D05 Odsek za okoljske vede in inženirstvo

Sodobni katalitski procesi za čiščenje odpadnih voda

Vodja skupine

   dr. Albin Pintar

   e-pošta: albin.pintar(at)ki.si

   tel. št.: +386 1 4760 237

V raziskovalni skupini razvijamo nanokristalinične in nanostrukturirane heterogene katalizatorje, prvenstveno na osnovi titanovega dioksida, ki jih uporabljamo v naprednih oksidacijskih procesih (kot so npr. heterogena fotokatalitska oksidacija, katalitska mokra oksidacija in oksidacija z vodikovim peroksidom) za učinkovito odstranjevanje prioritetnih organskih onesnažil iz odpadnih voda. Sinteza katalizatorjev temelji na določevanju kvantitativnih strukturno-aktivnostnih in strukturno-selektivnostnih odvisnosti. Ukvarjamo se tudi z načrtovanjem sodobnih reaktorskih sistemov za vodenje teh procesov.

 

 

Katalitska mokra oksidacija

Prisotnost pesticidov, farmacevtskih učinkovin, hormonov, motilcev endokrinega sistema (EDC) kot tudi izdelkov za vsakdanjo rabo v iztokih iz čistilnih naprav, vodotokih, pitni vodi in podtalnici vzbuja zaskrbljenost mednarodne strokovne javnosti in posledično intenzivira aktivnosti na tem področju. Postopek biološkega čiščenja ne daje vedno zadovoljivih rezultatov, ker so številne kemikalije strupene in/ali obstojne in niso primerne za biološko razgradnjo. Zato so napredni oksidacijski procesi (AOP), ki temeljijo na kemijski oksidaciji, edina možnost za odstranjevanje obstojnih onesnažil, kot so npr. pesticidi in motilci endokrinega sistema. V to skupino procesov sodi tudi katalitska mokra oksidacija (CWAO), ki temelji na oksidaciji onesnaženih vodnih raztopin in primarno vključuje sodelovanje hidroksilnih radikalov in energije (npr. toplote) v reakcijskih stopnjah, ki vodijo v razgradnjo onesnažil. Popolno mineralizacijo raztopljenih organskih onesnažil v vodnih vzorcih lahko dosežemo z vodenjem CWAO procesa v katalitski koloni z mehurčki ali trifaznih kapalnih reaktorjih pri visokih tlakih in temperaturah. V Odseku za okoljske vede in inženirstvo razvijamo nove, ekonomsko bolj učinkovite katalizatorje na osnovi titanovega dioksida, katerih učinkovitost v procesu čiščenja organsko onesnaženih modelnih in realnih vzorcev testiramo v trifaznem kapalnem reaktorju.

Heterogena fotokatalitska oksidacija

Titanov dioksid (TiO2) je najbolj pogosto uporabljan polprevodniški material, kar je posledica njegovih številnih aplikacij na različnih področjih. Je zelo razširjen in nestrupen material, obenem pa so stroški njegovega pridobivanja nizki. TiO2 izkazuje velik potencial za uporabo v procesih, s katerimi rešujemo pereče okoljske probleme. V glavnem se pojavlja v treh kristalnih oblikah: anataz, rutil in brukit. Anataz je splošno znan kot najbolj aktivna faza, zato ga v veliki meri uporabljamo v različnih fotokatalitskih aplikacijah. Njegova visoka aktivnost je neposredno povezana s podaljšano življenjsko dobo nosilcev naboja in njihovo prostorsko separacijo. Učinkovitost fotokatalitskega procesa je namreč v veliki meri pogojena z nezaželeno rekombinacijo elektronov z vrzelmi; uporaba dveh ali več različnih vrst fotoaktivnih polprevodniških materialov lahko ugodno vpliva na separacijo nosilcev naboja, tako da zavira hitro rekombinacijo vzbujenih elektronov z vrzelmi v valenčnem pasu. V Odseku za okoljske vede in inženirstvo razvijamo nove in učinkovite TiO2 nanokompozite, ki so sestavljeni iz dveh ali treh polimorfov. Fotokatalitsko aktivnost sintetiziranih materialov določamo v naprednih oksidacijskih procesih (AOPs), s katerimi preučujemo odstranjevanje prioritetnih organskih onesnaževal iz odpadnih voda.