Bachelor's Thesis

The Study of the Photocatalytic Degradation of Azo Dyes with Chloride Perovskites

Final Thesis 2.15 MB

Author of thesis: Bc. Vít Peňáz

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Jan Truksa, Ph.D.

Reviewer: Ing. Lucia Ivanová, Ph.D.

Abstract:

This bachelor’s thesis examines the adverse effects of azo dyes on human health and the environment, as well as methods for their removal from wastewater, primarily through photocatalysis using perovskite materials as photocatalysts. First, catalysts containing either a methylammonium or formamidine group were prepared. The photocatalytic activity of the prepared chloride perovskites was subsequently tested for the degradation of four azo dye systems in two organic solvents. The results of the monitored photocatalytic activity revealed that the degradation of azo dyes depends on their suitable chemical structure, particularly the presence and number of sulfonic groups. At the conclusion of the study, the stability of the perovskite materials in the reaction systems was examined using FTIR and XRD analyses. These measurements revealed the partial decomposition of the perovskite structure into lead chloride, indicating insufficient material stability and hindering their broader industrial application.

Keywords:

Azo dyes, photocatalysis, chloride perovskite materials

Date of defence

10.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student v rámci obhajoby bakalářské práce prezentoval náplň, získané výsledky a závěry práce. Dále byly přečteny posudky vedoucího a oponentky a byly zodpovězeny otázky oponentky. V následné diskusi byly položeny dotazy: doc. MVDr. H. Zlámalová Gargošová Ph.D. – Co znamená zkratka SVHC a jaká jsou kritéria látek zařazených v této kategorii? prof. Ing. J. Krajčovič, Ph.D. – Jaký je efekt sulfoskupin na materiály? Jaké mohou být degradační produkty při rozkladu? doc. Mgr. R. Komendová, Ph.D. – Jaké analytické metody jste osobně použil? V grafu absorpčního spektra jsou vysoké hodnoty absorbance – proč neproběhlo ředění? Student odpověděl na všechny doplňující otázky členů komise, které byly v průběhu diskuze k dané problematice vzneseny. Po diskusi následovalo hodnocení závěrečné práce. Student prokázal výbornou orientaci v dané problematice a velmi výraznou schopnost samostatné prezentace dosažených výsledků.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Applied Analytical, Environmental and Forensic Chemistry (BPCP_AAEFCH)

Composition of Committee

doc. MVDr. Helena Zlámalová Gargošová, Ph.D. (předseda)
doc. Mgr. Renata Komendová, Ph.D. (člen)
doc. Mgr. Michaela Vašinová Galiová, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Jozef Krajčovič, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Jitka Malá, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Jan Truksa, Ph.D.

Student Vít Peňáz vypracoval bakalářskou práci na téma rozkladu azobarviv pomocí chloridových perovskitů. Prvním cílem bylo provedení rešerše, kde se práce zaměřuje nejen na strukturu azobarviv, jejich environmentální dopady, ale i principy fotokatalýzy, strukturu a syntézu perovskitových materiálů a principy použitých analytických metod. Teoretická část využívá velké množství odkazů na aktuální odbornou literaturu a poskytuje dobré východisko pro zbytek práce.
Na teoretickou část navazuje popis metodiky práce, kde jsou představeny použité materiály, syntéza používaných fotokatalyzátorů a specifika analytických metod. Použité postupy jsou popsané detailně a dostatečně pro reprodukci experimentů. Následuje popis výsledků a diskuze, kde je nejprve shrnut průběh syntéz materiálů, dále pilotní experiment s rozkladem methyloranže. Práce dále pokračuje detailnějším popisem fotokatalytické degradace dalších barviv, která dosud nejsou v literatuře popsána. Tuto část práce uzavírá kritická analýza stability fotokatalyzátorů a na základě literatury jsou určeny pravděpodobné produkty rozkladu azobarviv, jejichž izolace z časových důvodů nemohla být provedena.
V závěru práce jsou poté přehledně shrnuty experimenty a výsledky, vysvětleny příčiny různého chování barviv na základě jejich molekulární struktury, a pokud je to možné, je vyčíslen přibližný stupeň konverze a rychlost reakce. Jako poslední je navržena celá řada způsobů, kterými je možné zpřesnit měření, či zlepšit celkovou efektivitu systému.
Při vypracování student provedl vedle syntetické práce i desítky fotokatalytických reakcí, strukturní a kvantitativní analýzu. Přestože téma je v literatuře poměrně málo popsáno a mnohé experimenty se odchylovaly od očekávání, většinu nesrovnalostí se podařilo vysvětlit a práce je solidním základem pro budoucí optimalizaci. Student při práci projevil snahu a zájem o téma, i samostatnost při provádění fotokatalýz. Dále autor prokázal schopnost pracovat s literaturou a vytvořit přehledný a srozumitelný odborný text. Předloženou bakalářskou práci doporučuji k obhajobě a na základě její úrovně navrhuji hodnocení A.
Evaluation criteria Grade
Kvalita zpracování výsledků A
Interpretace výsledků, jejich diskuse A
Závěry práce a jejich formulace A
Využívání konzultací při řešení práce A
Celkový přístup k řešení úkolů A
Splnění požadavků zadání A
Studium literatury a její zpracování A
Využití poznatků z literatury A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Lucia Ivanová, Ph.D.

