Sünger yapılı ZnO seramik fotokatalizör üretimi ve fotokatalitik aktivite incelemesi

Abstract

Mineralizasyon olarak adlandırılan, kirletici moleküllerin parçalanarak H2O, CO2 vb. gibi zararsız maddelere ayrıştırılması amacıyla ileri oksidasyon süreçleri (`Advanced Oxidation Processes` (AOP)) geliştirilmiştir. Fotokatalitik oksidasyon, organik kirleticilerin tam giderimi için kullanılan ileri oksidasyon süreçlerinden biridir. Fotokataliz üzerine yapılan çalışmalarda sıklıkla ZnO ve TiO2 gibi geniş bant aralığına sahip yarı iletken malzemeler kullanılmaktadır. Sulu ortamlarda ve yüksek pHʼlarda (pH>9) organik kirleticilerin gideriminde daha düşük maliyeti nedeniyle ZnO tercih edilebilir. UV ışınım altında yarıiletken malzemede elektron-boşluk çiftleri meydana gelir ve bunlar oldukça reaktif OH˙ radikallerinin oluşmasını sağlar. Işık ile etkileşimin fazla olabilmesi için bu süreçte en önemli parametre yüzey alanıdır ve bugüne kadar yapılan çalışmalarda toz formunun en yüksek verimliliği sağladığı gösterilmiştir. Fakat bu kullanım şekli katalizör tozların geri dönüşümünü gerektirdiği için, araştırmacılar bütün bir yapı üretimi veya bir altlık üzerine kaplama gibi alternatif yöntemler geliştirmiştir.Bu çalışmada, sulardaki çevreye zararlı kirletici organiklerin parçalanarak giderilmesinde foto katalizör olarak kullanılmak üzere, boşluk oranı fazla, yüksek yüzey alanına sahip ve açık yapılı ZnO sünger yapısının, literatürde polimer sünger replika tekniği olarak yer alan yöntem ile üretilmesi amaçlanmıştır. ZnO katalizör malzemenin karakterizasyonu XRD, SEM gibi yöntemlerle gerçekleştirilmiştir. Seramik katalizör numunelerin etkinliği hem UVA hem de UVC ışınımı altında RR180 azo boya moleküllerinin parçalanması üzerinden belirlenmiştir ve kırmızı renkli RR180 çözeltisinin renk giderim verimleri hesaplanmıştır. Aynı zamanda mineralizasyon tayini için de Toplam Organik Karbon (TOC) analizi yapılmıştır. 180 dakika sonunda UVC ışınım altında %82,6 maksimum renk giderim ve %18.6TOC verim elde edilmiştir.Anahtar Sözcükler: ZnO, Sünger yapılı, Fotokatalitiz, Replika yöntemi, Aktivite.

Advanced oxidation processes has been developed (AOP) in order to decompose the polluting molecules which is named mineralization to harmless substances such as H2O and CO2. Photocatalytic oxidation is one of the advanced oxidation processes for complete removal of organic contaminants. Semiconductors with wide band gap materials such as ZnO and TiO2 is frequently used in the studies on photocatalysis. ZnO can be preferred for degradation of pollutant molecules in aqueous medium and high pH (pH>9) because of lower costs. Electron-hole pairs occur in the semiconductor material under UV irradiation and provide formation of highly reactive OH˙ radicals. The most important parameter in the process is surface area to be more interaction with light. Hence powder form gives highly efficiency results in recent studies. However, researchers developed alternative methods such as coating on template or produce whole structure because using this form is required recycling the catalyst powder. In this study, it is aimed to discharge of azo dyes containing wastewater by using open structured and high surface area ZnO semiconductor photocatalyst which produce reticulated structure with polymer replica method. The microstructural characterization of the ZnO ceramic catalyst material was performed by methods such as XRD and SEM. The efficiency of ceramic catalyst sample was determined through the decomposition of the RR180 azo dye molecules under both UVA and UVC irradiation and color removal efficiency of red RR180 solution was calculated. Moreover Total Organic Carbon (TOC) analysis is determined for mineralization. After 180 minutes total processing time, the performances of %82.6 for color removal and %18.3 for TOC removal were obtained for foam structured ZnO catalysts.Key Words: ZnO, Foam structured, Photocatalysis, Replica method, Azo dyes.