Search

Heterogeni fotokatalitički procesi koji koriste poluvodičke fotokatalizatore na nanoskali postali su ključno tehnološko rješenje za probleme uzorkovane otpadnim vodama. Tekstilne otpadne vode koje su primarni razlog zagađenja prirode azo-bojilima, predstavljaju opasnost za ekosustave jer smanjuju prodiranje dnevne svjetlosti. Eriokrom crno T je azo-boja koja se intenzivno koristi u tekstilnoj industriji za bojanje svile, najlona i vune te se klasificira kao toksičan spoj zbog svoje kancerogene prirode. Posljednjih godina, razvoj nanotehnologije omogućava modifikaciju specifičnih svojstva metalnih oksida. Hidrotermalnom sintezom uspješno su dobivene nanočestice CeO2 dopirane bakrom (10, 20, 30 % Cu:CeO2) i manganom (10, 20, 30 % Mn:CeO2). Dobivene nanočestice karakterizirane su XRD metodom, HRTEM mikrografijama i N2 adsorpcijsko - desorpcijskim izotermama. XRD veličine kristalita kreću se od 3.3 do 4.3 nm, a specifične površine u rasponu su između 188 i 222 m^2 g^-1. HRTEM mikrografijama potvrđeno je da je većina čestica sastavljena od jednog kristala na nanorazini. UV-Vis spektroskopskim mjerenjima određena su adsorpcijska i fotokatalitička svojstva uzoraka. Ustanovljeno je da dopiranje uzoraka pospješuje rezultate degradacije eriokroma crno T (EBT). Kinetika adsorpcije odgovara procesu pseudo-drugog reda, dok kinetika fotokatalitičke reakcije odgovara procesu pseudo-prvog reda. Heterogeneous photocatalytic processes that use semiconductor photocatalysts on the nanoscale have become a key technological solution to problems caused by wastewater. Textile wastewater, which mostly releases azo dyes into nature, dramatically affects the aquatic ecosystem because they reduce the penetration of daylight in waters. Eriochrome black T is an azo dye extensively used in the textile industry for dyeing silk, nylon, and wool and it is classified as a toxic compound due to its carcinogenic nature. In recent years, the development of nanotechnology enables the modification of metal oxides specific properties. Cerium(IV) oxide nanoparticles doped with copper (10, 20, 30 % Cu:CeO2) and manganese (10, 20, 30 % Mn:CeO2) were successfully obtained by hydrothermal synthesis and characterized by the XRD method, HRTEM micrographs and N2 adsorption-desorption isotherms. XRD crystallite sizes range from 3.3 to 4.3 nm, and specific surface areas range from 188 to 222 m^2 g^-1. HRTEM micrographs confirm that most particles are composed of a single nanoscale crystal. The adsorption and photocatalytic properties of the samples were determined by UV-Vis spectroscopic measurements. It was found that sample doping enhances the degradation results of Eriochrome black T (EBT). The kinetics of adsorption corresponds to pseudo-second order process, while the kinetics of the photocatalytic reaction corresponds to pseudo-first order process.

Cerijev(IV) oksid (CeO2) jedan je od najvažnijih oksida lantanoida te se intenzivno primjenjuje u različitim područjima od poliranja, proizvodnje i skladištenja energije, zaštite okoliša do najistraživanije katalize. Svojstvo CeO2 ključno za primjenu u katalizi je sposobnost parcijalne redukcije Ce4+ u Ce3+ unutar kristalne rešetke bez narušavanja strukture pri čemu nastaju vakancije kisika. Kisikove vakancije mogu se slobodno kretati unutar kristalne rešetke te se na njih mogu lako adsorbirati molekule kisika iz okoline. Smanjenje veličine čestica te dopiranje raznim elementima s nižom valencijom i radijusom dodatno potiče stvaranje vakancija kisika te poboljšava primjenska svojstva cerijevog oksida. Među brojnim metodama sinteze nanomaterijala hidrotermalna metoda ističe se svojom jednostavnošću, ekološkom prihvatljivošću, niskom cijenom te mogućnošću dobivanja produkata visoke čistoće i homogenosti te male veličine čestica. U ovom radu hidrotermalnom metodom pripremljene su nanočestice bakrom dopiranoga cerijeva(IV) oksida (CuxCe1-xO2, x = 0, 0,1, 0,2, 0,3, 0,4 i 0,5), toplinski obrađene i temeljito analizirane različitim metodama karakterizacije nanomaterijala. Katalitička aktivnost pripremljenih nanokatalizatora ispitivana je na procesu oksidacije hlapivih organskih spojeva korištenjem plinovite mješavine benzena, toluena, etilbenzena i o-ksilena (BTEX). Provedena je i kinetička analiza rasta zrna pri izotermnim uvjetima s ciljem utvrđivanja utjecaja dodatka bakra na toplinsku stabilnost cerijeva(IV) oksida. Rendgenskom difrakcijskom analizom (XRD) utvrđeno je da do nominalnog udjela od 40 mol. % Cu ne dolazi do pojave sekundarnih faza. Veličine kristalita uzoraka bez toplinske obrade dosad su nezabilježene za bakrom dopirani cerijev(IV) oksid te iznose ispod 4 nm. Veličine čestica određene transmisijskom elektronskom mikroskopijom (TEM) u suglasju su s vrijednostima dobivenim za veličine kristalita. Masenom spektrometrijom induktivno spregnute plazme (ICP-MS), energijski razlučujućom rendgenskom spektroskopijom (EDS) i rendgenskom fotoelektronskom spektroskopijom (XPS) utvrđeno je da je stvarni udio bakra u uzorcima manji od nominalnog. Međutim, sveukupni rezultati pokazuju kako dodatak bakra ima pozitivan utjecaj na brojna svojstva CeO2, što uključuje smanjenje zabranjene zone, poboljšanje reducibilnosti i toplinske stabilnosti, te povećanje katalitičke aktivnosti. Dobiveni rezultati ukazuju na postojanje snažne interakcije između bakra i CeO2, što bi značilo je došlo do stvaranja čvrste otopine. Među pripremljenim uzorcima posebno se ističe uzorak s nominalnim udjelom bakra od 40 mol. % kao uzorak s najboljom toplinskom stabilnošću u cijelom ispitivanom području (od 300 do 700 °C), najboljom katalitičkom aktivnošću za ispitivane hlapive organske spojeve, te najvećim udjelom vakancija kisika u strukturi. Cerium(IV) oxide (CeO2) is one of the most important lanthanide oxides extensively used in various fields such as polishing, energy production and storage, environmental protection and the most researched catalysis. The key property of CeO2 for catalytic application is the ability of a partial reduction of Ce4+ to Ce3+ within the crystal lattice without the collapse of structure. During this process oxygen vacancies are formed, which can move freely within the crystal lattice and adsorb oxygen molecules from the environment. The reduction of particle size and doping with various elements with lower valence and radius further encourage the creation of oxygen vacancies and improve the properties of cerium oxide. Among many nanomaterial's synthesis methods, the hydrothermal method stands out for its simplicity, environmental friendliness, low cost and the ability to obtain products of high purity and homogeneity, as well as small particle size. In this work, nanoparticles of copper doped cerium(IV) oxide (CuxCe1-xO2, x = 0, 0,1, 0,2, 0,3, 0,4 i 0,5) were prepared by hydrothermal method, thermally treated and thoroughly characterized. The catalytic activity of the prepared nanocatalysts was investigated in the oxidation of volatile organic compounds using a gaseous mixture of benzene, toluene, ethylbenzene and o-xylene (BTEX). An isothermal grain growth kinetics analysis was also performed in order to determine the effect of copper addition on the thermal stability of cerium(IV) oxide. X-ray diffraction analysis (XRD) showed that no secondary phases occur up to the nominal share of 40 mol. % Cu. The crystallite sizes of samples without thermal treatment have not been recorded so far for copper doped cerium oxide and are below 4 nm. Particle sizes determined by transmission electron microscopy (TEM) are in agreement with the values obtained for crystallite sizes. Inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) showed that the actual copper content in the samples is lower than nominal. However, the overall results show that the addition of copper has a positive effect on a number of CeO2 properties, which includes the reduction of the band gap, improvement of reducibility and thermal stability, and an increase in catalytic activity. The obtained results indicate the existence of a strong interaction between copper and CeO2, which would mean that a solid solution was formed. Among the prepared samples, the sample with the nominal copper share of 40 mol. % stands out as the sample with the best thermal stability in the studied temperature range (from 300 to 700 °C), the best catalytic activity for the tested volatile organic compounds, and the largest share of oxygen vacancies in the structure.

