Title
Proučavanje fotodegradacije arilazo piridonskih boja
Creator
Dostanić, Jasmina, 1979-
Copyright date
2012
Object Links
Select license
Autorstvo 3.0 Srbija (CC BY 3.0)
License description
Dozvoljavate umnožavanje, distribuciju i javno saopštavanje dela, i prerade, ako se navede ime autora na način odredjen od strane autora ili davaoca licence, čak i u komercijalne svrhe. Ovo je najslobodnija od svih licenci. Osnovni opis Licence: http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/rs/deed.sr_LATN Sadržaj ugovora u celini: http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/rs/legalcode.sr-Latn
Language
Serbian
Cobiss-ID
Theses Type
Doktorska disertacija
description
Datum odbrane: 11.03.2013.
Other responsibilities
mentor
Mijin, Dušan, 1962-
član komisije
Petrović, Slobodan, 1950-
član komisije
Ušćumlić, Gordana, 1951-
član komisije
Vuković, Zorica
Academic Expertise
Prirodno-matematičke nauke
University
Univerzitet u Beogradu
Faculty
Tehnološko-metalurški fakultet
Alternative title
A study of photodegradation of arylazo pyridone dyes
Publisher
Beograd : [J. Dostanić]
Format
PDF/A (221 list)
description
Hemija i hemijska tehnologija - Organska hemija / Chemictry and Chemical technology - Organic chemistry
Abstract (sr)
U ovom radu proučavana je fotokatalitička degradacija arilazo piridonskih boja, 5-(4-
supstituisani fenilazo)-6-hidroksi-4-metil-3-cijano-2-piridona, korišćenjem simulirane
sunčeve svetlosti. Kao katalizatori korišćeni su komercijalni TiO2 (Aeroxide P25) i TiO2
filmovi.
U prvom delu rada opisana je sinteza i karakterizacija arilazo piridonskih boja.
Arilazo boje su sintetisane na dva načina. Prvi način sinteze obuhvata reakcije
diazotovanja supstituisanih anilina i kuplovanja dobijene diazonijum soli sa 6-hidroksi-
4-metil-3-cijano-2-piridonom. Drugim načinom arilazo piridonske boje su dobijene
kuplovanjem diazonijum soli sa ketoestrom uz ciklizaciju nastalog proizvoda etil 3-
okso-2-(supstitisanifenildiazenil)butanoata sa cijanoacetamidom. Da bi se ispitao uticaj
elektronskih efekata supstituenata na apsorpcione spektre sintetisanih boja, azo-hidrazo
tautomeriju i konstante kiselosti, sintetisano je jedanaest boja koje su se razlikovale po
prirodi supstituenta na fenilnom jezgru diazo komponente. Ovi uticaji su kvantifikovani
korišćenjem Hammett-ove jednačine (princip linearnih korelacija slobodnih energija -
LFER princip). Dobijeni rezultati su pokazali da elektron-akceptori prisutni na fenilom
jezgru utiču na povećanje π,π-konjugacije u hidrazo tautomeru, dok elektron-donori utiču na
povećanje π,π-konjugacije u azo tautomeru. Pokazano je da je elektronsko ponašanje
atoma azota azo i hidrazo grupe različito kod boja sa elektron-donorskim i elektronakceptorskim
supstituentima. Takođe, dobijeni rezultati su pokazali da je udeo hidrazo
komponente i konstanta kiselosti najmanji kod nesupstituisanih boja, dok sa
povećanjem elektron-donorskih i elektron-akceptorskih svojstava supstituenata u diazo
komponenti boja ove vrednosti rastu.
U drugom delu rada proučavana je fotokatalitička degradacija arilazo piridonskih boja
korišćenjem komercijalnog katalizatora TiO2, Aeroxide P25. Ispitivan je uticaj sledećih
reakcionih parametara na brzinu fotodegradacije 5-(4-sulfofenilazo)-6-hidroksi-4-metil-
3-cijano-2-piridona: količina katalizatora, početna koncentracija boje, temperatura, pH,
koncentracija H2O2, prisustvo etanola. Pokazano je da reakcije fotodegradacije slede
kinetiku pseudo prvog reda, prema Langmuir-Hinselwood-ovom modelu. Rezultati
TOC analize su pokazali da se boja može uspešno demineralizovati ispitivanim
fotokatalitičkim procesom. U ovom delu rada proučavan je i uticaj elektronskih
svojstava suspstituenata na fenilnom jezgru supstituisanih boja na brzine
fotodegradacije. Brzine fotodegradacije su korelisane sa Hammett-ovim konstantama
supstituenata. Najveće brzine degradacije su dobijene kod boja sa elektronakceptorskim
supstituentima, dok su najmanje brzine degradacije dobijene kod boja sa
elektron-donorskim supstituentima.
