Investigation of the Photocatalytic and Hydrophilic properties of the thermally reduced Graphene Oxide/TiO2 Membranes
Author
Wright, Birgit
Term
4. term
Education
Publication year
2017
Submitted on
2017-12-08
Abstract
This thesis examines the photocatalytic and hydrophilic properties of thermally reduced GO/TiO2 membranes and how thermal reduction conditions influence pore size. Graphene oxide (GO) was synthesized in seven batches using Tour’s method, with four batches suitable for membrane fabrication, highlighting sensitivity to particle size and time-dependent behavior; one initially unsuccessful product became a usable gel after resting. Elemental analysis showed sulfur decreased from 2.3% to 0.78% when the gel was water-washed and left before acid washing. TGA indicated an average GO concentration of about 2.1%, FT-IR confirmed common functional groups (carboxyl, hydroxyl, ketone), and XRD documented the transition from graphite to GO with signs of mild deoxygenation over months. Thermal reduction proceeded slowly at 120°C (no XRD change at 30 min, first signs at 120 min), while 140°C produced measurable changes from 30 min onward; DSA similarly showed limited early changes at 120°C. At 140°C the zeta potential depended on reduction time (around −25 mV at 30 min and −40 mV at 60 min), whereas varying thermal reduction did not alter pore size distribution. Photocatalytic activity assessed with methylene blue and UV-Vis showed dye concentration decreased in both irradiated and non-irradiated tests at similar rates, suggesting adsorption of methylene blue onto GO surfaces. Although zeta potential decreased after UV exposure, DSA did not indicate increased hydrophilicity for GO alone, leaving GO’s photocatalytic role inconclusive. In contrast, GO/TiO2 composite membranes exhibited UV-induced superhydrophilicity with a marked drop in water contact angle, and swelling in aqueous media was observed. Overall, higher reduction temperatures primarily affected surface charge rather than pore structure, and evaluation of photocatalysis was complicated by dye adsorption.
Dette speciale undersøger de fotokatalytiske og hydrofile egenskaber af termisk reducerede GO/TiO2-membraner samt hvordan termiske reduktionsbetingelser påvirker porestørrelse. Grafenoxid (GO) blev syntetiseret i syv batches med Tour’s metode, hvoraf fire var anvendelige til membranfremstilling, hvilket fremhævede materialets følsomhed over for partikelstørrelse og dets tidsafhængige adfærd; et mislykket produkt omdannedes til en brugbar gel efter lagring. Elementaranalyse viste, at svovlindholdet faldt fra 2,3 % til 0,78 %, når gelen først blev vandvasket og hvilet før syrevask. TGA estimerede GO-koncentrationen til ca. 2,1 %, FT-IR bekræftede tilstedeværelsen af typiske funktionelle grupper (carboxyl, hydroxyl, keton), og XRD dokumenterede overgangen fra grafit til GO samt tegn på let deoxidering over måneder. Termisk reduktion forløb langsomt ved 120°C (ingen XRD-ændring efter 30 min, første tegn efter 120 min), mens 140°C gav målbare ændringer fra 30 min og frem; dette understøttedes af DSA, som først viste ændringer i polaritet og overfladeenergi efter længere tid ved 120°C. Zeta-potentialet blev påvirket af reduktionstid ved 140°C (omtrent −25 mV ved 30 min og −40 mV ved 60 min), mens variation i termisk reduktion ikke ændrede membranernes porestørrelsesfordeling. Fotokatalytisk aktivitet blev vurderet med methylenblåt og UV-Vis, men farvestoffets koncentration faldt i både bestrålede og ikke-bestrålede forsøg med lignende hastigheder, hvilket peger på adsorption af methylenblåt til GO-overflader. Zeta-potentialet faldt efter UV-eksponering, men DSA viste ingen øget hydrofilicitet for GO alene, så dets fotokatalytiske bidrag forblev uafklaret. Derimod udviste GO/TiO2-kompositmembraner UV-induceret superhydrofilicitet med markant fald i vandkontaktvinklen, og svulmning i vandige miljøer blev observeret. Resultaterne peger på, at højere reduktionstemperaturer primært påvirker overfladeladning snarere end porstruktur, og at vurdering af fotokatalyse kompliceres af farvestofsadsorption.
[This apstract has been generated with the help of AI directly from the project full text]
Keywords