Intenzivan rast populacije uz nekontroliran industrijski rast rezultirali su povećanom potrošnjom energije uz previsoku emisiju toksičnih tvari koje uništavaju ekosustav. Brzi razvoj globalne ekonomije i pridružena industrijalizacija tijekom prošlog stoljeća doveli su do ozbiljnih zabrinutosti u pogledu globalne potrošnje resursa. Globalno onečišćenje okoliša u tolikoj je mjeri alarmantno da će, ako se hitno ne poduzmu odgovarajući potezi, ljudsko zdravlje s vremenom postati sve ugroženije. Kao ambiciozna alternativa korištenju konvencionalnih fosilnih goriva, nameće se korištenje vodika, a jedan od perspektivnijih načina njegova dobivanje je fotokatalitičkim putem. Provođenje takvog procesa zahtjeva korištenje obnovljivih izvora energije, Sunčevo zračenje i vode, uz stvaranje netoksičnih, bezopasnih produkata. Jedan od najviše istraživanih fotokatalitičkih materijala je TiO2, kojeg karakterizira velika energija zabranjene zone (Eg) (oko 3,2 eV), a koja mu omogućuje pobudu isključivo zračenjem UV dijela Sunčeva spektra. Ovaj diplomski rad se bavi sintezom i karakterizacijom nanokompozitnih materijala: TiO2, odnosno SnS2, te kompozita TiO2-SnS2 i TiO2-SnS2-RGO s različitim udjelima GO-RGO. Provedene su karakterizacija i fizikalno-kemijska svojstva nanokompozitnih materijala. Morfološka svojstva ispitana su skenirajućom elektronskom mikroskopijom (SEM). FTIR i XRD su korišteni za prikaz struktura fotokatalizatora. Toplinska, odnosno optička svojstva određena su pomoću TGA i UV-Vis spektroskopije. Na temelju rezultata spomenutih tehnika, potvrđena je kemijska povezanost između TiO2, SnS2 sa RGO u ternarnim kompozitima (TSG). Na temelju izračuna maksimalne valne duljine, pokazalo se kako TSG apsorbira u području vidljive svjetlosti. Intensive growth of population along with uncontrolled industrial growth have resulted in the increased energy consumption with excessive emissions of toxic substances that destroy the ecosystem. The rapid developments of the global economy and the associated industrialization over the past century have led to serious concerns regarding global resource consumption. Global environmental pollution is so alarming that, unless appropriate action is taken urgently, human health will become increasingly endangered over time. As an ambitious alternative to the use of conventional fossil fuels, the use of hydrogen is imposed, and one of the most perspective ways to achieve hydrogen production is by process of photocatalysis. Carrying out such a process requires the use of renewable energy sources, the Solar irradiation and water, with the creation of non-toxic, harmless products. One of the most investigated photocatalytic materials is TiO2, characterized by a high band gap energy (Eg) (about 3.2 eV), which allows it to be excited exclusively by the radiation of the UV portion of the solar spectrum. This work deals with the synthesis and characterization of nanocomposite materials: TiO2, SnS2, and composites TiO2-SnS2 and TiO2-SnS2-RGO with different proportions of GO-RGO. Characterization and physicochemical properties of nanocomposite materials were performed. Morphological properties were examined by scanning electron microscopy (SEM). FTIR and XRD were used to show the photocatalyst structures. Thermal and optical properties were determined by TGA and UV-Vis spectroscopy. Based on the results of the mentioned techniques, the chemical bonds between TiO2, SnS2 with RGO in ternary composites (TSG) was confirmed. Based on the calculation of the maximum wavelength, it was shown that TSG is absorbs in the visible light range.

