Istraživački projekt IP-11-2013-5092
DePoNPhoto DEVELOPMENT OF PHOTOCATALYTIC POLYMER NANOCOMPOSITES FOR WASTEWATER TREATMENT Razvoj fotokatalitičkih polimernih nanokompozita za obradu otpadnih voda Projekt je financiran od strane Hrvatske zaklade za znanost
razdoblje trajanja: 4 godine (1. rujna 2014.-31. kolovoza 2018.)
DePoNPhoto, Zagreb, 09.02.2015.
Cilj projekta
Razvoj novih polimernih
nanokompozita s proširenim fotokatalitičkim djelovanjem pomaknutim k vidljivom
području UV/Vis spektra sunčeva zračenja za pročišćavanje voda.
DePoNPhoto, Zagreb, 09.02.2015.
IDEJA PROJEKTA
Sinteza
to exploit the sensitizing
Anorganski poluvodiči • metalni oksidi: TiO2, ZnO Organski vodljivi polimeri • polianilin, polipirol i PEDOT
capacities of conducting polymers with metal oxide nanoparticles to produce nanocomposites with enhanced photocatalytic activities to increase degradation
rate of water pollutants under UV/Vis (sunlight) irradiation.
organsko / anorganskog hibridnog materijala
Sinergističko i komplementarno
svojstvo
Rezultat • uklanjanje organskih bojila onečišćenja iz otpadnih voda
DePoNPhoto, Zagreb, 09.02.2015.
IDEJA PROJEKTA
TiO2 fotokatalizator UV irradiation
TiO2
3.2 eV oxidation
H2 0
Nastali hidroksil radikali - oksidansi visoke oksidacijske moči gotovo potpuno razgrađuju i teško razgradljive organske spojeve u vodu i CO2 (mineralizacija)
DePoNPhoto, Zagreb, 09.02.2015.
IDEJA PROJEKTA PROBLEM Sunčevo zračenje sadrži:
5 % UV ukupnog zračenja 50% Vis ukupnog zračenja PROBLEM energija Vis zračenja
nije dovoljna da omogući prijelaz elektrona iz valentne u vodljivu vrpcu, nema oksidacije RJEŠENJE TiO2 + dopiranje (CP) +
Vis = oksidacija (razgradnja) azobojila
• Reakcije hidroksilnih radikala - u vodenom mediju oduzimanje vodikovog atoma – nastaje organski
slobodni radikal i voda OH• + RH → R• +H2O
elektrofilna adicija na dvostruku ili trostruku vezu
OH• + R2C=CR2 → R2(OH)C-CR2 prijelaz elektrona – nastaju ioni višeg stupnja
valencije, ili atom ili pak slobodni radikal OH• + RX → RX•+ +OH-
interakcija radikala – međusobno reagiraju dva
slična ili ista radikala OH• + OH• → H2O2
Dopiranje molekule TiO2 vodljivim polimerom, koji je također fotosenzibilan, predstavlja drugi, noviji pristup njegova aktiviranja. R = organska tvar - onečišćenje
DePoNPhoto, Zagreb, 09.02.2015.
IDEJA PROJEKTA Svojstvo vodljivosti
Vodljivi polimeri (CP)
CP su organski polimeri sa svojstvom
elektrovodljivosti
posljedica je njihove strukture budući da su oni konjugirani polimeri (izmjenične jednostruke i dvostruke veze)
Konjugirani polimeri
Izolatori
poluvodiči
Vodljivi polimer
metali
Dopiranjem se mijenja
struktura, nastaje amorfno - kristalinična, posljedica je vodljivost Usporedba vodljivosti konjugiranih polimera s vodljivošću metala i poluvodiča oksidacijsko dopiranje
p-tip dopiranja redukcijsko dopiranje n- tip dopiranja
naboj se može gibati između “kristaličnih” područja, a kroz amorfno područje samo preskocima po lokaliziranim stanjima na lancu i između lanaca.
DePoNPhoto, Zagreb, 09.02.2015.
