3D printed TiO2 nanostructures for water purification using sunlight
Autor(a) principal: | |
---|---|
Data de Publicação: | 2021 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | eng |
Título da fonte: | Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) |
Texto Completo: | http://hdl.handle.net/10362/144495 |
Resumo: | Neste trabalho, impressão 3D de estruturas com nanopartículas de dióxido de titânio (TiO2) foram testados como fotocatalitos para a purificação da água através da luz solar. Os nanopós aplicados nas estruturas impressas foram sintetizadas através de solução solvoter-mal assistida por radiação micro-ondas, um método rápido e de baixa temperatura compa-rativamente com o método convencional. As estruturas mesoporosas com diferentes dimen-sões e cavidades foram produzidas pela técnica de impressão estereolitográfica. De modo a fornecer propriedades fotocatalíticas, diversos métodos foram implementados com o intuito de introduzir nanopartículas nas estruturas (método micro-ondas, impregnação de pós e a combinação dos dois métodos). Estes compósitos foram posteriormente sujeitos a testes fo-tocatalíticos na degradação da rodamina B através do simulador de luz solar, em que se de-monstrou que o fotocatalito de TiO2 com maior área superficial teve a melhor performance, degradando cerca de 72% em 360 min. Testes de fotocatálise à luz solar natural e testes de reutilização foram posteriormente conduzidos na amostra que obteve melhor resultado. Adicionalmente, com o intuito de aumentar a eficiência da atividade fotocatalítica à luz solar, a dopagem de nanopartículas de TiO2 com ferro a 1%, 2% e 5% foram sintetizadas igualmente com radiação micro-ondas. Como a dopagem a 5% de Fe mostrou baixar o hiato energético de TiO2 de 3.2 eV para 3.0 eV, foi incorporado na estrutura para testes fotocatalí-ticos. As caracterizações estruturais e morfológicas das nanopartículas foram realizadas através de energy dispersive x-ray spectroscopy (SEM), X-ray diffraction (XDR), X-ray photoelec-tron spectroscopy (XPS), enquanto nas estruturas 3D com nanopartículas informação de energy dispersive x-ray spectroscopy (EDS) foi tirada. Adicionalmente, a caracterização ótica foi efetu-ada através de photoluminescence emission (PL) e a reflectância foi obtida para efeitos de cálcu-lo do hiato energético das nanopartículas. Esta abordagem foi desenvolvida como uma alternativa eficaz para a produção de materiais macro porosos com TiO2, dado que a impressão 3D é uma técnica de produção altamente económica, simples, rápida, e versátil nas peças produzidas, o que possibilita a sua utilização em contexto industrial. |
id |
RCAP_dac134f1fb54c21ad3baa259c145f673 |
---|---|
oai_identifier_str |
oai:run.unl.pt:10362/144495 |
network_acronym_str |
RCAP |
network_name_str |
Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) |
repository_id_str |
7160 |
spelling |
3D printed TiO2 nanostructures for water purification using sunlightMacro-architectures3D-printingTiO2 nanopowderFe doped TiO2photocatalysispollutant degradationDomínio/Área Científica::Engenharia e Tecnologia::Engenharia dos MateriaisNeste trabalho, impressão 3D de estruturas com nanopartículas de dióxido de titânio (TiO2) foram testados como fotocatalitos para a purificação da água através da luz solar. Os nanopós aplicados nas estruturas impressas foram sintetizadas através de solução solvoter-mal assistida por radiação micro-ondas, um método rápido e de baixa temperatura compa-rativamente com o método convencional. As estruturas mesoporosas com diferentes dimen-sões e cavidades foram produzidas pela técnica de impressão estereolitográfica. De modo a fornecer propriedades fotocatalíticas, diversos métodos foram implementados com o intuito de introduzir nanopartículas nas estruturas (método micro-ondas, impregnação de pós e a combinação dos dois métodos). Estes compósitos foram posteriormente sujeitos a testes fo-tocatalíticos na degradação da rodamina B através do simulador de luz solar, em que se de-monstrou que o fotocatalito de TiO2 com maior área superficial teve a melhor performance, degradando cerca de 72% em 360 min. Testes de fotocatálise à luz solar natural e testes de reutilização foram posteriormente conduzidos na amostra que obteve melhor resultado. Adicionalmente, com o intuito de aumentar a eficiência da atividade