title: Αλληλεπίδραση του Διοξειδίου του Τιτανίου (TiO2) στη Φορμαλδεΰδη (FA) παρουσία άμμου, σε στατικές και δυναμικές συνθήκες
title: The interaction of Titanium Dioxide (TiO2) in Formaldehyde (FA) in the presence of sand in static and dynamic conditions
Creators: name: Στεφαναρου Ανθη
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2020

description: Ένα από τα σημαντικότερα προβλήματα της σύγχρονης εποχής αποτελεί η ρύπανση των υδάτινων και εδαφικών πόρων. Οι ανάγκες για καθαρό πόσιμο νερό ολοένα και αυξάνονται με τη ραγδαία αύξηση του πληθυσμού της Γης. Τα αποθέματα καθαρού νερού μειώνονται και για αυτό το λόγο αναπτύσσονται συνεχώς νέες τεχνολογίες για τον καθαρισμό του. Τα νανοσωματίδια διοξειδίου του τιτανίου αποτελούν ένα πολλά υποσχόμενο μηχανικά κατασκευασμένο νανοϋλικό με εφαρμογές στην τεχνολογία, την αποθήκευση ενέργειας, τη φαρμακολογία και την ηλεκτροκατάλυση. Το τιτάνιο βρίσκεται στον άνθρακα, την τέφρα, τα φυτά, ακόμη και στο ανθρώπινο σώμα. Η φορμαλδεΰδη είναι μια εξαιρετικά δραστική ένωση που χρησιμοποιείται εκτενώς στην καθημερινότητα και ως εκ τούτου, η πιθανότητα έκλυσης της στο περιβάλλον, με επακόλουθο τη μόλυνση των επιφανειακών και υπογείων υδάτων είναι σημαντική. Εφόσον λοιπόν και τα δύο αυτά υλικά απελευθερώνονται στο περιβάλλον είναι αξιόλογο να μελετηθεί η μεταξύ τους αλληλεπίδραση. Η χρήση των νανοσωματιδίων διοξειδίου του τιτανίου ως προσροφητικό μέσο θα μπορούσε να αποτελέσει μια καλή λύση περιβαλλοντικής αποκατάστασης.
Προκειμένου να εκτιμηθεί σε πρώτο στάδιο η αλληλεπίδραση των νανοσωματιδίων του διοξειδίου του τιτανίου με την φορμαλδεΰδη εκτελέστηκαν στατικά και δυναμικά πειράματα διαλείποντος έργου (batch) στα οποία μελετήθηκε η προσρόφηση της φορμαλδεΰδης στο διοξειδίου του τιτανίου. Σε δεύτερο στάδιο μελετήθηκε η αλληλεπίδραση της φορμαλδεΰδης με μίγματα χαλαζιακής άμμου και διοξείδιο του τιτανίου, με σκοπό να εκτιμηθεί η ικανότητα απομάκρυνσης της συγκεκριμένης οργανικής ένωσης από υδατικά διαλύματα παρουσία και των δύο προσροφητικών μέσων. Η χαλαζιακή άμμος χρησιμοποιήθηκε για να προσομοιάσει το έδαφος καθώς αποτελεί το πιο κοινό ορυκτό στην επιφάνεια της Γης. Και οι δύο σειρές πειραμάτων εκτελέστηκαν σε δοκιμαστικούς σωλήνες (vials) σε θερμοκρασία δωματίου 25 oC για τρεις διαφορετικές συγκεντρώσεις φορμαλδεΰδης CFA: 3 mg/L, 5 mg/L και 8 mg/L, σε τρεις διαφορετικές τιμές pH: 4, 7.5 και 10, και σε τρεις διαφορετικές τιμές ιοντικής ισχύος Is: 1 mM, 50 mM και 100 mM. Στη συνέχεια έγιναν πειράματα ροής σε στήλη πακτωμένη με χαλαζιακή άμμο και κορεσμένη με νερό, προκειμένου να προσδιοριστούν τα χαρακτηριστικά της μεταφοράς των νανοσωματιδίων διοξειδίου του τιτανίου μόνα τους αλλά και με την προσθήκη διαλύματος φορμαλδεΰδης.
Για την ανάλυση των αποτελεσμάτων, πραγματοποιήθηκε μοντελοποίηση των πειραματικών δεδομένων με χρήση του λογισμικού ColloidFit. Με βάση τα αποτελέσματα, παρατηρήθηκε πως η μέγιστη απομάκρυνση της φορμαλδεΰδης πραγματοποιείται με τον συνδυασμό νανοσωματιδίων διοξειδίου του τιτανίου και χαλαζιακής άμμου και μπορεί να οδηγήσει σε απομάκρυνση έως και ~99% της συγκεκριμένης ένωσης από υδατικά δείγματα. Επιπλέον, προέκυψε ότι τα πειραματικά δεδομένα περιγράφονται καλύτερα από το κινητικό μοντέλο ψευδο-δεύτερης τάξης υποδεικνύοντας πως ο κύριος μηχανισμός προσρόφησης είναι πιθανόν η χημειορρόφηση.
description: One of today’s major problems is the pollution of marine and natural resources.  The demand for clean, potable water is becoming greater due to the dramatic increase in the earth’s population. Clean water reserves are decreasing and for this reason new technology is constantly being developed for its purification. Titanium dioxide nanoparticles are a promising manmade nanomaterial with applications in technology, energy storage, pharmacology and electrocatalysm.  Titanium is found in carbon, ashes, plants and even the human body.  Formaldehyde is an extremely active compound used extensively on a daily basis, hence, the probability of its release into the environment and resulting polluting of the surface and underground water is of great importance. Since both materials are released into the environment it is worthwhile to study the interaction between the two substances.  The use of titanium dioxide nanoparticles as an absorbent could be a good solution for the restoration of the environment.
In order to evaluate the first stage of interaction of the titanium dioxide nanoparticles with the formaldehyde static and dynamic batch experiments were carried out in which the absorption of formaldehyde in titanium dioxide was studied.  In the second stage the interaction of formaldehyde with mixtures of quartz sand and titanium dioxide were studied so that
The second stage studied the interaction of formaldehyde with mixtures of quartz sand and titanium dioxide was studied so as to evaluate the removal capability of the specific organic compounds from water solutions present in both absorbents. Quartz sand was chosen to simulate the soil as it is the most common mineral on the face of the earth. Both sets of experiments were carried out in vials at a room temperature of 25°C with three different concentrations of formaldehyde 3mg/L, 5mg/L, 8mg/L at three different pH levels 4, 7.5, 10 and add three different ionic concentrations 1mM, 50mM, 100mM. Finally flow experiments were performed in a bent tube filled with quartz sand and saturated with water so as to define the movement characteristics of the titanium dioxide nanoparticles alone but also with the addition of a solution of formaldehyde.
For the analysis of the results, a modeling of the experimental data was executed using the ColloidFit software program.  Based on the results it was observed that the maximum removal of formaldehyde occurs with the combination of titanium dioxide and quartz sand.  It can remove up to 99 percent of the particular compound from water samples.  Additionally, it came about that the experimental data is described better by the pseudo-second order model indicating that the main absorption mechanism is likely chemical absorption.