Nanocellulose composites for degradation of organic contaminants

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Hassinen, Jukka
dc.contributor.advisor Lehtonen, Janika
dc.contributor.author Eklund, Amanda
dc.date.accessioned 2018-10-05T07:12:04Z
dc.date.available 2018-10-05T07:12:04Z
dc.date.issued 2018-10-02
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/34173
dc.description.abstract The growing water pollution has increased the need for efficient and inexpensive water purification methods. In addition to contaminant adsorption, photodegradation of organic contaminants catalysed by semiconductors, such as titanium dioxide (TiO2), has been widely investigated. To reduce the amount of residual catalyst nanoparticles in the purified water, composite structures are often utilised. Nanofibrillated cellulose (NFC), also called cellulose nanofibers (CNF), is a feasible support material to bind the catalyst nanoparticles owing to its large specific surface area and thus adsorption capacity, good mechanical properties and tuneable surface chemistry. In this work, TiO2-NFC nanocomposites were prepared in situ by low temperature sol-gel synthesis, and based on commercial constituents. The resulting composites were characterised using X-ray diffraction, scanning electron microscopy, tensile testing, and nitrogen adsorption to determine the surface area. The surface charges were also measured. Photodegradation of the contaminants was investigated using two model contaminants, cationic methylene blue and anionic methyl orange. The adsorption and photodegradation efficiencies of the composites were tuned by changing the ratio of TiO2 and NFC, as well as using NFCs with different charges. The contaminant adsorption was promoted on composites with an opposite charge compared to that of the contaminant. However, degradation efficiency was also improved, especially at high dye concentrations, when using composites with a similar charge to that of the contaminant. The photoactivity of the anatase crystal form of TiO2 was also extended from UV- to visible light region using calcination of the composites. The best dye removal was achieved at calcination temperature of 350°C. The results show the potential of composites produced economically with green technology processes to be used in efficient photodegradation of organic contaminants in water. en
dc.description.abstract Veden lisääntyvä saastuminen on kasvattanut tehokkaiden ja edullisten vedenpuhdistusmenetelmien tarvetta. Orgaanisia epäpuhtauksia voidaan poistaa vedestä adsorption lisäksi puolijohteiden katalysoimalla valohajoamisella. Titaanidioksidia (TiO2) on tutkittu laajasti tähän tarkoitukseen. Komposiittirakenteita käytetään usein minimoimaan puhdistettuun veteen jäävien TiO2-nanopartikkelien määrää. Nanofibrilloidulla selluloosalla (NFC) on monia ominaisuuksia, joiden ansiosta se soveltuu hyvin käytettäväksi komposiiteissa sitomassa katalyyttinanopartikkeleita: suuri ominaispinta-ala ja täten adsorptiokyky, hyvät mekaaniset ominaisuudet sekä muokattava pintakemia. Tässä työssä TiO2-NFC komposiitteja valmistettiin sekä syntetisoimalla TiO2 NFC-kuitujen pinnalle matalassa lämpötilassa sooli-geeli-menetelmää käyttäen, että sekoittamalla kaupallisia ainesosia. Tuotettujen materiaalien analysoinnissa käytettiin röntgendiffraktiota, pyyhkäisyelektronimikroskopiaa, vetolujuustestausta sekä typen adsorptiota ominaispinta-alan määrittämiseksi. Myös materiaalien pintavaraukset määritettiin. Epäpuhtauksien valohajoamista tutkittiin kahta malliyhdistettä, metyleenisinistä ja metyylioranssia käyttäen. Komposiittien adsorptio- ja valohajotuskykyä muokattiin muuttamalla TiO2:n ja NFC:n suhdetta sekä käyttämällä eri pintavarauksen omaavia NFC:itä. Epäpuhtauksien adsorptio oli tehokkainta komposiiteilla, joilla oli epäpuhtauteen nähden vastakkainen varaus. Erityisesti korkeissa väriainepitoisuuksissa valohajotus oli kuitenkin tehokasta myös saman varauksen omaavaa komposiittia käyttäen. TiO2-kiteiden valoaktiivisuutta laajennettiin UV-aallonpituuksilta näkyvän valon aallonpituuksille komposiitteja kalsinoimalla. Optimaalinen kalsinointilämpötila väriaineiden poistolle oli 350°C. Tulokset osoittavat edullisilla, vihreää teknologiaa käyttävillä prosesseilla tuotettujen komposiittien potentiaalin orgaanisten epäpuhtauksien puhdistamisessa vedestä. fi
dc.format.extent 55+7
dc.language.iso en en
dc.title Nanocellulose composites for degradation of organic contaminants en
dc.title Nanoselluloosakomposiitit orgaanisten epäpuhtauksien hajottamiseen fi
dc.type G2 Pro gradu, diplomityö fi
dc.contributor.school Kemian tekniikan korkeakoulu fi
dc.subject.keyword nanocellulose en
dc.subject.keyword NFC en
dc.subject.keyword TiO2 en
dc.subject.keyword composite en
dc.subject.keyword photodegradation en
dc.subject.keyword water purification en
dc.identifier.urn URN:NBN:fi:aalto-201810055255
dc.programme.major Fibre and polymer engineering fi
dc.programme.mcode CHEM3024 fi
dc.type.ontasot Master's thesis en
dc.type.ontasot Diplomityö fi
dc.contributor.supervisor Ikkala, Olli
dc.programme Master's Programme in Chemical, Biochemical and Materials Engineering fi
dc.location PK fi
local.aalto.electroniconly yes
local.aalto.openaccess no


Files in this item

Files Size Format View

There are no files associated with this item.

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse

My Account