Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1822/45819

TitlePhotocatalytic degradation of micropollutants with TiO /PVDF-TrFE membranes
Author(s)Ribeiro, Joana Margarida Fernandes da Silva
Advisor(s)Lanceros-Méndez, S.
Pereira, Luciana
Issue date6-Jan-2017
Abstract(s)With the extensive use of chemicals produced through the development of technology, organic pollutants in water represent a major concern, as they constitute a potential risk for the ecosystem and human health. Furthermore, these compounds are extremely resistant to biological degradation processes and wastewater and drinking water treatment plants, causing their accumulation in water effluents. In this scope, Advanced Oxidation Processes arise as a possible solution, in particular, heterogeneous semiconductor photocatalysis. The primary aim of this study was to evaluate the effectiveness of immobilized titanium dioxide photocatalyst for the removal of pollutants from wastewater. Membranes of poly(vinylidene difluoride−trifluoroethylene) with 8% wt. P25 TiO2 nanoparticles were produced by solvent casting, with and without the inclusion of zeolites (NaY) to improve wettability, characterized and applied in the photocatalytic degradation of four micropollutants: the cationic dyes Methylene Blue, the antibiotic Ciprofloxacin, the anti-inflammatory Ibuprofen and the plastic precursor Bisphenol A. All the produced membranes possess a highly porous structure, with interconnected pores and a degree of porosity around 70%, with pore sizes ranging between 30 and 80 μm. The composites present the characteristic absorption bands of β PVDF and show unchanged polymer structure in comparison to the pristine polymeric membrane, even after four uses. The membranes with TiO2 and zeolites are more hydrophilic than the pristine membrane. The presence of TiO2 nanoparticles modify the hydrophobic nature of the membranes after subjected to ultra violet, as does the inclusion of zeolites. In the first use, the membrane with zeolites degraded Methylene blue with higher efficiency, ≃ 98% after 300 min, and a degradation rate of ≃ 0.044 min-1. The membrane without zeolites performed better in the degradation of Ciprofloxacin, ≃ 93% after 300 minutes, with a degradation rate of ≃ 0.010 min-1. Bisphenol A was not degraded and Ibuprofen seemed to generate by-products during the reaction. In the first use, after 300 minutes, Ibuprofen degraded ≃ 18 and ≃ 48% and Bisphenol A degraded ≃ 7 and ≃ 3%, using membranes with and without zeolites, respectively. Overall, reutilization of the membranes showed little to no efficiency loss after fourth degradations of Methylene blue, and a slight increase in the degradation of Ciprofloxacin, ≃ 98% with a reaction rate of ≃ 0.015 min-1, and of Ibuprofen, ≃ 66% with a reaction rate of ≃ 0.003 min-1, for membranes without zeolites after 300 minutes. The conjugation of these factors make these membranes suitable for photocatalytic degradation of micropollutants.
Vários poluentes orgânicos surgem na água como consequência do excessivo uso de químicos gerados com o desenvolvimento tecnológico. Estes poluentes constituem um potencial risco para o ecossistema e saúde humana. Além disso, são extremamente resistentes a processos de degradação biológica e estações de tratamento de águas residuais e água potável, causando a sua acumulação no meio aquático. Neste sentido, os Processos de Oxidação Avançados surgem como uma possível solução, em particular, a fotocatálise heterogénea com semicondutores. O principal objetivo deste estudo foi avaliar a eficácia da fotocatálise com dióxido de titánio imobilizado para a remoção de poluentes de águas residuais. Assim, membranas de poli(fluoreto de divinilideno-trifluoretileno) com 8% wt. de nanopartículas de TiO2 P25 foram produzidas por solvent casting, com e sem a implementação de zeólitos (NaY) de modo a melhorar a molhabilidade, caracterizadas e aplicadas na degradação fotocatalítica de quatro micropoluentes: o corante catiónico Azul de metileno, o antíbiótico Ciprofloxacina, o antiinflamatório Ibuprofeno e o percursor plástico Bisfenol A. Todas as membranas produzidas possuem uma estrutura porosa, com poros interconectados e um grau de porosidade de cerca de 70%, com tamanho de poros entre os 30 e os 80 μm. Os compósitos apresentam as bandas de absorção características da fase β do PVDF e mostram uma estrutura polimérica intacta, mesmo depois de quatro utilizações. As membranas com TiO2 e zeólitos são mais hidrofílicas do que a membrana pura. A presença de nanopartículas de TiO2 modifica a natureza hidrofóbica das membranas após sujeitas a luz ultra-violeta, assim como a inclusão de zeólitos. Na primeira utilização, a membrana com zeólitos degradou Azul de metileno com maior eficiência, ≃ 98% em 300 minutos, com uma velocidade de degradação de ≃ 0.044 min-1. A membrana sem zeólitos degradou Ciprofloxacina com mais eficiência, 93% em 300 minutos, com uma velocidade de degradação de ≃ 0.010 min-1. O Bisfenol A não foi degradado e o Ibuprofeno pareceu gerar sub-produtos aquando da reação. Na primeira utilização, o ibuprofeno degradou ≃ 18 e ≃ 48% em 300 minutos e bisfenol A degradou ≃ 7 e ≃ 3% em 300 minutos, usando membranas com e sem zeólitos, respetivamente. De uma forma geral, a reutilização das membranas mostrou pouca ou nenhuma perda de eficiência após quatro degradações de Azul de metileno, e um ligeiro aumento na de Ciprofloxacina, ≃ 98% com uma velocidade de reação de ≃ 0.015 min-1, e de Ibuprofeno, ≃ 66% com uma velocidade de reação de ≃ 0.003 min-1, para membranas sem zeólitos após 300 minutos. A conjugação destes fatores faz destas membranas apropriadas para a degradação fotocatalítica de micropoluentes.
TypeMaster thesis
DescriptionDissertação de mestrado em Física (área de especialização em Física Aplicada)
URIhttp://hdl.handle.net/1822/45819
AccessOpen access
Appears in Collections:BUM - Dissertações de Mestrado
CDF - FCD - Dissertações de Mestrado/Master Thesis

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