Bakalárska práca študenta Víta Peňáza sa zaoberá štúdiom fotokatalytickej degradácie azofarbív pomocou chloridových perovskitov. Práca je zameraná na prípravu perovskitových fotokatalyzátorov obsahujúcich methylamoniovú alebo formamidiniovú skupinu a overenie ich fotokatalytickej aktivity pri degradácii štyroch modelových azofarbív v organických rozpúšťadlách. Téma nadväzuje na oblasť environmentálnej fotokatalýzy, čistenia vôd a využitia polovodičových materiálov pri odbúravaní organických polutantov.
V teoretickej časti autor poskytuje aktuálny prehľad použitia azofarbív, ich rozšírenosti, zdravotných a ekologických dopadov, možností ich odstraňovania z odpadných vôd a predstavuje perovskity ako triedu fotokatalytických materiálov.
Pri spracovaní práce využil 44 zdrojov primárnej zahraničnej literatúry, čo hodnotím pozitívne. Za problematickejšie považujem miestami menej presné používanie odbornej terminológie a skratiek. Autor napríklad zavádza skratky VB a CB pre valenčný a vodivostný pás, avšak ďalej ich dôsledne nepoužíva. Podobne pojem „šířka zakázaného pásu“ používa už pred zavedením označenia Eg, ktoré následne taktiež nevyužíva konzistentne. Na strane 10 sa navyše objavuje fakticky nepresná formulácia: „po absorpci dochází k přesunu elektornu, kdy díky tomuto přesunu vzniká … negativně nabitý elektron“. Túto formuláciu nepovažujem za správnu, keďže elektrón absorpciou fotónu nevzniká, ale dochádza k jeho excitácii do vyššej energetickej hladiny.
Experimentálna časť dokumentuje veľké množstvo vykonanej práce. Autor pripravil perovskitové materiály a realizoval časovo náročné fotokatalytické experimenty so štyrmi vybranými azofarbivami. Výsledky sú následne diskutované nielen formou prehľadného textového objasnenia, ale aj pomocou vhodne zvolených grafov, ktoré uľahčujú orientáciu v získaných dátach. Kladne hodnotím, že aj napriek nepriaznivým výsledkom niektorých experimentov sa študent pokúsil dôkladne objasniť možné dôvody neúspechu. Otázky, ktoré si čitateľ prirodzene kladie pri čítaní diskusie, sú tak následne jasne zodpovedané. Tento prístup svedčí o schopnosti autora kriticky pracovať s experimentálnymi výsledkami, a to aj v prípade, keď nezodpovedajú pôvodným očakávaniam. Oceňujem najmä interpretáciu analytických metód FTIR a XRD, ktorá zrozumiteľne nadväzuje na hlavný záver práce o čiastočnom rozklade perovskitovej štruktúry.
V experimentálnej časti sú zmienené aj informácie o vykonaní slepého pokusu. Hoci autor na strane 19 uvádza, že sa jedná o „sledování reakce barviva bez katalyzátoru“, úroveň práce by povýšil podrobnejší opis priebehu tohto referenčného experimentu. Chýba tiež jednoznačná informácia o koncentrácii farbiva použitého pri fotokatalytických experimentoch; z textu sa možno iba domnievať, že išlo pravdepodobne o nasýtený roztok. Slepý pokus je navyše na obrázku 9 označený ako „blank“, čo nekorešponduje s označením používaným vo zvyšku práce.
Po formálnej stránke je práca spracovaná prehľadne, avšak obsahuje viacero jazykových, typografických a formálnych nedostatkov. V texte sa objavuje napríklad použitie výrazu „ammonium“ namiesto správneho „amonium“, malé písmená na začiatku názvov viditeľné už v obsahu a nesprávne typografické spracovanie názvu p-fenylendiamin, kde má byť označenie p písané malým písmenom a kurzívou (strana 8). Miestami sa vyskytujú aj chýbajúce pevné medzery a typografické nedostatky typu sirotky a vdovy. Tieto chyby zásadne neznižujú odborný prínos práce, no znižujú jej formálnu úroveň.
Študent splnil všetky stanovené ciele práce a preukázal dobrú orientáciu v téme, praktické laboratórne zručnosti a schopnosť kriticky vyhodnotiť získané výsledky. Práca je čitateľná, rieši aktuálnu problematiku s environmentálnym presahom a prináša užitočné poznatky o možnostiach aj limitoch využitia chloridových perovskitov pri fotokatalytickej degradácii azofarbív. Uvedené nedostatky nebránia uznaniu odbornej náročnosti práce ani množstva vykonanej experimentálnej práce.
Na základe celkového hodnotenia prácu odporúčam k obhajobe s výslednou známkou A.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků zadání A
Logické členění práce A
Kvalita zpracování výsledků A
Interpretace výsledků, jejich diskuse A
Využití literatury a její citace A
Úroveň jazykového zpracování B
Formální úroveň práce – celkový dojem B
Závěry práce a jejich formulace A
Topics for thesis defence:
  1. 1. Popíšte, ako je v aktuálnej legislatíve ČR a EÚ regulované použitie azofarbív v priemysle.
  2. 2. Obsahovali rozpúšťadlá použité pri syntéze perovskitov vodu? Ak áno, akú úlohu môže prítomnosť vody zohrávať pri syntéze a stabilite pripravených perovskitových materiálov?
  3. 3. Na strane 27 uvádzate tvrdenie, že „degradace barviva (methylčerveně) byla pravděpodobně způsobena dopadajícím zářením o vlnové délce 450 nm.“ Vysvetlite, na základe čoho ste k tomuto záveru dospeli a akým spôsobom by bolo možné experimentálne odlíšiť samotnú fotolýzu farbiva od fotokatalytického procesu.
  4. 4. Popíšte približný priebeh mechanizmu degradácie azofarbív pri použití perovskitových fotokatalyzátorov.
  5. 5. V práci popisujete, že dochádzalo aj k degradácii perovskitových fotokatalyzátorov. Máte návrh na iné typy perovskitov, okrem chloridových, ktoré by mohli vykazovať vyššiu stabilitu v podmienkach fotokatalytických experimentov?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová