magistrsko delo
Filip Ambrož (Avtor), Matjaž Finšgar (Mentor), Irena Ban (Komentor)

Povzetek

Active chlorine is a highly efficient disinfectant used for sanitizing purposes in swimming pools, food-processing facilities and hospitals. It is also known for being the most powerful reagent in applications related to water disinfection. Currently, the most widely-used method for chlorine production is the chlor-alkali process. Despite significant improvements in electrode materials, used in combination with the process optimization that has taken place in recent decades, the production still consumes very high amounts of energy. Alternatives, such as electrochemical methods, require platinum-group metals (PGMs) that are expensive. In this study, a continuous-flow device was fabricated, involving an electrochemical chip for treating a fluid which uses an integrated silver(I) chloride photoelectrode. The device comprised of an inlet and outlet for the treated fluid, together with a flow path between them where the photoelectrode was located. This low-cost and recyclable chip included a treatment mode of operation, for treating a fluid that moves along the flow path, and a regeneration mode of operation, for regenerating the substrate. The photoelectrode was electrochemically activated, and was recycled at low potentials between 0.2 V and 0.4 V vs Ag/AgCl (3 M KCl) in an electrolyte solution containing chloride ions. The conducted experiments showed that the layer of silver(I) chloride (AgCl) on the photoelectrode decomposed upon exposure to light into silver (Ag) and chlorine (Cl2); thus, active chlorine (HOCl) was formed when the photoelectrode was in contact with water. However, degradation effects were observed over time, meaning that the photoelectrode was not able to be fully regenerated. Nevertheless, a cost-effective alternative for chlorine generation based on a light-driven microfluidic device is proposed here for the first time.

Ključne besede

water chlorination;methyl orange;Ag/AgCl photoelectrode;microfluidic device;photolithography;

Podatki

Jezik: Angleški jezik
Leto izida:
Tipologija: 2.09 - Magistrsko delo
Organizacija: UM FKKT - Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo
Založnik: [F. Ambrož]
UDK: 661.417:661.43(043.2)
COBISS: 20347414 Povezava se bo odprla v novem oknu
Št. ogledov: 1003
Št. prenosov: 81
Ocena: 0 (0 glasov)
Metapodatki: JSON JSON-RDF JSON-LD TURTLE N-TRIPLES XML RDFA MICRODATA DC-XML DC-RDF RDF

Ostali podatki

Sekundarni jezik: Slovenski jezik
Sekundarni naslov: Razvoj elektrokemijskega čipa za in-situ proizvodnjo aktivnega klora
Sekundarni povzetek: Klor (Cl2) je poznan kot zelo učinkovito sredstvo za namene razkuževanja. Posledično se pogosto uporablja za dezinfekcijo prehrambenih obratov, v industriji pijač, v bolnišnicah, itd. Zelo razširjena je tudi njegova uporaba za namene dezinfekcije voda, za katero pa so značilne določene negativne lastnosti, obravnavane v magistrskem delu. Za proizvodnjo klora obstaja več različnih metod. Izmed vseh metod je najbolj razširjen klor-alkalijski proces. Kljub velikim tehnološkim izboljšavam tega procesa, ki so posledica uporabe novih elektrodnih materialov ter optimizacije, ta proizvodnja še vedno porabi velike količine energije, kar je posledično povezano z izpusti toplogrednih plinov. Poleg tega se količina njegove proizvodnje še vedno povečuje. Alternative, kot so različne elektrokemijske metode, zahtevajo uporabo plemenitih kovin, ki pa so zelo drage. V tej nalogi je bila izdelana elektroda, s pomočjo katere je možno proizvajati klor na cenovno ugoden način. Elektroda je bila sestavljena iz več plasti, in sicer je osnovo predstavljalo borofloat steklo, ki je bilo prekrito s plastjo kroma (Cr) ter zlata (Au), čemur je sledilo srebro (Ag). Da je bila elektroda zmožna proizvajati klor, se je zadnja plast prekrila še s slojem srebrovega klorida (AgCl), kar je bilo narejeno s pomočjo potenciostatske metode pri napetostih med 0,2 V ter 0,4 V vs Ag/AgCl (3 M KCl). Pri tem postopku se je kot elektrolit uporabila 0,2 M vodna raztopina kalijevega klorida (KCl). Ugotovljeno je bilo, da je plast AgCl na elektrodi pod vplivom sončne svetlobe razpadla na srebro ter klor, posledično se je v vodni raztopini tvorila hipoklorova kislina. Negativna stran te reakcije se je nato pokazala pri stabilnosti elektrode, katero je po določeni stopnji obratovanja bilo nemogoče popolnoma regenerirati z novo plastjo AgCl. To je nato imelo učinek na količino sintetizirane hipoklorove kisline, ki je bila zmanjšana. Količina proizvedene hipoklorove kisline se je v nalogi določala s pomočjo metode, ki temelji na razgradnji metil oranža. Pri tej metodi se količina razgrajene organske barve, ki jo povzroči hipoklorova kislina, določi z UV/Vis spektrofotometrom. Za namene kontinuirnega načina proizvodnje hipoklorove kisline je bila izdelana tudi mikrofluidna naprava. V to napravo sta bili vgrajeni dve Ag/AgCl elektrodi, ki sta se nahajali med vtočnim in iztočnim delom, po katerem je tekel fluid. Osnovo za mikrofluidno napravo je predstavljalo borofloat steklo, ki je bilo prekrito s polydimethylsiloxane polimerom, imenovanim PDMS. Naprava je omogočala tudi regeneracijo elektrod po končani sintezi hipoklorove kisline, ki se je izvedla na enak način, kot sama tvorba AgCl plasti. Zaradi nizkih napetosti (do 1 V), ki so potrebne za ta postopek, se pri tem lahko uporabijo komercialno dostopne baterije. Ag/AgCl elektrode so bile testirane pod različnimi pogoji, ki so zajemali dalj trajajoče eksperimente pri statičnih ter kontinuirnih pogojih, bodisi v mikrofluidni napravi ali pa v foto-elektrokemičnih celicah različnih velikosti. Med foto-katalitično proizvodnjo hipoklorove kisline so se spreminjale morfološke lastnosti elektrode, katere je bilo možno spremljati s pomočjo vrstičnega elektronskega mikroskopa (SEM). Ta pristop se je tudi uporabil za raziskave površin elektrod pri različnih stopnjah tvorbe hipoklorove kisline. Obenem se je uporabila tudi rentgenska praškovna difrakcija (XRD), s pomočjo katere so se pridobile informacije glede samega mehanizma elektrode. Glede na dobljene rezultate je možno sklepati, da bi Ag/AgCl elektroda ob dodatnih izboljšavah njene stabilnosti lahko bila potencialno uporabljena pri aplikacijah povezanih s kloriranjem površin ter voda. V tem primeru, bi se lahko dezinfekcija izvedla na cenovno ugoden način, temelječ na postopku foto-katalize.
Sekundarne ključne besede: kloriranje voda;metil oranž;Ag/AgCL elektroda;mikrofluidne naprave;fotoligrafija;PDMS;magistrske naloge;
URN: URN:SI:UM:
Vrsta dela (COBISS): Magistrsko delo/naloga
Komentar na gradivo: Univ. v Mariboru, Fak. za kemijo in kemijsko tehnologijo
Strani: XII, 56 str.
ID: 9161047