U trećem delu rada proučavana je fotodegradacija arilazo boje, 5-(4-sulfofenilazo)-6-
hidroksi-4-metil-3-cijano-2-piridona korišćenjem poroznih TiO2 filmova. TiO2 filmovi
su sintetisani na nosaču od nerđajućeg čelika metodom sprej pirolize. Pripremljene su
dve grupe filmova: prva grupa polazeći od koloidnog TiO2 rastvora dobijenog
hidrotermalnim postupkom i druga grupa polazeći od suspenzije TiO2, Aeroxide P25.
Dobijeni filmovi su žareni na različitim temperaturama, a potom okarakterisani
primenom sledećih metoda: (1) rendgenostrukturna analiza (XRD), (2) Hgporozimetrija
i N2-fizisorpcija, (3) skenirajuća elektronska mikroskopija (SEM), (4)
foto-elektronska spektroskopija X-zracima (XPS), (5) difuziono-refleksiona
spektroskopija ultravioletne i vidljive oblasti (DR UV/Vis). Dobijeni rezultati su
pokazali da strukturna, morfološka i teksturalna svojstva filmova zavise u velikoj meri
od temperature žarenja. Rezultati fotokatalitičkih testova su pokazali da se fotoaktivnost
filmova smanjuje sa povećanjem temperature žarenja, usled promena u njihovim
svojstvima. Poređenjem fotoaktivnosti filmova različitih debljina zaključeno je da su
usled difuzionih ograničenja boje i/ili slabijeg prodiranja svetlosti, donji delovi filma
manje aktivni nego gornji. Pokazano je da difuzija boje i svetlosti zavisi od teksturalnih
svojstava filmova. U radu je izvršeno i poređenje fotoaktivnosti Aeroxide P25 TiO2
praha, i filma dobijenog iz suspenzije TiO2, Aeroxide P25. Dobijeni rezultati su
pokazali da je fotoaktivnost filmova značajno manja u odnosu na fotoaktivnost
ogovarajućih prahova ne samo usled difuzionih ograničenja u sloju filma, već
najverovatnije i usled prisustva metala iz nosača.
Abstract (en)
In this dissertation photocatalytic degradation of 5-(4-substituted phenylazo)-6-
hydroxy-4-methyl-3-cyano-2-pyridone using simulated sun light was investigated. The
commercial TiO2, Aeroxide P25 and immobilized films were used as photocatalysts.
The first part of the dissertation describes synthesis and characterization of
arylazo pyridone dyes. The arylazo pyridone dyes having different substituents (from
electron-donating to electon-withdrawing) on phenyl ring of diazo component were
synthesized by two ways. The first synthesis way includes diazotization-coupling
reactions and involves the conversion of 4-sulphoaniline to the diazonium ion
intermediate 4-sulphobenzendiazonium ion, followed by the reaction with 3-cyano-6-
hydroxy-4-methyl-2-pyridone. In the second way, the dyes were synthesized by
coupling diazonium salts with ketoesters followed by condensation with
cyanoacetamide. The influence of electronic effects of substituents group in the arylazo
component on the absorption spectra, azo/hydrazo tautomerism and acid constants of
dyes was investigated and quantified using Hammett equation (principle of linear free
energy relationship-LFER). The obtained results showed that electron-withdrawing
substituents in the arylazo component increase π,π-conjugation in hydrazo tautomer,
while electron-donating substituents increase π,π-conjugation in azo tautomer. In addition, it
was observed that the electronic behaviour of the nitrogen atoms of azo and hydrazo group
is different between derivates with electron-donating and electron-withdrawing substituents.
The results also showed that the quantity of hydrazo component and pKa values increased
with increasing electron-donating and electron-withdrawing efects of substituents.
