Utilization of ethanol to enhance photocatalytic NOx oxidation and storage on TiO2

Azot oksitlerin (NOx), özellikle azot monoksit (NO) ve azot dioksitin (NO2) insan sağlığına ciddi olumsuz etkileri vardır. Bu nedenle, yarı iletken malzemelerin kullanıldığı fotokatalitik yöntemler, bu tür zehirli gazların gideriminde ilgi çekici bir yaklaşımdır. Fotokatalitik süreçlerde, sadece doğada bol bulunan güneş ışığı, su ve oksijen kullanılması yeterlidir. Kimyasal dayanıklılığı, uzun süreli kararlılığı ve ucuz maliyetine karşın, titanyum dioksitin (TiO2), NOx giderim performansı ve katalitik seçiciliği düşüktür. Bu çalışmada, Degussa P25'e basit bir alkol yüklemesi yapılarak, düşük sıcaklıklarda elde edilmiş, renkli TiO2 nanopartikülleriyle, UV-A ışıması altında, NOx türlerinin fotokatalitik oksidasyonu ve depolanması (PHONOS) araştırılmıştır. Etanolle işlem sonucu renklenen ticari TiO2'nin (Degussa P25), NOx gideriminde fotokatalitik aktivitesinin TiO2'ye uygulanan sıcaklık işlemiyle değişkenlik gösterdiği bulunmuş ve en yüksek fotokatalitik aktivite 150 oC sıcaklıkta elde edilmiş örnekte gözlenmiştir. Optimize edilmiş fotokatalizörün detaylı analizi, yüzeyde adsorplanmış formik asit ve asetat fonksiyonelliklerinin varlığını göstermiştir. TiO2'e uygulanan bu işlem sayesinde, Ti3+ ve oksijen boşluklarının oluştuğu öngörülmüş ve bunun gözlemlenmesi amacıyla X-Ray Fotoelektron Spektroskopisi (XPS), Raman Spektroskopisi ve DR-UV-Vis Spektroskopisi (DR-UV-Vis) analizleri yapılmıştır. Bu şekilde zenginleştirilmiş titanya fotokatalizörlerinin, ticari olarak kullanılan P25 fotokatalizöründen hem kısa (1 saat), hem de uzun (15 saat) süreli deneylerde daha verimli çalıştığı gözlemlenmiştir. Son olarak, yüzeyde oluşan nitrat/nitrit türlerine yönelik seçiciliği arttırmak için CaO eklenmiştir ve yüzeydeki NOx depolama alanlarının depolama kapasitelerinin arttırılması ve fotokatalitik aktivitenin uzun zamana yayılması sağlanmıştır.