Cilj ovog rada bio je provedba hidrotermalne sinteze hidroksiapatita (Ca10(PO4)6(OH)2, HAp) iz sipine kosti uz prisustvo metalnih iona stroncija (Sr2+) te karakterizacija uzoraka različitim instrumentalnim metodama (XRD, FTIR i TGA) kako bi se procijenila uspješnost ugradnje iona u strukturu hidroksiapatita. Ionske supstitucije utječu na različite parametre poput veličine kristalne rešetke, veličine kristalita ili morfologije što se odražava u promjeni svojstava HAp-a, a samim time i u primjenskim svojstvima za upotrebu u inženjerstvu koštanog tkiva. SEM analizom potvrđeno je očuvanje karakteristične visokoporozne međusobno povezane strukture sipine kosti nakon provedbe hidrotermalne sinteze. Kvalitativnom XRD analizom utvrđeno je da se sintetizirani uzorci sastoje od HAp-a i male količine aragonitne faze (1-2 %) kod uzoraka s 5 i 10 mol.% dodanog stroncija. Dodatnom obradom podataka pomoću Rietveldove metode utočnjavanja dobiveno je da se volumen kristalne rešetke HAp-a povećava s povećanjem udjela stroncija što je u skladu s teorijskim i literaturnim podacima. Rezultati dobiveni FTIR analizom ukazuju na smanjenje intenziteta fosfatnih, karbonatnih i hidroksilnih skupina s povećanjem udjela dodanog stroncija. Dodatkom stroncija ne dolazi do širenja vrpca pojedinih skupina nego zadržavaju svoj početni oblik. Primjenom TGA analize utvrđeno je da se pri manjim udjelima stroncija termička stabilnost poboljšava, no kod viših udjela stroncija gubitak mase se povećava u odnosu na čisti HAp. The aim of this work was to conduct the hydrothermal synthesis of hydroxyapatite from cuttlebone with the presence of strontium ions (Sr2+) and the subsequent characterization of the samples using different instrumental methods (XRD, FTIR and TGA) to assess the substitution of ions in the structure of hydroxyapatite. Ionic substitutions affect different parameters like crystal cell, crystal size and morphology which change the properties of HAp and subsequently affect the applicability in bone tissue engineering. SEM analysis confirmed that characteristic highly porous interconnected structure of cuttlebone was preserved after hydrothermal synthesis. Qualitative XRD analysis showed that the structure of the synthesized samples consists of HAp with trace amounts of aragonite phase (1-2 %) in samples with 5 and 10 mol.% strontium added. Further processing of the data using the Rietveld refinement method showed that the volume of the crystal lattice of HAp increases with increasing strontium content, which is consistent with theoretical and literature data. The results obtained by FTIR analysis indicate a decrease in the intensity of phosphate, carbonate and hydroxyl groups with the increase of added strontium. With the addition of strontium, the bands of individual groups do not broad, but retain their initial shape. Using TGA analysis, it was found that at lower strontium content, thermal stability improves, but at higher strontium content, the weight loss increases compared to pure HAp.

Cilj rada bio je sintetizirati cinkov oksid karakteristične listićave strukture hidrotermalnom metodom te ispitati njegovu fotokatalitičku aktivnost. Ispitivan je utjecaj različitih čimbenika sinteze cinkova oksida na strukturu krajnjeg produkta: temperature i vremena sinteze, te koncentracije tvari u polaznoj otopini. Iz polazne vodene otopine cinkova acetata uz dodatak heksametilentetramina (HMTA) i natrijeva citrata uspješno su sintetizirani slojevi listićave strukture, čija je struktura sačuvana i nakon žarenja kojim su slojevi prevedeni u ZnO. Otopina bez dodatka HMTA također je dala hijerarhijsku strukturu, ali sinteza nije bila ponovljiva u većem volumenu. Ispitivanjem fotokatalitičke aktivnosti pripravljenih slojeva ZnO utvrđeno je da pokazuju fotoaktivnost, sličnu kao cinkov oksid dobiven postupkom kemijske depozicije iz metanolne otopine čija je fotokatalitička aktivnost utvrđena u ranijem istraživanju. Purpose of this paper was to synthesize zinc oxide with characteristic layered structure by hydrothermal synthesis and evaluate its photocatalytic activity. During the synthesis of zinc oxide, the influence of various factors on the final product structure, such as temperature and time of synthesis, as well as the concentration of the substance in the starting solution were examined. From the starting aqueous solution of zinc acetate with the addition of hexamethylenetetramine (HMTA) and sodium citrate, the layered structure was successfully synthesized. Layered structure of zinc oxide coatings was preserved during the annealing process. The solution without the addition of HMTA also gave a hierarchical structure, but the synthesis was not repeatable at greater volume. By testing photocatalytic activity, it has been found that hydrothermally synthesized zinc oxide shows photoactivity, similar to zinc oxide obtained by a chemical bath deposition process whose photocatalytic activity was determined in an earlier study.

