Συντάχθηκε 06-07-2018 11:47
Ενημερώθηκε:
11-07-2018 16:04
Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών «ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ»
ΑΝΑΚΟΙΝΩΣΗ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗΣ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΗΣ ΔΙΑΤΡΙΒΗΣ
Όνοματεπώνυμο Μεταπτυχιακού Φοιτητή: Tατιάνα Μακροπούλου
Α.Μ.: 2015057374
Ημερομηνία Παρουσίασης: 17/7/2018
Ώρα: 14:00
Αίθουσα: Κ2Α11
Θέμα ΔΜΣ «Ηλιακή φωτοκατάλυση ως μέθοδος απολύμανσης: παρασκευή καταλυτών και έλεγχος αδρανοποίησης παθογόνων βακτηρίων»
Title MSc “Solar photocatalysis as disinfection technique: catsalysts preparation and inactivation assessment of bacterial pathogens”
Επιβλέπων: Δανάη Βενιέρη (Επικ. Καθηγήτρια)
Τριμελής Εξεταστική Επιτροπή:
1. Δανάη Βενιέρη (Επικ. Καθηγήτρια)
2. Παρασκευή Παναγιωτοπούλου (Επικ. Καθηγήτρια)
3. Ευάγγελος Διαμαντόπουλος (Καθηγητής)
Περίληψη:
Λόγω των σύγχρονων απαιτήσεων για παραγωγή νερού υψηλής ποιότητας απαλλαγμένου από παθογόνους μικροοργανισμούς, οι ερευνητές έχουν στρέψει την προσοχή τους στην ανάπτυξη βιώσιμων και αποδοτικών τεχνικών απολύμανσης. Σε αυτό το πλαίσιο, η παρούσα εργασία μελετά την ηλιακή φωτοκατάλυση ως μέθοδο απολύμανσης.
Σκοπός της εργασίας, είναι η σύνθεση και ο χαρακτηρισμός φωτοκαταλυτών ενισχυμένων με άζωτο και η αξιολόγηση τους ως προς την ικανότητα να αδρανοποιούν μικροβιακά στελέχη των Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa και Bacillus cereus σε υδατικά διαλύματα υπό προσομοιωμένη ηλιακή ακτινοβολία.
Οι Ν-TiO2 φωτοκαταλύτες παρασκευάστηκαν με μία μέθοδο που βασίζεται στην τεχνική λύματος- πηκτώματος (sol-gel) με διαφορετικές πρόδρομες ενώσεις (ουρία, τριαιθυλαμίνη-ΤΕΑ και αμμωνία-ΝΗ3). Η ενίσχυση με άζωτο προσδίδει στους καταλύτες μειωμένο ενεργειακό χάσμα και βελτιωμένη απόκριση στην ορατή ακτινοβολία. Η ενεργότητα των Ν-TiO2 φωτοκαταλυτών, επηρεάζεται από το είδος του υπό εξέταση μικροοργανισμού και υπερισχύει σε κάθε περίπτωση συγκριτικά με αυτήν των μη ενισχυμένων. Η απόδοση των φωτοκαταλυτών σύμφωνα με τη βακτηριοκτόνο δράση τους οδηγεί στην ακόλουθη ταξινόμησή τους: N-TiO2 (UREA)> N-TiO2 (NH3) ~N-TiO2 (TEA)> (συντεθειμένος)TiO2> TiO2-P25. Τα Gram-αρνητικά βακτήρια E. coli και P. aeruginosa αδρανοποιήθηκαν εύκολα καθώς παρατηρείται μείωση της τάξης 6 Log μέσα σε 60 min επεξεργασίας, με αρχική συγκέντρωση μικροβιακού πληθυσμού 106 CFU mL-1 και συγκέντρωση καταλύτη 50 mg L-1. Ωστόσο, οι φωτοκαταλύτες έδειξαν διαφορετική απολυμαντική ικανότητα όσον αφορά στον κατά Gram θετικό B. cereus, ο οποίος εμφανίζει μεγαλύτερη ανθεκτικότητα. Η μέγιστη απομάκρυνση, του εν λόγω βακτηρίου, είναι της τάξης 4 Log μετά από 60 min επεξεργασίας παρά τη μικρότερη αρχική συγκέντρωση του μικροβιακού πληθυσμού (105 CFU mL-1). Ολική αδρανοποίηση του B. cereus, στον ίδιο χρόνο επεξεργασίας, επιτυγχάνεται μόνο παρουσία του φωτοκαταλύτη N-TiO2 (TEA) μετά από αύξηση της συγκέντρωσής του στην τιμή 100 mg L-1. Σε κανέναν από τους τρεις επιλεγμένους βιοδείκτες δεν παρατηρείται σημαντική επανενεργοποίηση, μετά την απολύμανση.
