονομικών μεθόδων με περαιτέρω στόχο την εφαρμογή αυτών στην αποκατάσταση του περιβάλλοντος. Η ενίσχυση της καταλυτικής δραστικότητας και εκλεκτικότητας καθώς και η μείωση του κόστους των καταλυτών θα ωφελήσει κατά πολύ τη χημική βιομηχανία.Στα Κεφάλαια 1-3, παρουσιάζεται ένα γενικό θεωρητικό υπόβαθρο που στοχεύει στην απόλυτη κατανόηση των προβλημάτων στα οποία εστιάζει η εν λόγω εργασία αλλά και τους τρόπους επίλυσής τους.Στο Κεφάλαιο 4, γίνεται αναφορά στη μελέτη και παρασκευή νανοσφαιριδίων πυρήνα-κελύφους, αποτελούμενων από διοξείδιο του πυριτίου ως πυρήνα και οξείδιο του δημητρίου ως κέλυφος. Η διερεύνηση της επιτυχούς δημιουργίας του κελύφους καθώς και της βέλτιστης επικάλυψης πραγματοποιήθηκε μέσω του χαρακτηρισμού με την τεχνική της Ηλεκτρονικής Μικροσκοπίας Διερχόμενης Δέσμης (ΤΕΜ). Ακολούθησε χαρακτηρισμός των υλικών με Φασματοσκοπία Υπερύθρου μέσω Μετασχηματισμού Fourier (FTIR), Περιθλασιμετρία ακτίνων Χ (XRD) και Ποροσιμετρία αζώτου. Το υλικό που είχε τη βέλτιστη επικάλυψη, αλλά και το αμιγές υλικό της επικάλυψης (καθαρό οξείδιο του δημητρίου) εξετάστηκαν ως προς τη φωτοκαταλυτική τους δραστικότητα για την οξείδωση του ανόργανου αέριου ρύπου μονοξειδίου του αζώτου (ΝΟ) αλλά τα αποτελέσματα δεν ήταν ενθαρρυντικά. Παρομοίως τα δύο υλικά εξετάσθηκαν ως προς την καταλυτική τους δραστικότητα για την αναγωγή του οργανικού υδατοδιαλυτού ρύπου 4-Νιτροφαινόλη σε 4-Αμινοφαινόλη επιδεικνύοντας καλύτερη συμπεριφορά . Στη συνέχεια, στο Κεφάλαιο 5, έχοντας ως στόχο την ενίσχυση της φωτοκαταλυτικής δραστικότητας του ανωτέρω υλικού, περιγράφεται η μελέτη που πραγματοποιήθηκε για την παραγωγή νανοσωματιδίων πυρήνα-κελύφους σχεδόν σφαιρικού σχήματος, αποτελούμενων από οξείδιο του τιτανίου ως πυρήνα και οξείδιο του δημητρίου ως κέλυφος. Ο χαρακτηρισμός αυτών πραγματοποιήθηκε με ΤΕΜ, FTIR, XRD και ποροσιμετρία αζώτου. Εξετάστηκε η φωτοκαταλυτική δραστικότητα έναντι της οξείδωσης του αέριου ρύπου ΝΟ, η οποία ήταν σαφώς βελτιωμένη, αφού ελήφθησαν εξαιρετικά αποτελέσματα, όπως επίσης βελτιωμένη ήταν και η καταλυτική δραστικότητα έναντι της αναγωγής του οργανικού ρύπου 4ΝΡ. Στο Κεφάλαιο 6 παρουσιάζεται η μελέτη και η παρασκευή νανοσφαιριδίων πυρήνα-κελύφους, αποτελούμενων από πυριτία ως πυρήνα και οξείδιο του ψευδαργύρου ως κέλυφος, αλλά και η σύνθεση αμιγούς οξειδίου του ψευδαργύρου με σκοπό τη σύγκριση των δύο υλικών στην καταλυτική και φωτοκαταλυτική τους δραστικότητα. Δίδονται τα αποτελέσματα του χαρακτηρισμού των υλικών με ΤΕΜ, FTIR, XRD και ποροσιμετρία αζώτου. Τα αποτελέσματα της διερεύνησης της φωτοκαταλυτικής και καταλυτικής δραστικότητας έδειξαν ότι στην περίπτωση της οξείδωσης του αέριου ρύπου ΝΟ τα δύο υλικά αποτελούν εξαιρετικούς καταλύτες, ενώ αντίθετα στην περίπτωση της αναγωγής του οργανικού υδατοδιαλυτού ρύπου, τόσο τα σωματίδια πυρήνα κελύφους όσο και το αμιγές οξείδιο έδειξαν πολύ χαμηλή δραστικότητα. Στο Κεφάλαιο 7, παρουσιάζεται η μελέτη και παρασκευή νανοσφαιριδίων πυρήνα-κελύφους, αποτελούμενων από πυριτία ως πυρήνα και οξείδιο του τιτανίου ως κέλυφος. Ταυτόχρονα έγινε και σύνθεση αμιγούς οξειδίου του τιτανίου με σκοπό τη σύγκριση των δύο υλικών στην καταλυτική και φωτοκαταλυτική τους δραστικότητα. Από τον χαρακτηρισμό των υλικών με τη χρήση του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου διερχόμενης δέσμης προέκυψε η επιτυχής δημιουργία του κελύφους. Πραγματοποιήθηκε χαρακτηρισμός και με άλλες τεχνικές όπως FTIR, XRD και ποροσιμετρία αζώτου. Τα αποτελέσματα της διερεύνησης της φωτοκαταλυτικής και καταλυτικής δραστικότητας έδειξαν ότι τα δύο υλικά αποτελούν εξαιρετικούς καταλύτες και στις δύο περιπτώσεις. Τέλος στα Κεφάλαια 8-9 παρατίθενται τα γενικά συμπεράσματα της εν λόγω διδακτορικής διατριβής καθώς και οι προτάσεις για μελλοντική έρευνα.