U ovom radu istražena su morfološka, mikrostrukturna, poluvodička i električna svojstva vlakana hematita (α-Fe2O3) dobivenih procesom elektroispredanja pri tri različita protoka prekursorske otopine; 1,5 ml h^-1, 1,0 ml h^-1, 0,5 ml h^-1 i termičkom obradom na 700 °C, 1 h. Rezultati dobiveni EDS, ATR-FTIR, XRD i UV metodama potvrdili su da su dobivena čista α-Fe2O3 vlakna. SEM snimke hematitnih vlakana pokazale su kako njihova veličina (promjer) ovisi o protoku, tj. smanjuje se smanjenjem protoka. Električna svojstva α-Fe2O3 vlakana ispitana su metodom četiri točke, a korištenjem Taucova postupka utvrđeno je kako materijal posjeduje poluvodička svojstva. Loša električna provodnost usmjerila je istraživanje prema stvaranju kompozitnog materijala koji bi imao poboljšana elektrokemijska svojstva. U tu je svrhu hidrotermalnom metodom sintetiziran kompozitni materijal α-Fe2O3/reducirani grafenov oksid (rGO) iz otopina grafenova oksida (GO) i ekstrakta lista masline (ELM) u koje su dispergirana hematitna vlakna. Za ovu namjenu korištena su hematitna vlakna dobivena pri protoku 1,0 ml h^-1. Navedeni postupak provodio se pri pH 4 i pH 10, a dobiveni su kompozitni hidrogelovi. Za svaki uzorak kompozita sintetiziran je i pripadajući referentni rGO hidrogel koji nije sadržavao hematitna vlakna. Za uzorke kompozita α-Fe2O3/rGO i referentne uzorke rGO provedena je strukturna, morfološka i elektrokemijska karakterizacija. Ugradnja α-Fe2O3 vlakana u kompozit potvrđena je SEM i XRD rezultatima, a utvrđeno je i da su vlakna smanjila aglomeraciju listova rGO. Kako bi se provela elektrokemijska mjerenja sastavljeno je 6 simetričnih superkondenzatora koji su ispitani cikličkom voltametrijom (CV), elektrokemijskom impedancijskom spektroskopijom (EIS) i kronopotenciometrijom. Dobiveni rezultati pokazali su pozitivan utjecaj α-Fe2O3 vlakana na kapacitivna svojstva kompozitnog materijala. Microstructure of the hematite fibres (α-Fe2O3) obtained by the electrospinning process at three different flow rates of the precursor solution; 1,5 ml h^-1, 1,0 ml h^-1, 0,5 ml h^-1 and thermal processing at 700 °C, 1 h has been investigated. Using EDS, ATR-FTIR, XRD and UV methods it has been confirmed that the obtained fibres consisted only of α-Fe2O3. SEM images of the hematite fibres pointed out the fibre diameter / flow rate correlation, i.e. the slowest flow rate produced fibres with the smallest diameters. Electrical properties of α-Fe2O3 fibres have been examined using the four point probe method and the semiconducting properties have been confirmed using the Tauc model. Due to the low electrical conductivity of hematite the research was directed towards the formation of a composite material with enhanced electrochemical properties. A composite material α-Fe2O3/rGO has been obtained via a hydrothermal method using graphene oxide (GO) and olive leaf extract (ELM) solution with addition of hematite fibres (1,0 ml h^-1). This procedure was carried out at two different pH values; 4 and 10, and as a result composite hydrogels were obtained. In addition to this, for each composite sample a reference hydrogel without hematite fibres was synthesised, rGO. Morphological, structural and electrochemical characterizations have been conducted for the composite (α-Fe2O3/rGO) and reference (rGO) samples. SEM and XRD results confirmed the incorporation of the hematite fibres into the composite material as well as a partial prevention of the rGO sheet agglomeration. In order to carry out electrochemical measurements 6 symmetrical supercapacitors have been assembled and tested by means of cyclic voltametry (CV), electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and chronopotentiometry. The obtained results showed a positive effect of the α-Fe2O3 fibres on capacitive properties of the composite material.

Uslijed sve veće proizvodnje i terapeutske primjene farmaceutika, otpadne vode onečišćene su farmaceuticima poput diklofenaka (DCF) te predstavljaju značajan ekološki problem. Farmaceutici spadaju u grupu mikroonečišćivala, čija se sve veća prisutnost primjećuje u površinskim i podzemnim vodama. Glavni izvor krije se u nedovoljnoj učinkovitost konvencionalnih metoda obrade, zbog čega se u posljednje vrijeme sve veća pažnja pridaje naprednim oksidacijskim procesima kao obećavajućim metodama uklanjanja mikroonečišćivala. Jedan od takvih procesa je i fotokataliza, proces razgradnje onečišćujućih tvari pod utjecajem UV/VIS zračenja uz prisutnost fotokatalizatora na kojem dolazi do efekta adsorpcije tih tvari i njihove razgradnje uslijed djelovanja radikalskih vrsta. U ovom radu prikazan je postupak sinteze BiVO4 fotokatalizatora, jednog od novijih i sve više istraživanih fotokatalizatora. Zanimljiv je upravo zbog fotokatalitičke aktivnosti pod utjecajem vidljive svjetlosti. Fotokatalizator je sintetiziran hidrotermalnom i sol-gel metodom, pri čemu se sol-gel metoda pokazala neuspješnom. Termogravimetrijskom analizom hidrotermalnog BiVO4 ustanovljena je velika količina etilen glikola preostalog iz sinteze u uzorku. Učinkovitost uklanjanja diklofenaka DCF-a hidrotermalnim BiVO4 ispitana je u suspenziji pri pH 4, 6 i 8, pod simuliranim Sunčevim zračenjem, pri čemu je uklanjanje DCF-a praćeno tekućinskom kromatografijom visoke djelotvornosti. Nakon 60 min fotokatalitičke obrade pri pH 4 uklonjeno je 31,67 % DCF-a, dok pri pH 4 i pH 8 tek 12,32 %, odnosno 3,12 % DCF-a. Uklanjanje DCF-a moglo se opisati gotovo podjednako dobro kinetičkim modelom 1. i 2. reda na temelju ocjenjivanja koeficijenta regresije. U daljnjim istraživanjima potrebno je poboljšati čistoću dobivenog BiVO4. Due to the increasing production and therapeutic use of pharmaceuticals, wastewater is contaminated by pharmaceuticals, such as diclofenac (DCF), and represents a significant environmental problem. Pharmaceuticals belong to the group of micropollutants, whose increasing presence is observed in surface and groundwater. The main source lies in the lack of efficiency of conventional treatment methods, which is why more and more attention has been recently given to advanced oxidation processes as promising methods for the removal of micropollutants. Amongst them is photocatalysis, a process for the degradation of pollutants under the influence of UV/VIS irradiation in the presence of a photocatalyst on which adsorption of these substances occurs and subsequent degradation by radical species. This work describes the synthesis process of BiVO4 photocatalysts, one of the more recent and increasingly studied photocatalysts. It is interesting because of photocatalytic activity under the influence of visible light. The photocatalyst was synthesized by hydrothermal and sol-gel methods. The sol-gel method was unsuccessful. Hydrothermal BiVO4 was analysed by thermogravimetric analysis, which revealed a large quantity of residual ethylene glycol within the sample. The efficiency (DCF) in water under simulated solar irradiation, samples were analyzed by high performance chromatograph. Removal efficiency was tested in suspension at pH values of 4, 6 and 8. At pH 4 the removal of DCF equaled 31.67%, whereas at pH 6 and 8 the removal was 12.32 % and 3.12 % respectively. The removal of DCF could be almost equally well fitted to 1st and 2nd order kinetic models, on the basis of regression coefficients. In further research, it is necessary to improve the purity of the obtained BiVO4.

