Assessment of molecular size distribution effects on the nonselective oxidation of trace metal humic acid binary system

Abstract

Bu araştırmanın amacı, sulu ortamdaki hümik asitlerin seçici olmayan fotokatalitik bozunma üzerinde çinko iyonlarının etkilerini araştırmaktır. Hümik asitlerin fotokatalitik oksidasyonu TiO2 Degussa P-25 fotokatalizör kullanılarak yapılmıştır. Bozunma kinetiği birinci dereceden reaksiyon kinetik modelleri üzerinden değerlendirilmiştir. Adsorpsiyon deneyleri de uygun adsorpsiyon izotermleri kullanılarak değerlendirilmiştir. Titanyumdioksit yüzey özellikleri ve hümik asitin moleküler büyüklüğe bağımlı fraksiyonları arasındaki karmaşık etkileşimler araştırılmıştır. Hümik asidin fotokatalitik bozunma verimliliğinde moleküler büyüklüğe bağımlı fraksiyonlara bağlı olarak metal iyonu kompleksleşmesinin rolü `İkili sistem etkisi` ile ifade edilerek ortaya çıkarılmaktadır. Deneyler çinko varlığında ve yokluğunda Aldrich hümik asit solüsyonunun ham, 0.45 µm filtre edilmiş fraksiyonu, 100 kDa ve 30 kDa fraksiyonu gibi farklı moleküler boyut fraksiyonları ile yapılmıştır. Hümik asitlerin fotokatalitik oksidasyona bağımlı olarak değişen moleküler ve yapısal özellikleri UV-vis ve floresans spektroskopisi ile karşılaştırmalı olarak değerlendirilmektedirBelirtilen UV-vis parametrelerinde düşüş eğilimi ve buna bağlı olarak floresans spektrumundaki değişiklikler hümik asitlerin oksidasyon parçalanmasını göstermektedir. Moleküler büyüklük dağılımı verilerinin spektroskopik olarak değerlendirilmesiyle onaylandığı gibi, hümik asitlerin fotokatalitik olarak parçalanması düşük moleküler ağırlıklı ve yüksek UV-absorbe eden bileşiklerin oluşumuna neden olmaktadır. Hümik asitlerin karmaşık molekül yapısı ve sistemde çinko iyonları varlığı oksidasyon ve adsorpsiyon proseslerinde hümik asitlerin fotokatalitik oksidasyon özelliklerini değiştirebilir. Önemsiz değişikliklerin nedeni çinkonun humik asit konsantrasyonuna göre düşük konsantrasyonlarda bulunması nedenine bağlanabilir.

The objective of this research to investigate the effects of zinc ions on the nonselective photocatalytic degradation of humic acid in aqueous medium. The photocatalytic oxidation of humic was carried out using TiO2 Degussa P-25 as the photocatalyst. The degradation kinetics was assessed based on pseudo first order. The adsorption experiments were also evaluated by using appropriate adsorption isotherms. The complex interactions between the surface properties of titanium dioxide and the molecular size dependent fractions of the humic acid were studied. The role of the metal ion complexation as expressed by the ?binary system effect? on the photocatalytic degradation efficiency of humic acids with respect to molecular size fractions was deduced. The experiments were conducted with different molecular size fractions such as raw, 0.45 µm filtered fraction, 100 kDa fraction and 30 kDa fraction of Aldrich humic acid solution in the presence and the absence of zinc ion The molecular and structural characteristics of the humic acid molecule relative to changes during photocatalytic oxidation were evaluated on a comparative basis by UV-vis and fluorescence spectroscopy.The declining trend of the specified UV-vis parameters, the related changes in the fluorescence spectra indicated the oxidative degradation of humic acid. As confirmed by the spectroscopic evaluation of the molecular size distribution, photocatalytic degradation of humic acid led to the formation of lower molecular size and higher UV-absorbing compounds. The complexity of the structure of humic acid molecule and the presence of zinc ions in the system can change the photocatalytic oxidation properties of humic acid through oxidation and adsorption processes. The reason of insignificant changes could be attributed to low concentrations of zinc with respect to humic acid concentration.