Reaktif azo boyarmaddenin TiO2 nanopartikülleri ile fotokatalitik degradasyon kinetiğinin incelenmesi - Özgür, Sezen (My University, 2013)
Azo boyarmaddeler, tekstil endüstrisinden salınan atık sulardaki kirliliğin önemli bir kısmını oluşturmaktadır. Reaktif boyarmaddeler, kovalent bağ oluşturarak liflere bağlanabilmeleri sayesinde oldukça geniş kullanım alanına sahiptirler. Azo boyarmaddeler, degrade olmalarını zorlaştıran reaktif gruplarla birleşmiş iki aromatik halkaya bağlı bir veya daha fazla (-N=N-) azo bağı ile karakterize edilirler. Reaktif boyarmaddeler, aerobik degradasyona karşı dirençlidirler ve bu boyarmaddelerin degradasyon ürünleri oldukça kanserojeniktir. Geleneksel arıtma yöntemleri ise boyarmaddelerin atık sulardan uzaklaştırılmasında yetersizdir veya boyarmaddeleri bir fazdan başka bir faza taşıyarak ikinci bir kirliliğe sebep olurlar. Atık sulardaki boyarmaddelerin dekolorizasyonu için alternatif bir yöntem olan TiO2 fotokatalizi, TiO2 partiküllerinin UV ışığı ile aydınlatılması sonucu çok yüksek derecede reaktif olan hidroksil radikalleri ve yük boşluklarının oluşmasına dayanır. Bu çalışma, azo boyarmaddelerden olan reaktif, sentetik Reaktif Mavi 221'in fotokatalitik dekolorizasyon-degradasyonu ile ilgilidir. Fotokatalitik degradasyon reaksiyonları sabit sıcaklıkta, süreksiz tip bir fotoreaktörde, UV-A ışığı altında ticari TiO2 Degussa P25 fotokatalizörü kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Boyarmaddenin TiO2 partikülleri üzerindeki adsorpsiyonu incelenmiştir. Katalizör miktarı, pH ve boyarmaddenin başlangıç konsantrasyonu gibi çeşitli parametrelerin dekolorizasyona ve degradasyona etkileri belirlenmiştir. Reaksiyon karışımından alınan örnekler, UV-vis, FTIR ve GC-MS teknikleri ile analiz edilmiştir. Hedef molekülün degradasyon reaksiyonuna, Kavramsal Yoğunluk Fonksiyoneli teorisi uygulanmıştır ve bu teorinin DFT/B3LYP/6-31G* seviyesi kullanılarak reaktivite göstergeleri hesaplanmıştır. Sonuç olarak, OH radikalinin saldırıda bulunacağı molekülün reaktif merkezleri belirlenmiştir. DFT hesaplarının sonuçları, deneysel FTIR ve GC-MS analiz sonuçları ile birleştirilerek bir reaksiyon mekanizması önerilmiştir. Bu çalışmanın sonuçları TiO2/UV fotokatalizi, tekstil endüstrisindeki seyreltik atık sular için bir arıtma metodu olarak kullanılabileceğini göstermektedir. Titanyum dioksitin UV-A ışığı ile aydınlatılması, gerçekten boyarmaddenin ışık etkisi etkisiyle dekolorize olmasına neden olmuştur. Çözeltinin pH değerinin değişmesi boyarmaddenin TiO2 üzerindeki adsorpsiyonunda önemli ölçüde farklılık oluşturmaktadır. Maksimum adsorpsiyon pH=3 değerinde elde edilmiştir. Fotokatalitik degradasyon reaksiyonunun sonuçlarını açıklamak için görünür birinci mertebeden kinetik model kullanılmıştır. Hız sabitinin, başlangıç konsantrasyonunun tersi ile doğru orantılı olduğu elde edilmiştir. FTIR analizleri, adsorpsiyonun boyarmadde molekülünün sülfo ve karbonil grupları ile gerçekleşirken, dekolorizasyonun kromofor grubundaki -N=N- çifte bağlarının kırılmasıyla gerçekleştiğini göstermektedir.
Tez (Yüksek Lisans) - Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2013
Keywords: Reaktif mavi 221; Adsorpsiyon; Heterojen fotokatalitik degradasyon; TiO2; Kavramsal yoğunluk fonksiyoneli teorisi ( DFT ); DFT reaktivite göstergeleri