IDEJA PROJEKTA Dopiranjem mijenja se
struktura polimera nastaje amorfna matrica s kristaliničnim područjima ovisno o dopiranju
konjugirani polimeri mogu se nalaziti u izolatorskom, poluvodičkom ili u metalnom području vodljivosti Dopiranje funkcijskim protonskim kiselinama, jodom, …
Vodljivi polimeri Apsorpcijom svjetla CP se aktivira i injektira elektron u vodljivu vrpcu TiO2. TiO2 tako postaje aktivan i započinje proces oksidacije, tj. proces nastajanja hidroksi radikala koji zatim započinju proces razgradnje organskog onečišćenja. Prednost CP je u tome što im je moguće prilagoditi kemijska, fizikalna, optička svojstva prema primjeni. Čak i kod vrlo niskog dopiranja (<1%), električna vodljivost povećava se i za nekoliko puta. Unatoč intenzivnim istraživanjima, odnos struktura vodljivost još uvijek slabo je razumljiv. pretpostavlja se da vodljivost raste s višim stupnjem kristalnosti no, to nije potvrđeno za PANI već samo za PEDOT koji je uglavnom amorfan.
DePoNPhoto, Zagreb, 09.02.2015.
IDEJA PROJEKTA
Vodljivi polimeri
PANI
ponavlj. jedinica
Istraživanje će se
provesti s 3 različita vodljiva polimera (CP): PPY
ponavlj. jedinica
ponavlj. jedinica
DePoNPhoto, Zagreb, 09.02.2015.
REZULTAT PROJEKTA
Modifikacija FA, sinteza TiO2, sinteza vodljivog polimera
Sinteza organsko / anorganskog fotokatalizatora, tj. polimernog
nanokompozita s fotokatalitičkim djelovanjem u vidljivom području UV/Vis spektra sunčeva zračenja za pročišćavanje voda.
Fotokatalizator (PCCP)
DePoNPhoto, Zagreb, 09.02.2015.
IZVOĐENJE PROJEKTA
Modifikacija FA istražiti uvjete modifikacije, NaOH, HCl
…. veličina čestica veličina volumena pora
Leteći pepeo (FA)
otpad koji nastaje spaljivanjem javlja se problem
njegova zbrinjavanja Leteći pepeo (FA) Silikat
SiO2 = 42,32 % Al2O3 = 19,46% CaO = 24,32 % Fe2O3 = 5,98% …
nosač nanočestica (TiO2, ZnO) PREDNOST efikasniji fotokatalitički proces efikasnije uklanjanje katalizatora
Cilj
- dobiti što manju veličinu čestica - velike površine - pore većeg volumena
DePoNPhoto, Zagreb, 09.02.2015.
IZVOĐENJE PROJEKTA TiO2 se sastoji od 3
različite strukture: anatas, rutil i brukit.
Sinteza TiO2 Istražiti različite uvjete sol-gel sinteze anatas struktura
veličina kristala Cilj
Anatas, kao i veličina
njegovih kristala, utječu na fotokatalitičku aktivnost, tj. na intenzitet razgradnje (oksidacije) organskih onečišćenja u vodi.
Utjecaj uvjeta i
mehanizma sinteze na kemijsku i fizikalnu strukturu polimernih slojeva te povezati strukturu sa svojstvima vodljivih polimera.
– veći udio anatas strukture povećava fotokataličku aktivnost
Sinteza vodljivog polimera Istražiti različite uvjete in-situ sinteze
struktura
Cilj
zadovoljavajuća vodljivost
– sinergističko djelovanje s TiO2, čime se povećava fotokatalička aktivnost u Vis području
DePoNPhoto, Zagreb, 09.02.2015.
RADNI PLAN
Kupnja Opreme, kemikalija, reaktora … Servis i održavanje opreme
Modifikacija FA Sinteza katalizatora sol-gel TiO2 – FA Sol-gel ZnO – FA
In-situ sinteza vodljivih polimera PANI/TiO2-FA i PANI/ZnO-FA PPy/TiO2-FA i PPy/ZnO-FA PEDOT/TiO2-FA i PEDOT/ZnO-FA
Karakterizacija BET, XRD, SEM, FTIR, TGA, fotokatalitička aktivnost…
DePoNPhoto, Zagreb, 09.02.2015.
RADNI PLAN
Diseminacija objavljivanje znanstvenih radova konferencije domaće: SKIKI, SMLKI međunarodne: MODEST, EPF (polimeri) i
AOTs (za pročišćavanje voda)
2 radionice • krajem 2 i 3 godine trajanja projekta
• prezentacija dobivenih rezultata
Dolazak eksperta Prof. Travaš Sejdić (predviđena 2 dolaska)
DePoNPhoto, Zagreb, 09.02.2015.
