Fotocatalisi di rodamina B con TiO2 anodizzato e trattato in differenti soluzioni elettrolitiche organiche

This thesis aims to verify the effectiveness of methods of purification for contaminated solutions with organic dyes through photocatalytic processes using anodized titanium, because at an industrial level, there is a need for methodologies to treat pollutants present in the wastewater from textile and other industries appropriately. The goal is to replace existing methods such as adsorption with disposal and treatment methods that yield more consistent and optimal results on an industrial scale. As explained in the following chapters, wastewater treatment is not yet a fundamental global priority, leading to water and resource wastage that should not be ignored, as potential side effects could affect living species within the same ecosystem. In this experimental work, rhodamine B, an organic magenta dye, was used as a laboratory contaminant solution due to its ease of monitoring, simple preparation, and reduced risks associated with experimental use. Chapter 1 covers the state of the art, introducing the characteristics of titanium and oxidized titanium, its morphology, methods for forming nanotubes such as anodization, which is the main technique allowing the creation of an organized nanotubular structure on the surface of oxidized titanium. The methodology of photocatalysis is introduced for assessing the photoactivity of the samples used and their capacity to degrade contaminated solutions. Additionally, there is a brief discussion of other disposal methods, characteristics of organic dyes, wastewater treatment, and risk management. In the second chapter, the materials under study and the equipment used for conducting this experimental work in the laboratory are presented, with detailed characterization of each, along with explanations of the preparation methods for photocatalysis experiments. The third chapter presents the results of this work, evaluating the reaction kinetics among various samples used, along with their respective properties, characteristics, and assessments under different initial operating conditions. Scanning electron microscopy (SEM) images regarding the nanotubular morphology are also discussed. Finally, in the fourth chapter, empirical conclusions regarding this work are provided, along with potential insights for achieving even better results.

Questa tesi ha l’obiettivo di verificare l’efficacia dei metodi di purificazione di soluzioni inquinate da coloranti organici attraverso processi fotocatalitici, facendo uso di titanio anodizzato, in quanto a livello industriale si vogliono impiegare metodologie per trattare in maniera adeguata gli inquinanti presenti nelle acque reflue di industrie tessili e non. Lo scopo è cercare di sostituire metodi già presenti come l’adsorbimento con metodi di smaltimento e trattamento che diano risultati più coerenti e più ottimali su scala industriale. Come verrà spiegato nei capitoli, il trattamento delle acque reflue, a livello mondiale non è ancora una priorità fondamentale e questo porta ad uno spreco di acqua e di risorse che non è da ignorare, in quanto eventuali effetti collaterali si rifletterebbero sulle specie viventi in quanto facenti parte dello stesso ecosistema. In questo lavoro sperimentale si è lavorato con la rodamina B, agente colorante organico di colore magenta come soluzione inquinante da laboratorio, in quanto di semplice monitoraggio e semplice preparazione, oltre che di attenuati rischi nel suo utilizzo sperimentale. Nel capitolo 1 viene trattato lo stato dell’arte, introducendo le caratteristiche del titanio, del titanio ossidato, della sua morfologia, dei metodi circa la formazione di nanotubi, come l’anodizzazione, che ne rappresenta l’esponente principale, in quanto permette di ottenere una struttura nanotubolare organizzata sulla superficie di titanio ossidato. Di seguito si è introdotta la metodologia della fotocatalisi, per la verifica della fotoattività dei campioni impiegati e della loro capacità di degradare le soluzioni contaminate. Infine, sono stati introdotti cenni circa altri metodi di smaltimento, le caratteristiche dei coloranti organici, del trattamento delle acque reflue e della gestione del rischio. Nel secondo capitolo vengono presentati i materiali oggetti di studio e le strumentazioni impiegate per lo svolgimento di questo lavoro sperimentale in laboratorio, con dettagli e caratterizzazione di ciascuno di essi, oltre che la spiegazione dei metodi di preparazione per gli esperimenti di fotocatalisi. Nel terzo capitolo vengono mostrati i risultati di questo lavoro andando a valutare le cinetiche di reazione migliori confrontate tra i vari campioni usati, con relative proprietà, caratteristiche e valutazioni fatte in funzione di condizioni operative di partenza e SEM circa la morfologia nanotubolare. Infine, nel quarto capitolo, vengono inserite le conclusioni empiriche circa questo lavoro, e gli eventuali spunti che si possono trarre per raggiungere risultati ancora migliori.