Aromatik kirleticilerin fotokatalitik degradasyon reaksiyonlarının hızlandırılması: Katekolün Fe3+ iyonları ile katkılandırılmış TiO2 beraberindeki fotokatalitik degradasyon kinetiğinin incelenmesi

Abstract

TiO2'nin anataz şekli heterojen fotokatalizde kullanılan en uygun fotokatalizördür. Ancak birçok organik kirleticinin degradasyonu pratik olamayacak kadar çok yavaş bulunmuştur. Bu nedenle son yıllarda TiO2 nin fotokatalitik aktivitesini arttırılması için metal iyonları ile katkılandırılması konusu dikkat çekmiştir. Metal iyonları ile katkılandırılmış TiO2 ile ilgili pek çok çalışma yapılmakla birlikte günümüze dek metal iyonlarının rolü ve reaksiyon mekanizması henüz bir kesinlik kazanamamıştır. Bu çalışmada Fe3+ iyonunun rolünü belirlemek amacıyla katekolün fotokatalitik degradasyonunun kinetiği deneysel ve teorik olarak incelenmiştir. Katekol , fenolik yapıdaki bileşiklerin fotokatalitik degradasyon reaksiyonlarında ara ürün olarak oluşandihidroksi benzen türevlerinin, hava ve su kirleticileri arasında önemli bir sınıf oluşturması nedeniyle model bileşik olarak seçilmiştir. Denemeler saf ve katkılandırılmış TiO2 P25Degussa fotokatalizörü kullanılarak sabit sıcaklıkta ve süreksiz-tip bir fotoreaktörde gerçekleştirilmiştir. Fotokatalizörün, katekolün ve Fe3+ iyonunun konsantrasyonlarının fotokatalitik degradasyon hızı üzerine olan etkisi belirlenmiştir. Yeni fotokatalizörün karakterizasyonu ise FTIR, XRD ve SEM gibi yapısal yöntemlerle yapılmıştır.Çalışmanın teorik kısmında, katkılandırmanın anatazın elektronik yapısına etkisini belirlemek ve TiO2 nin elektronik özelliklerini saptayabilmek amacıyla, anatazdan kesilen Ti9O18'lik bir küme modellenmiştir. Hesaplamalar Fonksiyonel Yoğunluk Teorisi DFT ileB3LYP/LANL2DZ seviyesinde gerçekleştirilmiştir. Optimum geometrik yapılar sınır orbitalenerjileri, enerji boşlukları ve yüzeydeki atomların Mulliken yük dağılımları hesaplanmıştır. Son olarak, kuantum kimyasal yöntemler kullanılarak katekolün fotokatalitik degradasyonreaksiyonunun ürün dağılımı belirlenmiş ve olası reaksiyon yolları için Geçiş Konumu Teorisi hesaplamaları yapılmıştır.