Fotokatalytická produkce vodíku z bio-organického odpadu se zaměřením na vztah mezi aktivitou a vlastnostmi fotokatalyzátorů

Abstract

Táto bakalárská práca sa zaoberá fotokatalytickou produkciou vodíku z glycerolu ako bio-organického odpadu vznikajúceho pri výrobe bionafty. Cieľom práce bolo študovať fotokatalytickú produkciu vodíka, vyhodnotiť experimentálne dáta a posúdiť vzťah medzi fotokatalytickou aktivitou a fyzikálno-chemickými vlastnosťami použitých fotokatalyzátorov. V experimentálnej časti boli použité dva komerčne dostupné fotokatalyzátory na báze TiO2 (P25 a KRC7050) a dve defektné vzorky pripravené ich redukciou pomocou NaBH4. Ich vlastnosti boli charakterizované pomocou metód XRD, FT-IR, Ramanovej spektroskopie, XPS, UV–VIS DRS a N2 fyzisorpčnej analýzy. Fotokatalytické experimenty prebiehali v sklenenom a následne v nerezovom reaktore za použitia UV žiarenia (254 nm). V prvej fáze bol sledovaný vplyv koncentrácie glycerolu na produkciu vodíka, pričom bolo potvrdené, že so zvyšujúcou sa koncentráciou glycerolu rastie aj výťažok vodíka. Pre ďalšie experimenty bola zvolená nižšia koncentrácia glycerolu, ktorá lepšie modeluje reálne podmienky v odpadných vodách. V druhej fáze boli porovnávané jednotlivé fotokatalyzátory. Najvyššia fotokatalytická aktivita bola dosiahnutá pri komerčnom fotokatalyzátore KRC7050, čo súvisí najmä s jeho vyšším špecifickým povrchom a prítomnosťou povrchových –OH skupín. Defektné fotokatalyzátory vykazovali nižšiu aktivitu, pravdepodobne v dôsledku zvýšenej rekombinácie nábojových nosičov. Výsledky práce poukazujú na súvislosť medzi fyzikálno-chemickými vlastnosťami fotokatalyzátorov a ich fotokatalytickou aktivitou a zároveň naznačujú potenciál fotokatalýzy ako procesu umožňujúceho súčasné čistenie odpadných vôd a produkciu vodíka.

This bachelor's thesis deals with the photocatalytic production of hydrogen from glycerol as a bio-organic waste generated during biodiesel production. The aim of the work was to study photocatalytic hydrogen production, evaluate experimental data, and assess the relationship between photocatalytic activity and the physicochemical properties of the applied photocatalysts. In the experimental part, two commercially available TiO₂-based photocatalysts (P25 and KRC7050) and two defective samples prepared by their reduction using NaBH₄ were used. Their properties were characterized by XRD, FT-IR, Raman spectroscopy, XPS, UV–Vis DRS, and N₂ physisorption analysis. Photocatalytic experiments were carried out first in a glass reactor and subsequently in a stainless steel reactor under UV irradiation (254 nm). In the first phase, the effect of glycerol concentration on hydrogen production was investigated, confirming that increasing glycerol concentration leads to a higher hydrogen yield. For further experiments, a lower glycerol concentration was selected, better representing real conditions in wastewater. In the second phase, the individual photocatalysts were compared. The highest photocatalytic activity was achieved with the commercial photocatalyst KRC7050, which is mainly attributed to its higher specific surface area and the presence of surface –OH groups. The defective photocatalysts exhibited lower activity, likely due to increased charge carrier recombination. The results demonstrate a relationship between the physicochemical properties of photocatalysts and their photocatalytic activity, while also indicating the potential of photocatalysis as a process enabling simultaneous wastewater treatment and hydrogen production.