RADNI PLAN
KUPNJA OPREME
Zapošljavanje
• 1 doktoranda (4 godine, 2 +2) • 1 postdoktoranda (1,5 do 2 godine)
• SOLAR SIMULATOR 120.000,00 kn 60.000,00 kn DePoNPhoto
60.000,00 kn NanoWaP, doc. Hrvoje Kušić
• MILIPOR - za pročišćavanje vode 60.000,00 kn DePoNPhoto
DePoNPhoto, Zagreb, 09.02.2015.
MILIPOR
SOLAR SIMULATOR
DePoNPhoto, Zagreb, 09.02.2015.
REZULTATI
• BET metoda Uzorci SBET (m2/g) tot. pore vol.
FA 0 3,931 6,3E-03
FA 1 4,779 4,9E-03
FA 1,5 4,626 5,8E-03
FA 2 7,097 5,6E-03
FA 3 7,51 5,4E-03
FA 2M 10,8874 1,3E-02
FA 2,5 S 12,3273 1,4E-02
Modifikacija FA 0,0200
FA 0 FA 1
SBET, veličina 0,0150
dV/(d(log(dp)), cm3g-1
čestica volumen pora
FA 1,5 FA 2 FA 3 FA 2,5 MS FA 2M
0,0100
0,0050
0,0000 1
10
100
dp (nm)
DePoNPhoto, Zagreb, 09.02.2015.
REZULTATI
• Vrijeme obezbojenja (oksidacije)
RR45 katalizatorima 1
Fotokatalitička
aktivnost Reactive Red 45 (RR45)
0,8
FA-TiV
Katalizatori: Pepeo i TiO2 sintetiziran (FA-TiV, FA-TiCh) TiO 2 sintetiziran (TiV-500 ) TiO 2 komercijalni i polipirol (P25-500, P25-700 , P25-500-PPy, P25-700-PPy)
Absorbancija
TiV-500 0,6
P25-500 P25-700 FA-TiCh
0,4
P25-500-PPy P25-700-PPy 0,2
0 0
30
60
vrijeme/min
90
DePoNPhoto, Zagreb, 09.02.2015.
POSTIGNUĆA PROJEKTA doprinijeti razvoju i
modernizaciji znanosti i tehnologije u Hrvatskoj
obrazovanje mladih znanstvenika i studenata
DePoNPhoto Objavljivanje većeg broja znanstvenih radova
Zapošljavanje 1 doktoranda 1 postdoktoranda
Doktorski rad Diplomski radovi
Nabavka nove opreme
Prijenos znanja
Patenti
Razvoj područja istraživanja
Doprinos razvoju gospodarstva
nova znanja o sintezi vodljivih polimera
Priprava
nanokompozita za učinkovite i održive fotokatalitičke procese za pročišćavanje voda.
Direktan - indirektan
DePoNPhoto, Zagreb, 09.02.2015.
Suradnici na projektu: PODRUČJE ISTRAŽIVANJA POJEDINIH SKUPINA
Sinteza vodljivih polimera – fotokatalizatora
Ocjena fotokatalitičke aktivnosti
Ocjena stabilnosti fotokatalizatora
Fakultet kemijskog inženjerstva i tehnologije Dr. sc. Ljerka Kratofil Krehula Dr. sc. Zvonimir Katančić Vanja Gilja, mag. ing. oecoing. – doktorandica Prof. dr. sc. Zlata Hrnjak-Murgić – voditeljica
Sveučilište u Aucklandu Prof. dr. sc. Jadranka Travaš-Sejdić
Geotehnički fakultet, Varaždin Doc. dr. sc. Anita Ptiček Siročić
Veleučilište u Karlovcu Dr. sc. Igor Peternel, viši predavač Post doktorand – raspis natječaja (početkom 2017.)
DePoNPhoto, Zagreb, 09.02.2015.
Glavni istraživač i voditelj
Prof. dr. sc. Zlata Hrnjak-Murgić
zaposlena na FKIT-u od 1985. voditeljica 1 međunarodnog i 4 domaća znanstvena projekta suradnica na 6 domaćih znanstvenih projekata
kao autor i koautor objavila je ukupno 66 znanstvenih radova 36 u časopisima citiranim u CC, SCI i SCI-expanded bazama održala je 10 predavanja na znanstvenim skupovima (2 pozvana) sudjelovala u radu 8 znanstvenih odbora znanstvenih skupova mentorica je 35 diplomskih i završnih radova te 4 doktorska rada Studijski boravci: Deutschen Kunststoff-Institut, Darmstadt, Njemačka i Sveučilište Bath, Velika Britanija
Područje istraživanja: polimerni materijali, polimerne mješavine i (nano)kompoziti, recikliranje polimernih materijala, aktivna polimerna ambalaža, degradacija i stabilizacija polimernih materijala.