Επιπρόσθετα, η αύξηση της συγκέντρωσης της τριαιθυλαμίνης (από 25 σε 50 και 89v/v %) κατά τη σύνθεση, δεν βελτιώνει τις οπτικές ιδιότητες των N-TiO2 φωτοκαταλυτών και ως εκ τούτου δεν ενισχύει την απολυμαντική τους ικανότητα.
Οι λειτουργικές παράμετροι που εξετάστηκαν - όπως η συγκέντρωση καταλύτη, το είδος της πρόδρομης ουσίας, το είδος του μικροοργανισμού, η συγκέντρωση της πρόδρομης ουσίας και η πηγή ακτινοβολίας - μεταβάλλουν την απόδοση της διεργασίας σε διαφορετικό βαθμό, με το είδος του μικροοργανισμού να παίζει καθοριστικό ρόλο.
Το γενικό συμπέρασμα που προκύπτει είναι ότι η ηλιακή φωτοκατάλυση με χρήση N-TiO2 καταλυτών μπορεί να είναι μια αποτελεσματική μέθοδος απολύμανσης, αν ο σχεδιασμός και η ρύθμιση των λειτουργικών παραμέτρων γίνεται σύμφωνα με το κατά περίπτωση μικροβιακό φορτίο του νερού.
Abstract:
In order to meet today’s water quality standards researchers are focused on finding sustainable and effective disinfection techniques. In this context, the objective of this thesis is the synthesis and characterization of Ν-TiO2 photocatalysts and the investigation of their disinfection potential, in terms of Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa and Bacillus cereus inactivation in aqueous samples under artificial sun light.
N-TiO2 photocatalysts were synthesized by a sol-gel method using various nitrogen precursors (urea, triethylamine -TEA and NH3). Characterization results showed that the obtained materials exhibited narrow band gaps and improved visible light response. The photocatalytic activity depends highly on the type of microorganism tested but in all cases N-TiO2 catalysts performed higher bacterial inactivation compared to the pure titania samples. The relative bactericidal activity of the catalysts followed the order N-TiO2 (UREA)> N-TiO2 (NH3) ~N-TiO2 (TEA)> (synthesized)TiO2> TiO2-P25. The Gram-negative indicators E. coli and P. aeruginosa were readily inactivated reaching reduction rates up to 6 Log within 60 min of treatment at an initial concentration of 106 CFU mL-1 and a catalyst concentration of 50 mg L -1. Concerning B. cereus though, a well-known resistant pathogen, N-TiO2 exhibited different activity with a maximum of a 4 Log reduction after 60 min of treatment, at a smaller initial concentration of 105 CFU mL-1 and the same catalyst concentration. Complete inactivation was achieved only in the presence of N-TiO2 (TEA) in 60 min irradiation and after increasing the catalyst loading up to 100 mg L -1. No substantial reactivation after disinfection was observed for all three indicators.
Increasing TEA concentration for the preparation of the of the catalysts from 25 to 89% did not improve catalysts optical characteristics and therefore did not enhance the process. Operating conditions, like catalyst concentration, nitrogen precursor and especially, bacterial species defined the disinfection efficiency up to certain extend.
Solar photocatalysis with N-TiO2 catalysts may be effective disinfection technology if the operational conditions are established in relation to the microbial content in water, which includes opportunistic pathogens such as P. aeruginosa and B. cereus
Τόπος: Κ2 - Κτίριο ΜΗΠΕΡ, Κ2.Α.11
Έναρξη: 17/07/2018 14:00
Λήξη: 17/07/2018 15:00
