Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/11054
Title: Φωτοκαταλυτική και αντιμικροβιακή δράση ανόργανων ημιαγωγών σε παθογόνους μικροοργανισμούς
Authors: Ραψομανίκης, Ανδρέας
Keywords: Φωτοκατάλυση
Αντιμικροβιακή δράση
Keywords (translated): Photocatalysis
Antibacterial activity
Abstract: Η διαρκώς αυξανόμενη ζήτηση για καθαρό νερό εξαιτίας της αυξανόμενης βιομηχανικής δραστηριότητας και της ραγδαίας αύξησης του πληθυσμού αποτελεί ένα παγκόσμιο ζήτημα. Εκατομμύρια άνθρωποι πεθαίνουν κάθε χρόνο εξαιτίας ασθενειών που οφείλονται στη χρήση μολυσμένου νερού. Το φαινόμενο αυτό αναμένεται να μεγεθυνθεί τα επόμενα χρόνια καθώς ο κύκλος του νερού επιβαρύνεται όλο και περισσότερο με τοξικά απόβλητα. Οι συμβατικές τεχνικές που χρησιμοποιούνται σήμερα για την επεξεργασία του νερού, παρουσιάζουν υψηλό κόστος λειτουργίας αλλά επίσης ενδέχεται να παράγουν και δευτερογενείς ρύπους. Έχει βρεθεί ότι η δημοφιλέστερη μέχρι σήμερα διεργασία απολύμανσης, η χλωρίωση, είναι υπεύθυνη για την δημιουργία τοξικών ενώσεων που ενδεχομένως προκαλούν καρκίνο. Τα τελευταία χρόνια οι φωτοκαταλυτικές διεργασίες με τη χρήση ημιαγωγών αποκτούν όλο και μεγαλύτερο ενδιαφέρον έναντι των άλλων τεχνικών επεξεργασίας αποβλήτων. Με τη χρήση των Προηγμένων Διεργασιών Οξείδωσης (ΠΔΟ) είναι εφικτή η μόνιμη αφαίρεση οργανικών ρύπων και εν δυνάμει παθογόνων μικροοργανισμών από το υδάτινο περιβάλλον. Ανάμεσα στους ημιαγωγούς που χρησιμοποιούνται ως φωτοκαταλύτες, το διοξείδιο του τιτανίου (TiO2) είναι ο πιο αποδοτικός φωτοκαταλύτης, απορροφώντας ισχυρά την υπεριώδη ακτινοβολία με μήκος κύματος 300 nm < λ < 390 nm, παραμένοντας σταθερός ακόμα και μετά από πολλούς διαδοχικούς φωτοκαταλυτικούς κύκλους. Όμως ακόμα και σήμερα η φωτοκατάλυση με τη χρήση του TiO2 έχει περιορισμένη εφαρμογή εξαιτίας κάποιων βασικών προβλημάτων όπως, την απορρόφηση μόνο της υπεριώδους ακτινοβολίας που αποτελεί μόνο το 5% της ηλιακής ακτινοβολίας, της δύσκολης απομάκρυνσης του TiO2 από την υδάτινη μάζα αλλά και το φαινόμενο της συσσωμάτωσης των νανοσωματιδίων του TiO2. Για να ξεπεραστούν αυτά τα εμπόδια, διάφορες στρατηγικές έχουν χρησιμοποιηθεί με σκοπό να επεκτείνουν την απορρόφηση του διοξειδίου του τιτανίου στο ορατό φάσμα, να αυξήσουν την καταλυτική επιφάνεια του και την απόδοση του, να ακινητοποιήσουν το διοξείδιο του τιτανίου σε στερεά υποστρώματα κ.α. Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετάται η φωτοκαταλυτική και αντιμικροβιακή δράση του διοξειδίου του τιτανίου. Ειδικότερα, μελετάται η δημιουργία νανοσύνθετων υλικών, όπου το διοξείδιο του τιτανίου ως το ενεργό τμήμα εναποτίθεται στην επιφάνεια αδρανών αργιλωδών υλικών όπως ο παλυγορσκίτης και ο αλλουσίτης. Με τα νανοσύνθετα αυτά υλικά επιχειρείται η φωτοκαταλυτική αποδόμηση οργανικών ρύπων μέχρι την πλήρη ανοργανοποίηση τους και σε επόμενο στάδιο μελετάται η επίδραση τους στους εν-δυνάμει παθογόνους μικροοργανισμούς. Τέλος μελετάται η ενίσχυση της αντιμικροβιακής δράσης των νανοσύνθετων υλικών με την προσθήκη νανοσωματιδίων αργύρου.
Abstract (translated): Increasing demand of clean water sources due to the rapid development of industrialization and population growth has been an issue worldwide. 1 billion people worldwide experience to have no or little access to clean and sanitized water supply, and many people died of severe waterborne diseases annually. These statistical figures are expected to grow in the short future, as increasing water contamination due to overwhelming discharge of micropollutants and contaminants into the natural water cycle. Current available water treatment methods such as sedimentation, filtration and chemical membrane technologies involve high operating costs and could generate toxic secondary pollutants into the ecosystem. Chlorination has been the most commonly and widely used disinfection process. The disinfection by-products generated from chlorination are mutagenic and carcinogenic to human health. These have led to rapid research in the field of “Advanced Oxidation Technologies (AOTs)” as the innovative water treatment methods. Among these AOTs, heterogeneous photocatalysis employing semiconductors as catalysts is a promising method in degrading a wide range of organics into innocuous carbon dioxide and water. Among the semiconductor catalysts, titanium dioxide (TiO2) has received the greatest interest in R&D of photocatalysis technology. The TiO2 is the most active photocatalyst under the photon energy of 300 nm < λ < 390 nm and remains stable after many repeated photocatalytic cycles. So far, the application of such TiO2 catalysts for water treatment is still experiencing a series of technical challenges, such as limited absorption of light due to the wide band gap (3.2 eV in the case of anatase). The post separation process of the TiO2 catalyst after water treatment remains as the major obstacle towards commercialization. Also, particles agglomeration due to high surface energy is detrimental in terms of surface area reduction and reusability. Several methods have been employed to overcome these obstacles, such as metal and non-metal doping, coupled semiconductors, catalyst immobilization, clay mineral support etc. In this work, the photocatalytic and antimicrobial properties of titanium dioxide is studied extensively. Especially, nanocomposite materials are synthesized by the incorporation of clay minerals such as palygorskite and halloysite. TiO2 remains the photoactive part, while clay minerals are known to be inert. The antimicrobial activity of these nanocomposite materials is tested compared to pure titanium dioxide against Escherichia coli and Bacillus subtilis. Finally, silver doping effect onto TiO2 and modified-TiO2 is examined in terms of cytotoxicity.
Appears in Collections:Τμήμα Γεωλογίας (ΜΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Rapsomanikis.pdf3.3 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.