U ovom radu je sintetiziran zeolit A pri temperaturi od 99 °C pri različitim vremenima sinteze od 4, 5 i 6 sati. Pripremljenim uzorcima je određen kapacitet izmjene kationa pomoću amonijeva acetata metodom po Kjeldahlu. Također, određena je i specifična površina pomoću Blaine-ovog zračnog permeabilimetra. Iz rezultata se vidi da povećanje vremena sinteze zeolita A pri istoj temperaturi od 99 °C uzrokuje smanjenje njegovih ionsko-izmjenjivačkih svojstava te mu se smanjuje specifična površina. In this paper Zeolite A was synthesized at a temperature of 99 °C and at different times of synthesis 4, 5 and 6 hours. Ion excange characteristics of prepared zeolite were determined by Kjeldahl ammonium acetate method. Specific surface area of prepared samples were determined using Blaine air permeabilimeter. The results show that increase of synthesis time at same temperature of 99 °C causes reduction of exchange capacity and specific surface of zeolite A.

Cilj ovog rada je bio provesti hidrotermalnu redukciju grafenova oksida (GO) potpomognutu reducensom, vegetacijskom vodom masline (OMW), u kojoj nastaje hidrogel reduciranog grafenovog oksida, rGOH+OMW. Također je provedena hidrotermalna redukcija bez reducensa u kojoj nastaje reducirani grafenov oksid, rGOH. Hidrotermalna sinteza se vodila pri temperaturi od 120°C i pri pH 7. Superkondenzatori su izrađeni od dobivenih materijala, GO, rGOH i rGOH+OMW na podlogama od nikla i staklastog ugljika (GC). Ispitani su metodama cikličke voltametrije, elektrokemijske impedancijske spektroskopije (EIS) i kronopotenciometrije. Specifični kapaciteti dobiveni metodom cikličke voltametrije iznose od 33 F/g do 57 F/g, s izuzetkom superkondenzatora koji je sastavljen od GO koji ima specifični kapacitet manji od 1 F/g. Rezultati dobiveni metodom EIS pokazuju kako se radi o superkondenzatorima dobrih kapacitivnh svojstava koji pokazuju manja odstupanja od idealnog ponašanja. Ovom metodom su također određeni otpori karakteristični za pojedini superkondenzator. Specifični kapaciteti izračunati iz kronopotenciometrije se kreću od oko 40 do 49 F/g i nešto su manji od kapaciteta dobivenih metodom cikličke voltametrije jer je mjerenje provedeno pri užem rasponu napona. Izračunate specifične snage se kreću od 18-40 kW/kg te prema Ragonevom dijagramu svrstavaju priređene superkondenzatore u skupinu izvora visoke snage. Vrijednosti specifične energije iznose od 28-40 W h / kg što odgovara iznosima karakterističnim za superkondenzatore. The objective of this research was to carry out hydrothermal reduction of graphene oxide (GO) supported by olive mill wastewater (OMW) that resulted in formation of reduced graphene oxide hydrogel, rGOH+OMW. Also, hydrothermal reduction was carried out without OMW that resulted in reduced graphene oxide hydrogel, rGOH. Hydrothermal synthesis was performed at 120°C and at pH 7. In order to assemble supercapacitor, the synthesized materials, GO, rGOH and rGOH+OMW, were applied on nickel or glassy carbon support. Supercapacitors were tested by using cyclic voltammetry, electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and chronopotentiometry methods. The specific capacitance values were calculated from cyclic voltammetry responses and it was in the range from 33 F/g to 57 F/g, except for supercapacitor made of GO hydrogel with specific capacitance below 1 F/g. EIS results has shown that the obtained supercapacitors had good capacitive behaviour with small deviations from ideal behaviour. Also, this method enabled estimation of the internal resistance of supercapacitor. The specific capacitance values calculated from chronopotentiometry were from 40 F/g to 49 F/g. These values are slightly different from the values obtained from cyclic voltammetry response due to the lower voltage values that were applied. The obtained specific power values were in the range from 18-40 kW/kg and according to the Ragone's diagram prepared supercapacitors belong to the group of high power supercapacitors. The obtained specific energy values were in the range from 28-40 W h / kg which corresponds to the values characteristic for supercapacitors.

Cerijev (IV) oksid (CeO2) najveću primjenu ima u katalitičkim reakcijama kao katalizator i kao nosač katalizatora u mnogim industrijskim procesima, a također i za smanjenje emisije štetnih plinova tako što katalizira reakcije oksidacije metana i ugljikovog monoksida. Dopiranje bakrom znatno poboljšava toplinsku stabilnost CeO2, što proširuje mogućnosti njegove primjene bez straha da će doći do prekomjernog sinteriranja. Hidrotermalnom sintezom pri 120 °C u vremenu od 16 h, uz korištenje 8 mol/L NaOH kao otapala dobiven je čisti CeO2, kao i bakrom dopirani CeO2 s molarnim udjelima bakra 5, 10, 15, 20, 25 te 30 %. Provedbom rendgenske difrakcijske analize (XRD) te infracrvene spektroskopije s Fourierovom transformacijom (FTIR) praćena je struktura produkata, veličina kristalita, parametar jedinične ćelije te način ugradnje bakra u strukturu CeO2. Iz podataka dobivenih eksperimentalnom analizom vidljivo je da se bakar ugrađuje u kristalnu rešetku CeO2 te zamjenjuje ione Ce4+ u unutrašnjosti rešetke, što rezultira smanjenjem veličine kristalita s povećanjem udjela bakra i to od 4,15 nm za čisti CeO2 do čak 3,1 nm za uzorak s 20 mol. % bakra. Iz difraktograma i FTIR spektara je vidljivo da s povećanjem udjela bakra ne dolazi do nastajanja nove faze koja bi ukazivala na formiranje CuO. Ceria is mostly used in catalytic reactions both as catalyst and catalyst support in many industrial processes, and also to lower the emission of harmful gasses by catalyzing oxidation reactions of methane and CO. Adding copper as a doping material enhances the thermal stability, which leads to wider synthesis and processing options without fear of excessive sintering. Products of pure ceria and copper-doped ceria in 5, 10, 15, 20, 25 and 30 mol. % of copper were prepared by hydrothermal synthesis at 120 °C for 16 h, using 8 mol/L NaOH as solvent. Using X-ray diffraction (XRD) and Fourier transformation infrared spectroscopy (FTIR), the structure of products, crystallite size, unit cell constant and the way of embedding of copper into the CeO2 structure has been investigated. From the data obtained by experimental analyses it was clear that copper, as doping material, enters the ceria crystal structure and replaces Ce4+ ions, which results in smaller crystallite sizes by increasing molar fraction of copper, from 4,15 nm for pure ceria to 3,1 nm for sample with 20 mol. % of copper. From XRD patterns and FTIR spectra it is clear that no matter what molar fraction of copper was introduced into ceria, the CuO was not formed as a side product.