fotocatalítica à luz solar, a dopagem de nanopartículas de TiO2 com ferro a 1%, 2% e 5% foram sintetizadas igualmente com radiação micro-ondas. Como a dopagem a 5% de Fe mostrou baixar o hiato energético de TiO2 de 3.2 eV para 3.0 eV, foi incorporado na estrutura para testes fotocatalí-ticos. As caracterizações estruturais e morfológicas das nanopartículas foram realizadas através de energy dispersive x-ray spectroscopy (SEM), X-ray diffraction (XDR), X-ray photoelec-tron spectroscopy (XPS), enquanto nas estruturas 3D com nanopartículas informação de energy dispersive x-ray spectroscopy (EDS) foi tirada. Adicionalmente, a caracterização ótica foi efetu-ada através de photoluminescence emission (PL) e a reflectância foi obtida para efeitos de cálcu-lo do hiato energético das nanopartículas. Esta abordagem foi desenvolvida como uma alternativa eficaz para a produção de materiais macro porosos com TiO2, dado que a impressão 3D é uma técnica de produção altamente económica, simples, rápida, e versátil nas peças produzidas, o que possibilita a sua utilização em contexto industrial.In this present work, 3D-printed dioxide titanium (TiO2) architectures were tested as photocatalysts for water purification under sunlight. Nanopowders applied on the struc-tures were synthesized through solvothermal method under microwave irradiation, a faster and low-temperature method compared to conventional synthesis. The macro mesoporous structures with different dimensions and cavities were successfully printed using a stereo-lithography (SLA) 3D printer. To provide photocatalytic properties, different approaches were successfully performed to implement nanoparticles on the surface of the structures (microwave method, nanopowder impregnation, and the combination of both methods). These 3D-printed architectures composite had their photocatalytic activity assessed from rhodamine B (RhB) degradation using a solar light simulator, where the TiO2 photocatalyst with the highest surface had the best performance, reaching 72% degradation in 360 min. Thus, photocatalytic activity under natural sunlight and reusability tests were success-fully performed on the sample with the best efficiency. Additionally, for enhancing TiO2 photocatalytic activity under solar light, TiO2 nanostructures were doped with 1%, 2%, and 5% iron. The doping was obtained through microwave synthesis, by adding the metal precursor to the standard TiO2 reaction. The 5% Fe doped TiO2 lowered the pure TiO2 energy band gap from 3.2 eV to 3.0 eV, therefore, it was applied to 3D printed structures for photocatalytic tests. The structural and morphological characterization of nanoparticles were carried out by energy dispersive x-ray spectroscopy (SEM), X-ray diffraction (XDR) and X-ray photoe-lectron spectroscopy (XPS), whereas for 3D printed structures composite, energy dispersive x-ray spectroscopy (EDS) was accomplished. Additionally, optical characterization was car-ried out by photoluminescence emission (PL) and reflectance transmission to determine the semiconductor optical band gap. The approach that was developed is an effective alternative for production routes of TiO2 macro-porous materials investigated nowadays since 3D printing is a highly cost-effective technique, simple, fast, and easily scalable which make these materials capable to be used in an industrial environment.Gomes, DanielaSarmento, JoanaRUNXue, Rita2022-10-06T15:41:51Z2021-122021-12-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10362/144495enginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2024-03-11T05:24:08Zoai:run.unl.pt:10362/144495Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-20T03:51:35.655360Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse |
dc.title.none.fl_str_mv |
3D printed TiO2 nanostructures for water purification using sunlight |
title |
3D printed TiO2 nanostructures for water purification using sunlight |
spellingShingle |
3D printed TiO2 nanostructures for water purification using sunlight Xue, Rita Macro-architectures 3D-printing TiO2 nanopowder Fe doped TiO2 photocatalysis pollutant degradation Domínio/Área Científica::Engenharia e Tecnologia::Engenharia dos Materiais |
title_short |
3D printed TiO2 nanostructures for water purification using sunlight |
title_full |
3D printed TiO2 nanostructures for water purification using sunlight |