DePoNPhoto, Zagreb, 09.02.2015.
Istraživač, Fakultet kemijskog inženjerstva i tehnologije Dr. sc. Ljerka Kratofil Krehula zaposlena na FKIT-u od 2000. doktorirala 2010. na FKIT-u kao autor i koautor objavila je ukupno 22 znanstvena rada, 18 u časopisima citiranim u CC, SCI i SCI-expanded bazama 1 poglavlje u knjizi održala je 6 predavanja na znanstvenim skupovima (2 pozvana predavanja) Područje istraživanja: recikliranje polimernih materijala, sinteza i karakterizacija polimernih mješavina i kompozita
DePoNPhoto, Zagreb, 09.02.2015.
Istraživač, Fakultet kemijskog inženjerstva i tehnologije Dr. sc. Zvonimir Katančić zaposlen na FKIT-u od 2007. doktorirao 2013. na FKIT-u autor i koautor je 11 znanstvenih radova 8 u časopisima citiranim u CC, SCI i SCI-expanded bazama i 1 poglavlje u knjizi Studijski boravak; University of Aucland Područje istraživanja: toplinska stabilnost i gorivost polimernih materijala, sinteza i karakterizacija polimera i polimernih kompozita, recikliranje polimernih materijala,
Vanja Gilja, mag. ing. oecoing., doktorandica diplomirala na FKIT-u 2013. zaposlena na FKIT-u od 1.1. 2015. volonter na FKIT-u, ZPIOKT (travanj-prosinac 2014.) uključena u istraživački rad od travnja 2014.
Istraživač, Geotehnički fakultet, Varaždin Doc. dr. sc. Anita Ptiček Siročić
zaposlena na FKIT-u od 2002.-2013. od 2013. - Geotehnički fakultet u Varaždinu doktorirala 2006. na FKIT-u kao autor i koautor objavila je ukupno 26 znanstvenih radova 23 u časopisima citiranim u CC, SCI i SCI-expanded bazama 1 poglavlje u knjizi 11radova u zbornicima s međunarodnom recenzijom
Područje istraživanja: recikliranje polimernih materijala, sinteza i karakterizacija polimernih mješavina i kompozita, podzemnih voda
DePoNPhoto, Zagreb, 09.02.2015.
Istraživač, Veleučilište u Karlovcu Dr. sc. Igor Peternel zaposlen na FKIT-u od 2002.-2013. od 2013. - Veleučilište u Karlovcu doktorirao 2008. na FKIT-u kao autor i koautor objavio je ukupno 28 znanstvenih radova, 19 u časopisima citiranim u CC, SCI i SCI-expanded bazama 2 poglavlja u knjigama održao je 3 pozvana predavanja na znanstvenim skupovima Studijski boravci: 2003, 2004, Tallahassee, Florida, USA, Florida State University 2008, Jackson, Mississippi, USA, Jackson State University, research visitor 2011, Irvine, California, USA, University of California-Irvine, research visitor 2011, Barcelona, Spain, Universitat de Barcelona, ERASMUS preparatory visit
Područje istraživanja: napredni oksidacijski procesi (AOP) za pročišćavanje otpadnih voda onečišćenih ogranskim tvarima
DePoNPhoto, Zagreb, 09.02.2015.
• Savjetnik, Sveučilište u Aucklandu, Novi Zeland Prof. dr. sc. Jadranka Travaš-Sejdić 1999. zaposlena na Sveučilištu u Aucklandu direktor, Polymer Electronics Research Centre
doktorirala 1999. Sveučilištu u Aucklandu objavila više od 150 znanstvenih radova
8 patenata voditelj više od 20 znanstvenih projekata
citiranost Scopus: 3097, h = 31
Područje istraživanja: ekspert iz područja sinteze I
karakterizacije vodljivih polimera i senzora.
DePoNPhoto, Zagreb, 09.02.2015.
HVALA NA PAŽNJI
