Veden lääkeainejäämien valokatalyyttinen hajottaminen

Vesistöjen kasvavat lääkeainemäärät ovat viime aikoina herättäneet yhä enemmän huolta, koska lääkeaineet ovat pysyviä luonnossa ja niistä voi aiheutua terveyshaittaa. Lääkeaineista parasetamolia havaitaan jätevesissä usein, ja sitä ei pystytä käsittelemään riittävän hyvin käytössä olevilla vedenkäsittelyprosesseilla. Tämä väitöstyö keskittyy TiO2 nanorakenteiden, näkyvän valon avulla toimivien vismuttioksibromidien, ja niiden heterorakenteisiin perustuvien valokatalyyttien kehittämiseen parasetamolia ja lääkeaineita sisältävien vesien käsittelyä varten. Työssä tutkitut vismuttioksibromidi (BiOBr) ja vismuttirikkaat oksibromidit (Bi3O4Br ja Bi24O31Br10) syntetisoitiin solvotermisellä menetelmällä. Synteesiparametrien, erityisesti pH:n ja lämpötilan vaikutusta materiaalien faasinmuodostukseen, morfologiaan ja elektronisiin ominaisuuksiin tutkittiin systemaattisesti. Tulokset osoittivat, että vismuttirikkaat oksibromidit absorboivat näkyvää valoa tehokkaammin ja niiden varausten erottelukyky on parempi kuin yksinkertaisella vismuttioksibromidilla. Valmistettujen valokatalyyttien suorituskykyä parannettiin entisestään liittämällä vismuttioksibromideja TiO2-nanorakenteisiin heteroliitoksiksi. Nämä heteroliitosrakenteet pystyivät erottamaan varauksenkantajia paremmin ja ne absorboivat valoa laajemmin näkyvän valon allonpituusalueella puhtaaseen TiO2 nanorakenteeseen verrattuna. Tämä tehostaa parasetamolin hajoamista ja mineraalisaatiota. Lisäksi väitöstyössä kehitettiin hydrohiiltä sisältäviä valokatalyyttejä tavoitteena varauksen kuljetuksen helpottaminen, sekä valokatalyyttisen aktiivisuuden ja reaktiivisten happiyhdisteiden muodostumisen lisääminen. Elektroniparamagneettinen resonanssispektroskopia (EPR) ja sieppaajakokeet osoittivat, että hydroksyyliradikaalit, superoksidiradikaalit, aukot ja singlettihappi ovat keskeisessä roolissa tutkitussa valokatalyyttisessä hajoamismekanismissa. Työssä kehitetyt valokatalyytit osoittautuivat tehokkaiksi sekä parasetamolin hajotuksessa että lääkeaineita sisältävän jäteveden käsittelyssä, mikä korostaa niiden käytännön sovellettavuutta. Tämä väitöskirja tarjoaa uutta tietoa näkyvää valoa hyödyntävien vismuttipohjaisten valokatalyyttien ja edistyneiden heterorakenteiden kehittämiseksi vedenpuhdistusta varten.