In the second part of the dissertation the photocatalytic degradation of synthesized
dyes using commercial TiO2 Aeroxide P25 was investigated. The influence of different
process parameters (catalyst concentration, initial dye concentration, temperature, pH,
H2O2 concentration, ethanol concentration) on photodegradation rate of 5-(4-sulpho
phenylazo)-6-hydroxy-4-methyl-3-cyano-2-pyridone was studied. The reaction kinetics
analysis showed that photodegradation exhibits pseudo first-order kinetics according to
Langmuir-Hinshelwood model. The results from TOC analysis showed that dye is
efficiently mineralized using investigated photocatalytic process. In addition, the effect
of substituents in the diazo component of the dyes on their photocatalytic degradation
was studied and quantified using Hammett equation. The results indicated that the
photodegradation rates were in a good degree dependent on the substituent electronic
effects being accelerated by electron-withdrawing groups and retarded by electrondonating
groups.
The third part of the dissertation describes the photocatalytic degradation of 5-(4-
sulphophenylazo)-6-hydroxy-4-methyl-3-cyano-2-pyridone using porous TiO2 films.
TiO2 films were prepared on stainless steel substrate by spray pyrolysis technique. Two
groups of films were synthesized: first from hydrothermally prepared colloidal TiO2
solution and second group using TiO2 Aeroxide P25 suspension. The prepared films
were annealed at different temperatures and characterized using following methods: (1)
X-ray diffraction analysis (XRD) (2) Hg-porosimetry and N2-physisorption (3)
Scanning electron microscopy (SEM) (4) Photo-electron spectroscopy (XPS) (5) UVVisible
Diffuse Reflectance spectroscopy (DR UV/Vis). The obtained results showed
that films annealed at different temperature had different structural, textural and
morphological properties. The results from photocatalytic tests showed that
photoactivity of the films decreased with increasing anenealing temperature, due to
alterations in the films properties. Comparation of photoactivity of films with different
thickness showed that, due to limitations imposed by light transport and dye diffusion,
the inner parts of films are less active than outer parts. These difusion limitations
depends on textural properties of films. In addition, the photoactivity of TiO2 powder
Aeroxide P25 and corresponding film was compared. The difference in photoactivity
arises not only from diffusion limitations in films, but also from the presence of
different metals in film layer.
Authors Key words
arilazo piridonske boje, azo-hidrazo tautomerija, Hammett-ova jednačina,
fotokatalitička degradacija, fotokatalitička aktivnost, TiO2 Aeroxide P25, TiO2 filmovi,
sprej piroliza
Authors Key words
arylazo dyes, azo/hydrazo tautomerism, Hammett equation, photocatalytic
degradation, photoactivity, TiO2 Aeroxide P25, TiO2 films, spray pyrolysis
Classification
667.281:544.52(043.3)
Type
Tekst
Abstract (sr)
U ovom radu proučavana je fotokatalitička degradacija arilazo piridonskih boja, 5-(4-
supstituisani fenilazo)-6-hidroksi-4-metil-3-cijano-2-piridona, korišćenjem simulirane
sunčeve svetlosti. Kao katalizatori korišćeni su komercijalni TiO2 (Aeroxide P25) i TiO2
filmovi.
U prvom delu rada opisana je sinteza i karakterizacija arilazo piridonskih boja.
Arilazo boje su sintetisane na dva načina. Prvi način sinteze obuhvata reakcije
diazotovanja supstituisanih anilina i kuplovanja dobijene diazonijum soli sa 6-hidroksi-
4-metil-3-cijano-2-piridonom. Drugim načinom arilazo piridonske boje su dobijene
kuplovanjem diazonijum soli sa ketoestrom uz ciklizaciju nastalog proizvoda etil 3-
okso-2-(supstitisanifenildiazenil)butanoata sa cijanoacetamidom. Da bi se ispitao uticaj
elektronskih efekata supstituenata na apsorpcione spektre sintetisanih boja, azo-hidrazo
tautomeriju i konstante kiselosti, sintetisano je jedanaest boja koje su se razlikovale po
prirodi supstituenta na fenilnom jezgru diazo komponente. Ovi uticaji su kvantifikovani
korišćenjem Hammett-ove jednačine (princip linearnih korelacija slobodnih energija -
LFER princip). Dobijeni rezultati su pokazali da elektron-akceptori prisutni na fenilom
jezgru utiču na povećanje π,π-konjugacije u hidrazo tautomeru, dok elektron-donori utiču na
povećanje π,π-konjugacije u azo tautomeru. Pokazano je da je elektronsko ponašanje
atoma azota azo i hidrazo grupe različito kod boja sa elektron-donorskim i elektronakceptorskim
supstituentima. Takođe, dobijeni rezultati su pokazali da je udeo hidrazo
komponente i konstanta kiselosti najmanji kod nesupstituisanih boja, dok sa
povećanjem elektron-donorskih i elektron-akceptorskih svojstava supstituenata u diazo
komponenti boja ove vrednosti rastu.