U ovom diplomskom radu sintetizirane su čvrste otopine sustava TiO2-Fe2O3 hidrotermalnim tretmanom u velikom rasponu množinskog udjela željezovih iona (do 50 %). Uzorci su pripravljeni iz vodenih otopina FeCl3·6H2O i TiCl4. Spojevi su analizirani rendgenskom difrakcijom na prahu, elektronskom mikroskopijom (pretražnom i transmisijskom), Ramanovom i Mössbauerovom spektroskopijom. Rezultati instrumentalne analize su pokazali prisutnost dviju kristalnih faza, anatasa i hematita. Rendgenskom analizom pokazano je da se željezovi ioni ugrađuju u kristalnu rešetku anatasa do množinskog udjela od 8 %, te da se nakon toga željezovi ioni ugrađuju u hematit. Kako se povećava udio željezovih iona do 20 % tako se i udio faze hematita povećava, međutim, nakon 20 % se udio hematita smanjuje te se u uzorku s 25 % primjećuje distorzija kristalne rešetke hematitne faze. Daljnjim povećanjem udjela željeza hematitna faza se ponovno javlja i njen udio raste. Fotokatalitička aktivnost je ispitana za uzorke s 1 % i 25 % željeza, no ovi uzorci nisu pokazivali značajnu fotokatalitičku aktivnost u razgradnji metilenskog modrila u vidljivom dijelu spektra. In this diploma thesis, solid solutions of the TiO2-Fe2O3 system were synthesized by hydrothermal treatment in a wide-compositional range with up to 50 mol% of iron cations. The samples were prepared from aqueous solutions of FeCl3·6H2O and TiCl4. The compounds were analysed by X-ray powder diffraction, electron microscopy (scanning and transmission), Raman and Mössbauer spectroscopy. The results of instrumental analyses showed that the crystal phases of the solid solutions are anatase and hematite. X-ray diffraction showed that iron cations are incorporated in the crystal structure of anatase up to 8 mol%, and after that, iron cations precipitate in the form of hematite. An increase of the molar fraction of iron cations up to 20 mol% caused increase of the fraction of the hematite phase. A further increase of the iron content up to 25 mol% caused a decrease of the hematite phase fraction and distortion of its crystal lattice. The fraction of the hematite phase increases again with an increase of the ion content up to 50 mol%. Photocatalytic activity was tested for the samples containing 1 % and 25 % of iron cations, but these samples showed no appreciable photocatalytic activity in degradation of methylene blue in the visible region of electromagnetic radiation.

Svrha ovog rada bila je priprema i karakterizacija kompozitnog materijala grafen/SnO2 hidrotermalnom sintezom potpomognutom mikrovalovima i klasičnom hidrotermalnom sintezom. Jedan od ciljeva ovog rada ujedno je bio i priprava i karakterizacija superkondenzatora koji se temelje na grafen/SnO2 aktivnim materijalima. Tijekom hidrotermalne metode potpomognute mikrovalovima produkt je dobiven u obliku suspendiranih čestica. dok je tijekom klasične hidrotermalne sinteze dobiven hidrogel. Kapacitivna svojstva uzoraka sintetiziranih u mikrovalnom reaktoru ispitana su korištenjem metode cikličke voltametrije i elektrokemijske impedancijske spektroskopije pri čemu je dokazano da KOMPOZIT 1, KOMPOZIT 2 i KOMPOZIT 3 karakteriziraju odlična kapacitivna svojstva. uz dobivene vrijednosti specifičnog kapaciteta od 3,51 do 91,94 Fg^-1. Kao najbolji pristup sintezi pokazao se postupak kojim je dobiven KOMPOZIT 2 stoga je navedeni pristup korišten tijekom hidrotermalne sinteze. U hidrotermalnoj sintezi su dobivena tri različita kompozita u obliku hidrogela (KOMPOZIT 21, KOMPOZIT 22 i KOMPOZIT 23) te su iz navedenih hidrogelova direktno priređeni superkondenzatori (Superkondenzator 1, Superkondenzator 3, Superkondenzator 2). Najbolja svojstva je pokazao Superkondenzator 3 kod kojeg je zabilježen specifični kapacitet od 55,92 F g^-1 te specifičnu energiju od 71,58 Ws g^-1. Uvid u morfologiju i sastav uzoraka dobiven je SEM snimkama koje pokazuju da je za KOMPOZIT 2 dobiven najveći udio SnO2 te da je sloj najhomogeniji. Kod hidrogelova je dokazana porozna struktura koja osigurava visoke kapacitete. XPS analizom uzoraka potvrđeno je da je došlo do redukcije grafenova oksida (GO) u grafen (rGO) i oksidacije Sn2+ u Sn4+. FTIR spektroskopijom dokazano je prisustvo određenih kisikovih funkcionalnih skupina kao i prisustvo –Sn-O- veze. Provedbom rendgenske difrakcije vidljivi su i karakteristični maksimumi koji odgovaraju strukturi SnO2. Navedene metode su dokazale da je tijekom sinteze doista došlo do formiranja kompozitnog materijala grafen/SnO2. The main purpose of this theses was the preparation and characterization of the composite material graphene/SnO2 using microwave-assisted hydrothermal synthesis and convencional hydrothermal synthesis. One of the aims of these theses was also the preparation and characterization of supercapacitors based on graphene/SnO2 active materials. The suspended particels were obtained using microwave-assisted hydrothermal synthesis, while hydrogel was obtained using classical hydrothermal synthesis. The capacitive properties of the samples prepared by microwave assisted method were examine using cyclic voltammetry (CV) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS), which proven excellent capacitive properties of COMPOSITE 1, COMPOSITE 2 and COMPOSITE 3 were specific capacity values 3.51 - 91.94 Fg^-1 were obtained. The process of obtaining COMPOSITE 2 shown to be the best approach for synthesis and therefore it has been used during hydrothermal synthesis. In the hydrothermal synthesis three different composites were obtained in the form of hydrogels (COMPOSITE 21, COMPOSITE 22 and COMPOSITE 23) and supercapacitors (Supercapacitor 1, Supercapacitor 3 and Supercapacitor 2) were directly prepared by using these hydrogels. Supercapacitor 3 has shown the best properties were specific capacitance, 55.92 Fg^-1 and specific energy, 71.58 Ws g^-1 were recorded. Insight into morphology and composition of the materials was obtain by SEM technique showing that COMPOSITE 2 is the most homogeneous material, with the largest amount of SnO2. The porous structure is determine for hydrogels that provides high capacitance values. XPS analysis of the samples comfirmed reduction of graphene oxide (GO) to graphene (rGO) and oxidation Sn2+ in Sn4+. FTIR spectroscopy showed the presence of oxygen functional groups, as well as the presence of a –Sn-O- bonding. Using X-ray diffraction, the characteristic maximums corresponding to the SnO2 structure are visible. The methods used in this work have confirmed that graphene/SnO2 composite was obtained.