title_fullStr |
3D printed TiO2 nanostructures for water purification using sunlight |
title_full_unstemmed |
3D printed TiO2 nanostructures for water purification using sunlight |
title_sort |
3D printed TiO2 nanostructures for water purification using sunlight |
author |
Xue, Rita |
author_facet |
Xue, Rita |
author_role |
author |
dc.contributor.none.fl_str_mv |
Gomes, Daniela Sarmento, Joana RUN |
dc.contributor.author.fl_str_mv |
Xue, Rita |
dc.subject.por.fl_str_mv |
Macro-architectures 3D-printing TiO2 nanopowder Fe doped TiO2 photocatalysis pollutant degradation Domínio/Área Científica::Engenharia e Tecnologia::Engenharia dos Materiais |
topic |
Macro-architectures 3D-printing TiO2 nanopowder Fe doped TiO2 photocatalysis pollutant degradation Domínio/Área Científica::Engenharia e Tecnologia::Engenharia dos Materiais |
description |
Neste trabalho, impressão 3D de estruturas com nanopartículas de dióxido de titânio (TiO2) foram testados como fotocatalitos para a purificação da água através da luz solar. Os nanopós aplicados nas estruturas impressas foram sintetizadas através de solução solvoter-mal assistida por radiação micro-ondas, um método rápido e de baixa temperatura compa-rativamente com o método convencional. As estruturas mesoporosas com diferentes dimen-sões e cavidades foram produzidas pela técnica de impressão estereolitográfica. De modo a fornecer propriedades fotocatalíticas, diversos métodos foram implementados com o intuito de introduzir nanopartículas nas estruturas (método micro-ondas, impregnação de pós e a combinação dos dois métodos). Estes compósitos foram posteriormente sujeitos a testes fo-tocatalíticos na degradação da rodamina B através do simulador de luz solar, em que se de-monstrou que o fotocatalito de TiO2 com maior área superficial teve a melhor performance, degradando cerca de 72% em 360 min. Testes de fotocatálise à luz solar natural e testes de reutilização foram posteriormente conduzidos na amostra que obteve melhor resultado. Adicionalmente, com o intuito de aumentar a eficiência da atividade fotocatalítica à luz solar, a dopagem de nanopartículas de TiO2 com ferro a 1%, 2% e 5% foram sintetizadas igualmente com radiação micro-ondas. Como a dopagem a 5% de Fe mostrou baixar o hiato energético de TiO2 de 3.2 eV para 3.0 eV, foi incorporado na estrutura para testes fotocatalí-ticos. As caracterizações estruturais e morfológicas das nanopartículas foram realizadas através de energy dispersive x-ray spectroscopy (SEM), X-ray diffraction (XDR), X-ray photoelec-tron spectroscopy (XPS), enquanto nas estruturas 3D com nanopartículas informação de energy dispersive x-ray spectroscopy (EDS) foi tirada. Adicionalmente, a caracterização ótica foi efetu-ada através de photoluminescence emission (PL) e a reflectância foi obtida para efeitos de cálcu-lo do hiato energético das nanopartículas. Esta abordagem foi desenvolvida como uma alternativa eficaz para a produção de materiais macro porosos com TiO2, dado que a impressão 3D é uma técnica de produção altamente económica, simples, rápida, e versátil nas peças produzidas, o que possibilita a sua utilização em contexto industrial. |
publishDate |
2021 |
dc.date.none.fl_str_mv |
2021-12 2021-12-01T00:00:00Z 2022-10-06T15:41:51Z |
dc.type.status.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
dc.type.driver.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/masterThesis |
format |
masterThesis |
status_str |
publishedVersion |
dc.identifier.uri.fl_str_mv |
http://hdl.handle.net/10362/144495 |
url |
http://hdl.handle.net/10362/144495 |
dc.language.iso.fl_str_mv |
eng |
language |
eng |
dc.rights.driver.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/openAccess |
eu_rights_str_mv |
openAccess |
dc.format.none.fl_str_mv |
application/pdf |
dc.source.none.fl_str_mv |
reponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informação instacron:RCAAP |
instname_str |
Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informação |
instacron_str |
RCAAP |
institution |
RCAAP |
reponame_str |
Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) |
collection |
Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) |
repository.name.fl_str_mv |
Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informação |
repository.mail.fl_str_mv |
|
_version_ |
1799138109243260928 |