U drugom delu rada proučavana je fotokatalitička degradacija arilazo piridonskih boja
korišćenjem komercijalnog katalizatora TiO2, Aeroxide P25. Ispitivan je uticaj sledećih
reakcionih parametara na brzinu fotodegradacije 5-(4-sulfofenilazo)-6-hidroksi-4-metil-
3-cijano-2-piridona: količina katalizatora, početna koncentracija boje, temperatura, pH,
koncentracija H2O2, prisustvo etanola. Pokazano je da reakcije fotodegradacije slede
kinetiku pseudo prvog reda, prema Langmuir-Hinselwood-ovom modelu. Rezultati
TOC analize su pokazali da se boja može uspešno demineralizovati ispitivanim
fotokatalitičkim procesom. U ovom delu rada proučavan je i uticaj elektronskih
svojstava suspstituenata na fenilnom jezgru supstituisanih boja na brzine
fotodegradacije. Brzine fotodegradacije su korelisane sa Hammett-ovim konstantama
supstituenata. Najveće brzine degradacije su dobijene kod boja sa elektronakceptorskim
supstituentima, dok su najmanje brzine degradacije dobijene kod boja sa
elektron-donorskim supstituentima.
U trećem delu rada proučavana je fotodegradacija arilazo boje, 5-(4-sulfofenilazo)-6-
hidroksi-4-metil-3-cijano-2-piridona korišćenjem poroznih TiO2 filmova. TiO2 filmovi
su sintetisani na nosaču od nerđajućeg čelika metodom sprej pirolize. Pripremljene su
dve grupe filmova: prva grupa polazeći od koloidnog TiO2 rastvora dobijenog
hidrotermalnim postupkom i druga grupa polazeći od suspenzije TiO2, Aeroxide P25.
Dobijeni filmovi su žareni na različitim temperaturama, a potom okarakterisani
primenom sledećih metoda: (1) rendgenostrukturna analiza (XRD), (2) Hgporozimetrija
i N2-fizisorpcija, (3) skenirajuća elektronska mikroskopija (SEM), (4)
foto-elektronska spektroskopija X-zracima (XPS), (5) difuziono-refleksiona
spektroskopija ultravioletne i vidljive oblasti (DR UV/Vis). Dobijeni rezultati su
pokazali da strukturna, morfološka i teksturalna svojstva filmova zavise u velikoj meri
od temperature žarenja. Rezultati fotokatalitičkih testova su pokazali da se fotoaktivnost
filmova smanjuje sa povećanjem temperature žarenja, usled promena u njihovim
svojstvima. Poređenjem fotoaktivnosti filmova različitih debljina zaključeno je da su
usled difuzionih ograničenja boje i/ili slabijeg prodiranja svetlosti, donji delovi filma
manje aktivni nego gornji. Pokazano je da difuzija boje i svetlosti zavisi od teksturalnih
svojstava filmova. U radu je izvršeno i poređenje fotoaktivnosti Aeroxide P25 TiO2
praha, i filma dobijenog iz suspenzije TiO2, Aeroxide P25. Dobijeni rezultati su
pokazali da je fotoaktivnost filmova značajno manja u odnosu na fotoaktivnost
ogovarajućih prahova ne samo usled difuzionih ograničenja u sloju filma, već
najverovatnije i usled prisustva metala iz nosača.
“Data exchange” service offers individual users metadata transfer in several different formats. Citation formats are offered for transfers in texts as for the transfer into internet pages. Citation formats include permanent links that guarantee access to cited sources. For use are commonly structured metadata schemes : Dublin Core xml and ETUB-MS xml, local adaptation of international ETD-MS scheme intended for use in academic documents.