U ovom su radu hidrotermalnom sintezom nanokristaliničnih prahova titanijevog dioksida (TiO2) dopiranih srebrom pripravljena tri uzorka (uzorak 1, uzorak 2 i uzorak 3). Za pripravu koloidne otopine (sola) upotrijebljeni su: titanijev izopropoksid (prekursor), 2-propanol (otapalo), octena kiselina (katalizator), acetilaceton (sredstvo za kompleksiranje), natrijev bor hidrid (redukcijski reagens) te srebrov nitrat (izvor srebra). Za karakterizaciju pripravljenih nanokristaliničnih TiO2 prahova dopiranih srebrom korištena je infracrvena spektroskopija s Fourierovom transformacijom (FTIR) i Ramanova spektroskopija. Rendgenskom difrakcijskom analizom prašaka (PXRD) određen je fazni sastav i veličina kristalita. Cilj je bio ispitati mogućnost primjene sintetiziranog TiO2 kao fotokatalizatora u naprednim oksidacijskim procesima za razgradnju farmaceutika u vodama primjenom zračenja sličnog Sunčevom. Ispitana je hidrolitička razgradnja nitrofurantoina, antibiotika namijenjenog liječenju urinarnih infekcija, heterogenom fotokatalizom s tri različita nanokristalinična praha TiO2 dopirana srebrom te jednim komercijalnim TiO2 prahom (P25) koji je korišten za usporedbu fotokatalitičkih svojstava sintetiziranih prahova. Rezultati ispitivanja pokazali su da je hidrolitička razgradnja nitrofurantoina moguća primjenom svih uzoraka TiO2 uz zračenje slično Sunčevom zračenju (sadrži vidljivu i UV komponentu). Najbolju fotokatalitičku aktivnost u razgradnji nitrofurantoina primjenom VIS zračenja (vidljivo zračenje, bez UV komponente) postignuta je primjenom uzorka 1. Slaba fotokatalitička aktivnost postignuta je komercijalnim uzorkom TiO2, dok uzorci 2 i 3 nisu fotokatalitički aktivni primjenom VIS zračenja. In this investigation, three samples (Sample 1, Sample 2, Sample 3) of silver-doped titania (TiO2) were prepared by hydrothermal synthesis. Chemicals used for the preparation of this colloidal suspension (sol) were: titanium isopropoxide (precursor), 2-propanol (solvent), acetic acid (catalyst), acetylacetone (complexing agent), sodium borohydride (reduction agent), as well as silver nitrate (source of silver). Prepared nanocrystalized silver-doped titania powders were characterized by means of Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and Raman spectroscopy. Powder X-ray diffraction (PXRD) was used to determine the phase composition and the size of the crystallites. The main goal was to examine the possible application of the synthesized TiO2 as a catalyst for the pharmaceuticals degradation in the advanced oxidation processes in water, under the solar-like radiation. Hydrolytic degradation of nitrofurantoin, an antibiotic used to treat urinary tract infections, by means of heterogeneous photocatalyst with three different nanocrystalline silver-doped TiO2 powders and one commercial TiO2 powder (P25), used for the comparison of the synthesized powders’ photocatalytic properties. Obtained results showed that the hydrolytic degradation of the nitrofurantoin with the solar-like radiation (consists of visible light and UV component) was possible for all three titania samples. The best photocatalytic activity in the nitrofurantoin degradation under the VIS radiation (visible light, without the UV component) was achieved with the Sample 1. Low photocatalytic activity was achieved with the commercial titania sample, while Samples 2 and 3 showed no photocatalytic activity under the VIS radiation.

