Valokatalyyttien muokkausten vaikutus nestefaasin ammoniakin valokatalyyttisessä hajotuksessa

Abstract

Valokatalyysi on lupaava vihreän kemian periaatteita noudattava menetelmä jätevesissä esiintyvien saasteiden käsittelyyn. Menetelmä perustuu valolla viritetyn puolijohteen katalysoimiin hapetus- ja pelkistysreaktioihin, jotka hajottavat saasteet joko suoraan tai happiradikaalimekanismin kautta. Valokatalyysi mahdollistaisi siis taloudellisen, energiatehokkaan ja kemikaalivapaan tavan käsitellä saastuneita vesiä. Ammoniakki on eräs jätevesissä yleisesti esiintyvä molekyyli, jota voitaisiin hajottaa valokatalyyttisesti.

Valokatalyytin virityksen mahdollistaminen näkyvän valon aallonpituuksilla kasvattaa menetelmän käyttökelpoisuutta huomattavasti. Tunnetuilla yksittäisillä valokatalyyteillä tämä on kuitenkin harvinaista, sillä energiaraot ovat suuria. Sopiva energiarako mahdollistaisi potentiaalillaan halutut pintareaktiot, mutta on riittävän kapea, jotta matalaenerginen näkyvän valon fotoni kykenee virittämään valokatalyytin elektronirakenteen. Toinen viritystilaan suuresti vaikuttava tekijä on rekombinaatioiden määrä. Rekombinaatioissa viritetyt elektronit palaavat stabiilille energiatasolleen, mikä inaktivoi valokatalyytin. Näihin ominaisuuksiin voidaan pyrkiä vaikuttamaan valokatalyyttien muokkauksilla.

Tässä tutkielmassa tutkittiin valokatalyyttien muokkausten vaikutusta näkyvän valon valokatalyysin parantamiseksi sekä sovelluksen mahdollisuuksia ammoniakin hajotukseen jätevesistä. Sopiviksi muokkaustyypeiksi määritettiin heteroliitokset sekä vierasperäisten atomien seostaminen valokatalyyttien kiderakenteisiin. Molempia muokkausmenetelmiä on jo käytetty vesifaasin ammoniakin valokatalyyttisessä hajotuksessa.