Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)

การสังเคราะห์แบล็คไทเทเนียมไดออกไซด์และผลของสภาวะการเผาและตัวรีดิวซ์ต่อการสลายสีย้อมเมทิลออเรนจ์ที่เร่งปฏิกิริยาด้วยแสง

Year (A.D.)

2018

Document Type

Thesis

First Advisor

Akawat Sririsuk

Faculty/College

Faculty of Engineering (คณะวิศวกรรมศาสตร์)

Department (if any)

Department of Chemical Engineering (ภาควิชาวิศวกรรมเคมี)

Degree Name

Master of Engineering

Degree Level

Master's Degree

Degree Discipline

Chemical Engineering

DOI

10.58837/CHULA.THE.2018.72

Abstract

This research studied the synthesis and application of black titanium dioxide in the photocatalytic degradation of methyl orange (MO). First, titanium dioxide was prepared via a sol-gel method. Then sodium borohydride was used as the reducing agent in order to synthesize black titanium dioxide. Thus, a 2x2x3 factorial experimental design was employed to assess the significance of the following three factors: (A) calcination temperature (400 and 500 ?C); (B) calcination time (5 and 10 h); and (C) the molar ratio of NaBH4 to TiO2 used (0:1, 0.5:1, and 1:1). The removal of MO under UV and visible light were the responses for the analysis of variance. Prior to the photocatalytic experiment, the catalyst was stirred in the dark for one hour before irradiation by either UV or visible light bulbs for three hours. The concentration of MO was measured by UV-Vis spectrophotometer. The highest conversion of MO (82.17% under UV irradiation and 71.92% under visible irradiation) was obtained by black titanium dioxide that was calcined at 500 ?C, 10 h, molar ratio of NaBH4 to TiO2 of 1:1. The catalyst contained the largest amount of surface defect, which trapped photoexcited electrons on the surface and prevent the recombination of electrons and holes. Moreover, the band gap of black TiO2 was narrower and the light absorption in the visible region was enhanced, leading to more photogeneration of charge carriers. From statistical analysis, three main effects and their interactions between factors A and C and factors B and C in the synthesis of white and black TiO2 catalysts were significant for both photocatalytic degradation of MO under UV and visible light.

Other Abstract (Other language abstract of ETD)

งานวิจัยนี้ได้ทำการศึกษาการสังเคราะห์และการประยุกต์ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาแบล็คไทเทเนียมไดออกไซด์ในการสลายสารละลายสีย้อมเมทิลออเรนจ์ด้วยแสง โดยนำตัวเร่งปฏิกิริยาไทเทเนียมออกไซด์ที่เตรียมด้วยวิธีการโซลเจล จากนั้นใช้โซเดียมโบโรไฮไดรด์เป็นตัวรีดิวซ์เพื่อที่จะสังเคราะห์แบล็คไทเทเนียมไดออกไซด์ จึงได้ทำการออกแบบสภาวะการสังเคราะห์ตัวเร่งปฏิกิริยาเป็นแบบ 2x2x3 แฟกทอเรียล เพื่อประเมินนัยสำคัญของปัจจัยที่ใช้ในการสังเคราะห์ ดังนี้ (1) อุณหภูมิการเผา (400 และ 500 องศาเซลเซียส); (2) เวลาการเผา (5 และ 10 ชั่วโมง); และ (3) สัดส่วนเชิงโมลของโซเดียมโบโรไฮไดรด์ที่ใช้ต่อไทเทเนียมไดออกไซด์ (0:1, 0.5:1 และ 1:1 ตามลำดับ) ค่าการกำจัดสารละลายสีย้อมเมทิลออเรนจ์ภายใต้แสงยูวีและแสงวิสิเบิลเป็นตัวตอบสนองสำหรับการวิเคราะห์ความแปรปรวนทางสถิติ ก่อนทำการทดลองการเร่งปฏิกิริยาด้วยแสง ตัวเร่งปฏิกิริยาถูกกวนในที่มืดเป็นเวลา 1 ชั่วโมง จากนั้นทดลองภายใต้แสงยูวีและแสงวิสิเบิลเป็นเวลา 3 ชั่วโมง และทำการวัดความเข้มข้นของเมทิลออเรนจ์ด้วยเครื่อง UV-Vis spectrophotometer จากผลการทดลองพบว่า ตัวเร่งปฏิกิริยาแบล็คไทเทเนียมไดออกไซด์ที่ทำการเผาที่อุณหภูมิ 500 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 10 ชั่วโมง โดยสัดส่วนเชิงโมลของโซเดียมโบโรไฮไดรด์ต่อไทเทเนียมไดออกไซด์เท่ากับ 1:1 ให้ค่าประสิทธิภาพสูงสุดที่ร้อยละ 82.17 ภายใต้แสงยูวีและร้อยละ 71.92 ภายใต้แสงวิสิเบิล เป็นผลมาจากการที่ตัวเร่งปฏิกิริยาที่สังเคราะห์ได้มีความไม่สมบูรณ์แบบตามผิวหน้าอยู่มาก ซึ่งเป็นตัวดักจับอิเล็กตรอนบนพื้นผิวของตัวเร่งปฏิกิริยา มันจะช่วยลดการกลับมารวมกันของคู่อิเล็กตรอนและโฮล อีกทั้งสามารถลดช่องว่างของระดับชั้นพลังงานและมีความสามารถในการดูดซับแสงในช่วงวิสิเบิลได้มากขึ้น ส่งผลให้เกิดการกระตุ้นของอิเล็กตรอนจากการดูดซับพลังงานแสงที่มากขึ้น จากผลการวิเคราะห์ทางสถิติพบว่า อิทธิพลหลักคือปัจจัยทั้งสามและผลของปฏิสัมพันธ์ระหว่างปัจจัย (1) และ (3) และ ปัจจัย (2) และ (3) ในการสังเคราะห์ตัวเร่งปฏิกิริยาไทเทเนียมไดออกไซด์มีผลต่อการสลายสารละลายเมทิลออเรนจ์อย่างมีนัยสำคัญทั้งในสภาวะทีใช้แสงยูวีและวิสิเบิล

Share

COinS
 
 

To view the content in your browser, please download Adobe Reader or, alternately,
you may Download the file to your hard drive.

NOTE: The latest versions of Adobe Reader do not support viewing PDF files within Firefox on Mac OS and if you are using a modern (Intel) Mac, there is no official plugin for viewing PDF files within the browser window.