การพัฒนาขั้วไฟฟ้าสารกึ่งตัวนำเพื่อกำจัดเตตราไซคลีนด้วยเทคนิคร่วม เพียโซอิเล็กทริคและโฟโตอิเล็กโตรคะตะไลติก

Development of semiconductor electrodes for tetracycline degradation by piezoelectric-photoelectrocatalytic cooperation techniques

โดย จิรารัตน์ ลุนคำ

ปี 2562


บทคัดย่อ

งานวิจัยนี้มุ่งเน้นการพัฒนาเทคนิคโฟโตอิเล็กโตรคะตะไลติกร่วมกับเทคนิคเพียโซอิเล็กทริคเพื่อกำจัดเตตราไซคลีนในสารละลายที่เป็นน้ำ

การพัฒนาการเตรียมฟิล์มบางของสารกึ่งตัวนำซิงค์ออกไซด์ โดยใช้วิธีไซคลิกโวลแทมเมตรีลงบนฟลูออรีนโดปทินออกไซด์ ศึกษาพารามิเตอร์ที่เหมาะสมในการเตรียมขั้วไฟฟ้าซิงค์ออกไซด์บนฟลูออรีนโดปทินออกไซด์ ภายใต้การคนและไม่คนสารละลายสารตั้งต้น การเตรียมขั้วไฟฟ้าซิงค์ออกไซด์บนฟลูออรีนโดปทินออกไซด์ที่สภาวะที่เหมาะสมสามารถยืนยันประสิทธิภาพของขั้วไฟฟ้าและทดสอบองค์ประกอบทางเคมี โครงสร้างผลึก สมบัติทางแสง สัณฐานวิทยาซึ่งสอดคล้องกับสมบัติโฟโตอิเล็กโตรคะตะไลติกสำหรับปฏิกิริยาออกซิเดชันในสารละลายน้ำ พบว่าขั้วไฟฟ้าซิงค์ออกไซด์บนฟลูออรีนโดปทินออกไซด์ที่เตรียมโดยไม่มีการคนสารละลายสารตั้งต้นมีความเสถียรในการกำจัดเตตราไซคลีนมากกว่าวิธีที่มีการคนสารละลาย ได้ขั้วไฟฟ้าซิงค์ ออกไซด์บนฟลูออรีนโดปทินออกไซด์ที่สภาวะที่เหมาะสมภายใต้ระบบที่ไม่คนสารละลายตั้งต้นสามารถกำจัด เตตราไซคลีนได้มากถึง 51 เปอร์เซ็นต์ ภายใน 1 ชั่วโมง โดยเทคนิคโฟโตอิเล็กโตรคะตะไลติกร่วมกับเทคนิคเพียโซอิเล็กทริคมีประสิทธิภาพมากกว่าเทคนิคโฟโตอิเล็กโตรคะตะไลติกอย่างเดียวถึงสองเท่า ใช้ขั้วไฟฟ้าซิงค์ออกไซด์บนฟลูออรีนโดปทินออกไซด์ที่สภาวะที่ดีที่สุดกับเซลล์ต้นแบบ พบว่า เทคนิคโฟโตอิเล็กโตรคะตะไลติกร่วมกับเทคนิคเพียโซอิเล็กทริคและเทคนิคโฟโตอิเล็กโตรคะตะไลติกอย่างเดียวสามารถกำจัดเตตราไซคลีน ได้ถึง 62 และ 53 เปอร์เซ็นต์ ตามลำดับ ภายในเวลา 3 ชั่วโมง

ผลการวิจัยนี้สรุปได้ว่าประสบความสำเร็จในการพัฒนาการเตรียมขั้วไฟฟ้าแอโนดซิงค์ออกไซด์บนฟลูออรีนโดปทินออกไซด์ ด้วยวิธีไซคลิกโวลแทมเมตรี และยืนยันผลของการคนสารละลายตั้งต้นกับปัจจัยที่สภาวะเหมาะสมที่สุดมีผลต่อสมบัติโฟโตอิเล็กโตรคะตะไลติกสำหรับปฏิกิริยาออกซิเดชันในสารละลายน้ำ สามารถเข้าใจกลไกการเร่งปฏิกิริยาและสามารถนำไปใช้ในการพัฒนาเซลล์ต้นแบบขนาดใหญ่สำหรับการกำจัดเตตราไซคลีน ซึ่งเหมาะสำหรับการพัฒนาต่อไปสำหรับกำจัดยาปฏิชีวนะที่ปนเปื้อนในน้ำเสีย


ABSTRACT

This research was focused on the development of photoelectrocatalytic (PEC) technique cooperating with PZT piezoelectric technique to remove tetracycline in aqueous solutions.

ZnO semiconductor thin films were developed by using a cyclic voltammetric deposition (CVD) method on the fluorine-doped tin oxide (FTO). The optimum parameters to prepare FTO/ZnO electrodes under both stirring and non-stirring precursor solution were studied. The preparation of FTO/ZnO electrodes with optimum parameters that could confirm the performance was carried out and the chemical composition, crystal structure, optical properties, and morphology which corresponds to high efficiency of photoelectrocatalytic properties for water oxidation under visible light of such electrodes were tested. It was found that the prepared FTO/ZnO electrode from non-stirring precursor solution was more stable after tetracycline degradation testing than the stirring method. The FTO/ZnO anode electrode with optimum conditions under the non-stirring precursor was able to eliminate tetracycline up to 51% within 1 hour by using PEC technique together with piezoelectric technique. Such efficiency was over twice as much as that using only PEC technique. When the best FTO/ZnO electrode mentioned above was used in prototype cell, it was found that within 3 hours, 62% and 53% of tetracycline were removed by using PEC technique together with piezoelectric technique, and using only PEC technique, respectively.

To sum up, an anode FTO/ZnO electrode from CVD method was successfully developed and it could be confirmed that stirring precursor solution with various optimum factors affected the photoelectrocatalytic activities for water oxidation reaction. Hence, understanding of its catalytic mechanism could be drawn from the research and a large scale prototype for tetracycline degradation could be developed for further development to remove antibiotics contaminated in wastewater.


Download : Development of semiconductor electrodes for tetracycline degradation by piezoelectric-photoelectrocatalytic cooperation techniques

Tags: , , , , , , , , ,

Posted in Thesis, คณะวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (Science and Technology)