Photocatalytic degradation of pharmaceuticals in water and wastewater using modified and unmodified graphite-like carbon nitride (g-C3N4) under solar light irradiation

الموضوعات

علوم تطبيقية وتكنولوجية

الملخص

Due to continuous global energy demand and industrial development,considerable interest has been attended towards the health impacts of organic andinorganic pollutants in the environment. Such pollutants can severely damage ouraquatic environment. The contamination level increases rapidly every year due tohuman activities, industrial development and lack of efficient water treatmenttechnology. So far, several studies have shown the presence of organic pollutants intreated water. Meanwhile, some other studies focused on the possible pathways forthose pollutants to reach freshwater in the environment. Emerging pollutants can befound in the environment at µg/L to ng/L levels. In general, this includes chemicalssuch as pharmaceutical compounds and personal care products, as well as endocrinedisrupting chemicals. Moreover, the presence of some pharmaceutical compounds isknown for causing a serious effect on the health of living organisms along with theformation of the drug's resistant bacteria. Therefore, it is necessary to design andsynthesize of artificial photocatalysts with high activities.Implementation of photocatalytic properties of semiconductor materials hasshown potential method to purify wastewaters. This includes materials like metaloxides, metal sulphides and oxygen nitrides. Recently, carbon based materials likegraphitic carbon nitride (g-C3N4) is found to show promising photocatalytic propertiesdue to conduction of higher electrical charges, suitable redox potential, band structurelocated in the visible light region (band gap 2.7 eV), thermal and chemical stability,and the simplicity of production that allows it for large-scale production from low-costprecursors. However, the photocatalytic efficiency of the pure g-C3N4 is limited by thehigh recombination rate of the photo-induced electron-hole pairs. The aim of this thesisis to design and fabricate pure and modified carbon nitride photocatalytical materialsby direct thermal heating and microwave assisted technique and to study thephotocatalytic degradation of pharmaceuticals under visible light irradiation.First, several nitrogen-rich precursors were used to prepare carbon nitridematerials and after a thorough systematic analysis, few precursors were chosen andstudied for large scale, economic and safe production. The synthesized materials werecharacterized for structure, morphology, surface area, optical and electrochemicalproperties. The properties were compared with reported results and their variations areinterpreted. The photocatalytic efficiency of the synthesized materials were studied fordegradation of pharmaceutical residues. The results reveal that the g-C3N4 sampleprepared from melamine gives higher yield and photocatalytic efficiency, which hasbeen justified by suitable degradation mechanism.After obtaining the g-C3N4 bulk materials, a thermal oxidation process has beenused to produce the g-C3N4 nanosheets. Two heating steps method were operated onthe g-C3N4 bulk. The bulk g-C3N4 materials were converted to nanosheets by twothermal oxidation processes operated in a semi-closed system under ambient pressure.The transformation of the bulk materials to nanosheets was confirmed by scanningviielectron microscopy (SEM), energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX), X-raydiffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), photoluminescence (PL),Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), UV-vis diffuse reflectancespectroscopy (UV-vis DRS), Bruneaur Emmett Teller (BET) and particle size analysis.The photocatalytic degradation of pharmaceuticals by the nanosheet samples werefound to be much faster than the bulk materials.The g-C3N4 nanosheets were coupled with CdS and BiOCl nanoparticles byusing microwave-assisted method to obtain rapidly uniform sized CdS/g-C3N4 andBiOCl/g-C3N4 heterojunction nanosheets. The composites were studied by usingscanning electron microscopy (SEM), energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX),X-ray diffraction (XRD), photoluminescence (PL), Lifetime decay measurement, andphotocurrent. The photocatalytic degradations of pharmaceuticals by the synthesizedmaterials were studied.Moreover, a direct thermal method is used to couple Graphene (Gr) nanosheetwith g-C3N4 nanosheet and characterized by using scanning electron microscopy(SEM), energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX), X-ray diffraction (XRD),Photoluminescence (PL), Lifetime decay measurement, and photocurrent. Theprepared samples were tested for photocatalytic degradation of pharmaceuticalpollutants.The results in this thesis clearly confirm that the photocatalytic activity ofmodified carbon nitride (g-C3N4) based materials can efficiently be enhanced byconverting the bulk material to nanosheeet and coupling with CdS, BiOClnanoparticles and graphene nanosheet. The increase in photocatalytic activity can bedescribed due to separation of the photo-induced electron-hole pairs and the increaseof the active sites for the photocatalytic reaction. The study further shows that themodified samples can be used to treat wastewater contaminated by pharmaceuticalsunder visible and solar irradiation

روابط وملفات

التعريف والنوع

رقم الوثيقة

0f8e7864-3336-4366-a00e-1a094cbe6e1e

رقم العقد

0

نوع الوسائط

Crawler

نوع المحتوى

الرسائل العلمية

صيغة المصدر

رسائل دكتوراة

نوع الملف

pdf text

أسماء الملفات

0f8e7864-3336-4366-a00e-1a094cbe6e1e_1.pdf

بيانات النشر

ترجمة العنوان

التكسير الضوئي المحفز لمخلفات الأدوية الموجودة في المياه ولمياه العادمة باستخدام نيتريد الكربون المعدل وغير المعدل (g- C3-N4) تحت اشعاع الضوء الشمسي

