TiO2'nin fotokatalitik aktivitesinin arttırılması askorbik asit ile modifiye edilen TiO2 nin karakterizasyonu ve hidrokinonun fotokatalitik degradasyon reaksiyonunun modellenmesi

Abstract

TiO2 organik kirleticilerin fotokatalitik degradasyon reaksiyonlarında oldukça yaygın olarakkullanılan bir fotokatalizördür. Ancak organik kirleticilerin TiO2 fotokatalizörü yüzeyinde çokdüşük miktarlarda tutunmasına bağlı olarak, aromatik bileşiklerin birçoğu için fotokatalitikaktivitesi oldukça düşük bulunmaktadır. Bu nedenle son yıllarda, yapılan çalışmalar TiO2yüzeyinin modifikasyonu üzerinde yoğunlaşmıştır. Yüzey modifiye edicileri, TiO2 ninözelliklerini iki şekilde etkileyerek fotokatalitik aktivitesini arttırırlar: yüklü taneciklerinyeniden birleşmesini önleyerek ve kullanılan dalga boyu aralığını arttırarak.Bu çalışmada, yüzey modifikasyonunun hidrokinonun fotokatalitik degradasyonu üzerineetkisini belirleyebilmek amacı ile, hidrokinonun fotokatalitik degradasyon reaksiyonlarınınkinetiği askorbik asit (AA) kullanılarak yüzeyi modifiye edilmiş TiO2 ile deneysel olarakincelenmiştir. Hidrokinon molekülü, fenolik yapıdaki bileşiklerin fotokatalitik degradasyonreaksiyonlarında ara ürün olarak oluşan dihidroksibenzen türevlerinin, hava ve su kirleticileriarasında önemli bir sınıf oluşturması nedeniyle model bileşik olarak seçilmiştir. Denemelersaf ve yüzeyi modifiye edilmiş TiO2 P25 Degussa fotokatalizörü kullanılarak sabit sıcaklıktave süreksiz-tip bir fotoreaktörde gerçekleştirilmiştir. Fotokatalizörün, hidrokinonun başlangıçkonsantrasyonunun ve yüzey modifikasyonunun fotokatalitik degradasyon hızı üzerine olanetkisi belirlenmiştir. FTIR, XRD, SEM ve DTA-TG gibi yapısal ve termal yöntemlerkullanılarak yüzeyi modifiye edilmiş olan katalizör karakterize edilmiştir.Çalışmanın teorik bölümünde, askorbik asit ile yüzey modifikasyonunun anatazın elektronikyapısı üzerine olan etkisini incelemek ve anatazın elektronik özelliklerini saptayabilmekamacıyla, anatazdan kesilen Ti9O18 lik bir küme modellenmiştir. Çalışmalar DFT teorisikullanılarak B3LYP/LANL2DZ seviyesinde gerçekleştirilmiştir. Optimize geometriler, sınırorbitallerin enerjileri, enerji boşlukları, yüzeyde bulunan atomların Mulliken yük dağılımlarıbelirlenmiştir. Son olarak, kuantum kimyasal yöntemler kullanılarak hidrokinonunfotokatalitik degradasyon reaksiyonunun ürün dağılımı belirlenmiş ve olası reaksiyon yollarıiçin Geçiş Konumu Teorisi hesaplamaları yapılmıştır.Anahtar Kelimeler: Hidrokinon, yüzey modifikasyonu, askorbik asit, fotokatalitikdegradasyon, titanyum dioksit.