Pripravljeni su i karakterizirani uzorci čistog i dopiranog cerijeva (IV) oksida, CeO2, te je testirana njihova katalitička aktivnost u procesu katalitičke oksidacije toluena koji je upotrijebljen kao modelni hlapljivi organski spoj. Provedena je serija sinteza nanočestica čistog CeO2 i dopiranog CeO2 sa 10 % množinskog udjela sljedećih dopanada: Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Cd i Al. Hidrotermalna sinteza provedena je bez ikakvih aditiva koji bi smanjili katalitičku aktivnost i mogli biti štetni za okoliš. Pripravljeni uzorci te uzorci zagrijavani 2 h na 500 °C analizirani su rendgenskom difrakcijom. Veličina kristalita izračunata je pomoću Scherrerove metode. Odabrani uzorci analizirani su infracrvenom spektroskopijom s Fourierovom transformacijom (FTIR), energijskom razlučujućom rendgenskom spektroskopijom (EDX), transmisijskim elektronskim mikroskopom visoke rezolucije (HR - TEM), spektroskopijom gubitka energije elektrona (EELS) te su određene N2 adsorpcijske / desorpcijske izoterme. Katalitička aktivnost je utvrđena na temelju oksidacije toluena u cijevnom reaktoru s nepokretnim slojem katalizatora, CeO2. Dobiveni rezultati pokazuju kako su Mn, Cu i Zn uspješno dopirani u kristalnu rešetku te nisu dobivene dodatne kristalne faze na difraktogramima. Kod dopiranja s ostalim metalnim kationima dolazi do nastanka dodatnih kristalnih faza, no ti rezultati ne isključuju ulazak kationa u rešetku. Dobivene veličine kristalita pripravljenih uzoraka čistog i dopiranog CeO2 nalaze se između 3 - 5 nm, dok su iste nakon termičke obrade između 9 - 17 nm. Veličina kristalita odgovara rezultatima dobivenim transmisijskom elektronskom mikroskopijom. CeO2 dopiran s Cu i Mn pokazao je značajnu katalitičku aktivnost za oksidaciju toluena. Uzorci dopirani sa Fe, Ni i Zn nisu pokazali značajno unaprjeđenje katalitičke aktivnosti dok su uzorci dopirani s Cd, Co i Al pokazali smanjenje katalitičke aktivnosti tijekom oksidacije toluena. Pure and doped nanocrystalline ceria have been prepared, characterized and tested for catalytic activity in process of catalytic oxidation of toluene as volatile organic compound model. A series of hydrothermal synthesis was performed and the products were pure ceria and doped ceria where 10 at. % of Ce was replaced with Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Cd and Al. Hydrothermal synthesis was performed without additives which would reduce the catalytic activity or could be toxic for the environment. The prepared samples and samples thermally treated at 500 °C for 2 h are studied by X-ray diffraction (XRD). Average crystalline sizes were calculated using Scherrer’s method. Selected samples were also analyzed with Fourier transformation infrared spectroscopy (FTIR), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS), transmission electron microscope (TEM), electron energy loss spectroscopy (EELS) and N2 adsorption/desorption isotherms. Catalytic activity was tested based on the toluene oxidation process in a tube reactor with a fixed catalyst layer. The obtained results show that Mn, Cu and Zn were successfully incorporated into the crystal lattice without additional crystalline phases, while for other investigated metals additional crystal phases appear. Crystallite sizes of prepared doped ceria samples were between 3 and 5 nm, while thermal treatment causes the increase in crystallite size to a range between 9 and 17 nm. Crystallite size matches well with particle size determined using TEM. CeO2 doped with Cu i Mn showed significant catalytic activity for process of toluene oxidation. Samples doped with Fe, Ni and Zn did not show significant advancement of catalytic activity while samples doped with Cd, Co and Al showed a decrease in catalytic activity for toluene oxidation process.

U ovom radu je sintetiziran zeolit A pri temperaturama od 95 o C, 99 o C i 105 o C te pri različitim vremenima sinteze od 2 i 4 sata. Pripremljenim uzorcima zeolita je određen kapacitet izmjene amonij- acetatnom metodom po Kjeldahlu. Također je određena i specifična površina pomoću Blaine-ovog zračnog permeabilimetra. Iz rezultata je vidljivo da se povećanjem temperature sinteze zeolita A poboljšavaju njegova iono-izmjenjivačka svojstava (izuzev pri temperaturi od 99 ᵒC). Povećanjem vremena sinteze s 2 na 4 sata pri istoj temperaturi povećava se kapacitet izmjene zeolita A. Metoda određivanja specifične površine pomoću Blaine-ovog zračnog permeabilimetra nije pogodna za zeolitne materijale. In this paper Zeolite A was synthesized at a temperatures of 95 °C, 99 °C and 105 °C and at different times of the synthesis of 2 and 4 hours. Ion excange characteristics of prepared zeolite were determined by Kjeldahl ammonium acetate method. Specific surface area of prepared samples were determined using the Blaine air permeabilimeter. The results show that the increase in temperature synthesis of zeolites A improve its ion-exchange properties (except at a temperature of 99 ᵒC). By increasing the synthesis of time from 2 to 4 hours at the same temperature increases the exchange capacity of zeolite A. The method of determining the specific surface area by Blaine's air permeabilimeter not suitable for zeolite materials.

Istraživanja provedena u ovom radu bila su usmjerena na sintezu i karakterizaciju nanostrukturiranih čestica ZnO. Hidrotermički postupak odabran je kao jednostavan, reproducibilan i ekološki prihvatljiv postupak sinteze čestica ZnO. Kao izvori Zn2+ iona poslužile su Zn(NO3)2·6H2O i ZnCl2 soli, a kao otapalo upotrijebljena je voda uz dodatak 25% otopine NH3. Sinteze su provedene pri temperaturi, T = 160 °C u vremenu od 2, 4 i 24 sata. Nakon izolacije i sušenja u vakuumu, dobiveni bijeli talozi karakterizirani su sljedećim mjernim tehnikama: infracrvenom spektroskopijom (FT-IR), ultraljubičastom/vidljivom spektroskopijom (UV/Vis), pretražnom mikroskopijom s emisijom elektrona s pomoću polja (FE-SEM), energijski razlučujućom rendgenskom spektrometrijom (EDS) te rendgenskom difrakcijom (XRD). Prema FE-SEM rezultatima svi sintetizirani uzorci su u formi štapića heksagonske strukture koji su izgrađeni od osnovnih građevnih jedinica-kristalita sfernog oblika i nanometarskih dimenzija. XRD rezultatima je, za sve sintetizirane uzorke, potvrđena čista heksagonska vurcitna struktura ZnO što je omogućilo određivanje strukturnih parametara kristalne rešetke i volumena jedinične ćelije. Iz UV/Vis spektara određena su optička svojstva čestica ZnO te su izračunate vrijednosti energijskog procijepa, Ebg. Synthesis and characterization of nanostructured ZnO particles were the focus of investigations in this work. The hydrothermal route was chosen as a simple, reproducible and environmental friendly synthesis procedure of ZnO formation. Zn(NO3)2·6H2O and ZnCl2 salts were used as precursors and water as a solvent. 25% NH3 solution was used to adjust pH of solution. The temperature of the synthesis was, T = 160 °C and duration time was 2, 4 and 24 hours. The white vacuum dried precipitates were characterized by following techniques: infrared spectroscopy (FT-IR), ultraviolet/visible spectroscopy (UV/Vis), field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), energy dispersive X-ray spectrometry (EDS), and X-ray diffraction (XRD). FE-SEM results have shown that all samples are in the form of hexagonal rods made of the basic building blocks - spherical crystallites of nanometer dimensions. The hexagonal wurtzite structure of ZnO was confirmed for all samples according to the XRD results. The structural parameters and the unit cell volume were calculated. Optical properties of ZnO particles were determined from the UV/Vis spectroscopy measurements and band gap values, Ebg were calculated for all prepared samples.