ألقاب المؤلفين

[{"name_ar":" Faisal Rashid Salim Al-Marzouqi ","title_ar":"اعداد","title_en":"Preparation"},{"name_ar":"Rengaraj Selvaraj","title_ar":"اشراف","title_en":"Supervision"}]

اللغة

English

المصدر والدورية

اسم المصدر

Photocatalytic degradation of pharmaceuticals in water and wastewater using modified and unmodified graphite-like carbon nitride (g-C3N4) under solar light irradiation

المحتوى والصفحات

عدد الصفحات

0

ترجمة الملخص

بسبب الطلب العالمي المستمر على الطاقة والتنمية الصناعية، تم الاهتمام بشكل كبير بالتأثيرات الصحية للملوثات العضوية وغير العضوية في البيئة. ومن المعلوم أنه يمكن لهذه الملوثات أن تضرّ بيئتنا المائية بشدة، حيث يزداد مستوى التلوث بسرعة كل عام بسبب الأنشطة البشرية والتنمية الصناعية ونقص كفاءة تكنولوجيا معالجة المياه الموجودة حاليًا. وقد أظهرت العديد من الدراسات حتى الآن وجود ملوثات عضوية في المياه المعالجة. من ناحية أخرى، ركزت بعض الدراسات على المسارات المحتملة لتلك الملوثات للوصول إلى المياه العذبة في البيئة. إلا أنه تم العثور على الملوثات الناشئة في البيئة عند مستويات مرتفعة بشكل عام، وتشمل تلك مواد كيميائية مثل المركبات الصيدلانية ومنتجات العناية الشخصية، بالإضافة إلى المواد الكيميائية المعطلة للغدد الصماء. علاوة على ذلك، من المعروف أن وجود بعض المركبات الصيدلانية يسبب تأثيرًا خطيرًا على صحة الكائنات الحية، إلى جانب أنه يعمل على تحفيز تكوين البكتيريا المقاومة للعقار. لذلك، من الضروري تصميم وتركيب محفزات ضوئية اصطناعية للتخلص من هذه المركبات. أظهرت الخصائص التحفيزية لمواد أشباه الموصلات طريقة محتملة لتنقية مياه الصرف، وهذا يشمل أكاسيد المعادن والكبريتيدات المعدنية. وفي الآونة الأخيرة، تم العثور على المواد القائمة على الكربون مثل الكربون المنترد الذي أظهر خصائص تحفيزية واعدة بسبب توصيله لشحنات كهربائية أعلى، وإمكانية أكسدته المناسبة، والنطاق التحفيزي الموجود في منطقة الضوء المرئي، بالإضافة إلى استقراره الكيميائي وسهولة إنتاجه التي تسمح بتصنيع المواد على نطاق واسع ومن مكونات منخفضة التكلفة. يجدر هنا الإشارة إلى أنه تم استخدام العديد من المركبات الغنية بالنيتروجين لإعداد مواد نيتريد الكربون، وبعد تحليل منهجي شامل، تم اختيار ودراسة عدد قليل من المركبات لإنتاج اقتصادي. كما تمت مقارنة الخصائص مع النتائج المحضرة وتم تفسير اختلافاتها. وأيضًا تمت دراسة الكفاءة التحفيزية الضوئية للمواد المركبة لتحليل نفايات الأدوية. أظهرت النتائج أن العينة المحضرة من الميلامين تعطي إنتاجية وكفاءة أعلى، والتي تم تبرير أسبابها بآلية مناسبة. بعد تحضير المحفزات الضوئية من الكربون المنترد، تم دمج شرائح الكربون المنترد النانومترية مع جسيمات نانومترية أخرى لرفع كفاءتها باستخدام طريقة الميكروويف للحصول على حجم موحد ونوى متجانسة. كما تمت دراسة خصائص هذه المركبات باستخدام أجهزة متطورة؛ علاوة على ذلك، يتم استخدام طريقة حرارية مباشرة لربط شرائح الجرافين مع شرائح الكربون المنترد، حيث تم اختبار العينات المحضرة للتكسير التحفيزي الضوئي للملوثات الصيدلانية. تؤكد النتائج الواردة في هذه الأطروحة بوضوح أن النشاط التحفيزي للمواد النتريدية الكربونية المعدلة يمكن تعزيزه بكفاءة عن طريق تحويلها إلى شرائح نانومترية.

كلمات الباحثين

X-ray spectroscopy Photocatalysis Nanoparticles - Environmental pollutants

إشراف وإعداد

الإشراف

Rengaraj Selvaraj

الإعداد

Faisal Rashid Salim Al-Marzouqi

الاقتباسات الببليوغرافية