Συντάχθηκε 31-05-2017 08:31
από Georgia Poniridou
Email συντάκτη: tponiridou<στο>tuc.gr
Ενημερώθηκε:
-
Ιδιότητα: υπάλληλος ΜΗΠΕΡ.
ΣΧΟΛΗ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ
ΑΝΑΚΟΙΝΩΣΗ ΥΠΟΣΤΗΡΙΞΗΣ ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗΣ ΔΙΑΤΡΙΒΗΣ
Όνοματεπώνυμο Υποψήφιου ΔΙΔΑΚΤΟΡΑ: ΔΗΜΗΤΡΑ ΠΑΠΑΔΑΚΗ
Α.Μ.: 2012057295
Ημερομηνία Παρουσίασης: 21 ΙΟΥΝΙΟΥ 2017
Ώρα: 12.00- 14.00
Αίθουσα:Κ2.Α7 ΜΗΠΕΡ
Θέμα «Environmental Performance of Photocatalytic Materials for Energy Save»
Επιβλέπων: Theocharis Tsoutsos
Επταμελής Εξεταστική Επιτροπή:
1 Theocharis Tsoutsos
2 George Kiriakidis
3 Noni- Pagona Maravelaki
4 Dionysia Kolokotsa
5 Danae Venieri
6 Xekoukoulotakis Nikolaos
7 Suprakas Sinha Ray
Περίληψη:
Η χρήση νανοσωματιδίων στην κτιριακή βιομηχανία αποτελεί ένα ακόμη βήμα προς την κατεύθυνση των πράσινων αποδοτικών έξυπνων κτιρίων. Αυτά τα υλικά συναντώνται είτε αναμειγμένα σε μήτρες δομικών υλικών, είτε σαν επιχρίσματα, ή σε μονωτικές εφαρμογές. Τα νανοσωματιδίου του διοξειδίου του τιτανίου (TiO2), ο ψευδάργυρος (ZnO) και άλλα οξείδια, μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως φωτοκαταλυτικά προϊόντα, αντιβακτηριακά, αυτοκαθαριζόμενα και απωθητικά για το νερό ή τα μικρόβια. Στην περίπτωση της φωτοκατάλυσης, αυτά τα νανοσωματίδια έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως για την ποιότητα του εσωτερικού αέρα και την ποιότητα του αστικού αέρα μέσω της χρήσης τους μέσα στα δομικά υλικά. Τα δύο νανοϋλικά, δηλαδή το TiO2 και το ZnO, μελετώνται σε αυτή τη διδακτορική διατριβή. Διαφορετικές παράμετροι σύνθεσης όπως η θερμοκρασία, η ισχύς, το dopping, η αύξηση των κενών θέσεων οξυγόνου μέσω της έκθεσης σε αμμωνία, διερευνώνται για το ρόλο τους στη φωτοκαταλυτική απόδοση των νανοσωματιδίων. Έχει αποδειχθεί ότι η υψηλότερη θερμοκρασία και ισχύς οδηγεί σε υψηλότερη κρυσταλλικότητα, ενεργή επιφάνεια και πορώδες, οδηγώντας σε υψηλότερη φωτοκαταλυτική δράση. Ένα νανοϋλικό με υψηλότερη ενεργή επιφάνεια είναι επομένως φιλικότερο για το περιβάλλον καθώς μια μικρή αύξηση της θερμοκρασίας ή της ισχύος μπορεί να ενισχύσει τη δραστηριότητά του ως φωτοκαταλύτη. Ειδικά η αύξηση της θερμοκρασίας έχει θετική επίδραση στην περιβαλλοντική συμπεριφορά των νανοδομών ZnO, με τους 150 oC και 220 oC να έχουν συνολικό περιβαλλοντικό αποτύπωμα ~ 10% και ~ 41% μικρότερο από αυτό των 90 oC. Επίσης, η αυξημένη ισχύς έχει μικρότερο περιβαλλοντικό αποτύπωμα. Ιδιαίτερα το συνολικό περιβαλλοντικό αποτύπωμα των 310 W και 710 W είναι ~ 18% και ~ 27% μικρότερο από αυτό των 110 W.
