Does polypyrrole assist in the formation of catalytic ZnO nanoparticle silk fibers in the absence of light?
(2021) KEMK03 20181Department of Chemistry
- Abstract
- In this report, we wish to test the hypothesis that zinc oxide (ZnO), usually only catalytic in the presence of light, can become catalytic when combined with polypyrrole and silk fiber in the absence of light. To template the synthesis of zinc oxide (sonication) and polypyrrole (oxidative polymerisation), we used four different silk fibers (Mulberry, Eri, Muga, and Tasar silks). We assessed the influence of silk type, sonication time, and pyrrole added with a factorial design. We found that neither of these factors played a significant role in the non-photocatalytic degradation of Methylene Blue (MB) nor Methyl Orange (MO). We tentatively explained our results by the fact that ZnO might not have formed on the fibers.
- Popular Abstract (Swedish)
- Syftet med detta arbete var att testa hypotesen att zinkoxid tillsammans med en polymer (en stor molekyl bestående utav många upprepade, mindre molekyler) av pyrrol på silkesfiber kan verka katalytiskt, det vill säga sänka aktiveringsenergin för en viss eller vissa reaktioner utan att själv konsumeras. Med andra ord så var målet att producera hybridsilkesfiber som är katalytiska utan ljus.
Silke är ett material som är väldigt slitstarkt samt biologiskt nedbrytbart. Silkesfiber från spindlar hade kunnat utnyttjas, men eftersom spindlar inte kan avlas så ansågs silke från silkesmaskar vara mer gynnsamt. Mulberry-silke, den mest förekommande formen av silkesfiber, består bland annat av proteinet sericin. Sericin har antibakteriella... (More) - Syftet med detta arbete var att testa hypotesen att zinkoxid tillsammans med en polymer (en stor molekyl bestående utav många upprepade, mindre molekyler) av pyrrol på silkesfiber kan verka katalytiskt, det vill säga sänka aktiveringsenergin för en viss eller vissa reaktioner utan att själv konsumeras. Med andra ord så var målet att producera hybridsilkesfiber som är katalytiska utan ljus.
Silke är ett material som är väldigt slitstarkt samt biologiskt nedbrytbart. Silkesfiber från spindlar hade kunnat utnyttjas, men eftersom spindlar inte kan avlas så ansågs silke från silkesmaskar vara mer gynnsamt. Mulberry-silke, den mest förekommande formen av silkesfiber, består bland annat av proteinet sericin. Sericin har antibakteriella egenskaper och absorberar vätska väldigt bra. Silkesfiber har dessutom oerhört bra optisk genomskinlighet, vilket givit det god användning som bland annat ett tillägg till solceller.
Grätzelsolceller är en typ av mycket flexibla solceller där metalloxider såsom zinkoxid utnyttjats mycket flitigt. Zinkoxid användes specifikt på grund av sin exceptionellt höga energiskillnad mellan HOMO (det av elektroner högsta ockuperade molekylorbitalet) och LUMO (det lägsta ockuperade molekylorbitalet). På sistone så har metalloxider även visats vara effektiva material för nedbrytning av kolbaserade vattenföroreningar då de träffas av ljus. Detta är av relevans inom textilindustrin, vars avloppsvatten innehåller stora mängder färgämnen. Exempel på sådana ämnen är Metylenblå och Metylorange, vilka båda är väldigt stabila molekyler som inte kan brytas ner via vedertagna nedbrytningsmetoder. Metylorange är dessutom ett så kallat azo-färgämne, vilket är giftigt för vattenlevande organismer. Ett problem när det kommer till zinkoxid är dock att ren zinkoxid inte verkar fotokatalytiskt (katalytiskt under ljus) - för detta krävs att det omvandlas till zinkoxid-nanopartiklar.
Även konduktiva (strömledande) polymerer verkar katalytiskt under ljus, vilket har utnyttjats inom vattenbehandling. Den konduktiva polymeren polypyrrol är ett exempel på en sådan polymer, vilken är en billig och flexibel molekyl. Därtill så kan polypyrrol kombineras med zinkoxid för att förbättra den fotokatalytiska aktiviteten.
Dessa molekyler bildades tillsammans på fyra olika typer av silkesfiber från silkesmaskar (Mulberry, Eri, Muga, och Tasar-silke). För att lägga till zinkoxid på dessa silkesfiber utnyttjades sonikering, som är en metod där energi i form av ljud används för att bland annat skapa nanopartiklar, och oftast tillämpas via någon form av bad. När pyrrolen skulle adderas så användes metoden oxidativ polymerisering, där de mindre molekylerna som utgör polymeren vanligtvis tenderar att innehålla kol samt donera elektroner.
Vad som upptäcktes var att hybridsilkesfiber inte bildats, och att vår hypotes om att polypyrrol assisterar zinkoxid silkesfiber i den ljusfria nedbrytningen av Metylenblå eller Metylorange utan ljus inte stämmer. Preliminärt så har de erhållna resultaten förklarats av att zinkoxid-nanopartiklar inte bildats på silkesfibern, eventuellt att zinkhydroxid i stället bildats. I framtiden så föreslås att testa andra typer av silkesfiber (eftersom varje typ har relativt varierande egenskaper), eller att försöka bryta ned andra färgämnen än Metylenblått och Metylorange. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/9068724
- author
- Greback, Christian LU
- supervisor
-
- Manish Singh LU
- Cedric Dicko LU
- organization
- course
- KEMK03 20181
- year
- 2021
- type
- M2 - Bachelor Degree
- subject
- keywords
- Biochemistry, Silk, Polymer, Metal Oxide, Catalysis, Dye
- language
- English
- id
- 9068724
- date added to LUP
- 2021-12-09 10:35:30
- date last changed
- 2021-12-09 10:35:30
@misc{9068724,
abstract = {{In this report, we wish to test the hypothesis that zinc oxide (ZnO), usually only catalytic in the presence of light, can become catalytic when combined with polypyrrole and silk fiber in the absence of light. To template the synthesis of zinc oxide (sonication) and polypyrrole (oxidative polymerisation), we used four different silk fibers (Mulberry, Eri, Muga, and Tasar silks). We assessed the influence of silk type, sonication time, and pyrrole added with a factorial design. We found that neither of these factors played a significant role in the non-photocatalytic degradation of Methylene Blue (MB) nor Methyl Orange (MO). We tentatively explained our results by the fact that ZnO might not have formed on the fibers.}},
author = {{Greback, Christian}},
language = {{eng}},
note = {{Student Paper}},
title = {{Does polypyrrole assist in the formation of catalytic ZnO nanoparticle silk fibers in the absence of light?}},
year = {{2021}},
}