Το doping οδήγησε επίσης σε υψηλότερα φωτοκαταλυτικά αποτελέσματα. Το ZnO με πρόσμιξη Co έδειξε 10% φωτοκαταλυτική συμπεριφορά υπό ορατή ακτινοβολία. Τα δείγματα TiO2 με πρόσμιξη Al και Ιn έδειξαν υψηλά ποσοστά αποχρωματισμού (90% και 60%) υπό UV ακτινοβολία. Τα νανοσωματίδια αναμειγμένα με ασβεστοκονίαμα, τσιμέντο και τσιμεντόχρωμα μελετήθηκαν και βρέθηκε υψηλή αποδόμηση στο δείγμα του ασβεστοκονιάματος με TiO2. Συγκεκριμένα, καταγράφηκε 12% αποδόμηση φορμαλδεΰδης υπό υπεριώδη ακτινοβολία. Επιπλέον, το τσιμέντο και το τσιμεντόχρωμα φαίνεται να έχει μεγάλη προσρόφηση ρύπων, με το τσιμέντο να παρουσιάζει τα χαμηλότερα ποσοστά ρύπανσης. Οργανικές ενώσεις βρέθηκαν σε ασβεστοκονίαμα με αποτέλεσμα την δραματική μείωση της απόδοσης του εμπορικού φωτοκαταλυτικού υλικού, Ρ25, εντός αυτής της μήτρας του δομικού υλικού. Συνεπώς, στην βιομηχανία των κτιρίων, η επιλογή της μήτρας που θα ενσωματώνει το φωτοκαταλυτικό νανοϋλικό αποτελεί μία κρίσιμη παράμετρο.
Abstract
The incorporation of nanoparticles in the building industry is a further step towards green, efficient smart buildings. These applications can be found in building matrixes, coatings or insulating applications. Nanostructured titanium dioxide (TiO2), zinc (ZnO), and other oxides, can be used as photocatalytic products, antibacterial, self-cleaning and water or germ repellents. In the case of photocatalysis, these nanoparticles have been widely used for indoor air quality and urban air quality through their use inside building materials. The two nanomaterials, namely TiO2 and ZnO, are studied in this PhD thesis. Different synthesis parameters like Temperature, Power, doping, oxygen vacancies enhancement via ammonia exposure, are investigated for their role in the photocatalytic performance of the nanoparticles. It has been proved that higher temperature and power leads to higher crystallinity, surface area and porosity, leading to higher photocatalytic activity. A nanomaterial with higher surface area therefore is also environmental friendlier as a small increase in temperature or power may enhance its activity as a photocatalyst. Specifically increasing the temperature has a positive effect on the ZnO nanostructures environmental sustainability, with 150 oC and 220 oC having a ~10% and ~41% lower total environmental footprint, compared to 90 oC. Also increased power has lower environmental footprint. Particularly the total environmental footprint of 310 W and 710 W is ~18% and ~27% lower than using 110 W.
Doping led to higher photocatalytic results also. Co doped ZnO showed a 10% photocatalytic behavior under visible light. In and Al doped TiO2 samples had a good photocatalytic response (90% and 60%) under UV. Nanoparticles inside calcareous filler cement and cement paint were studied and high photocatalytic activity was found at the calcareous filler incorporating TiO2, specifically 12% degradation of HCHO under UV irradiation at Mn doped TiO2. Moreover cement and cement paint appeared to have a big adsorption of pollutants with cement having the lowest pollution rates. Organic compounds were found in calcareous building material and this decreased dramatically the performance of P25 inside this BM matrix. Nonetheless the highest photocatalytic results (12%) are achieved under calcareous fillers incorporating TCM. Therefore in construction industry, the choice of the matrix that will incorporate the photocatalytic nanomaterial is a crucial step.
