Effect of ionic species on the photocatalytic removal of humic substances in natural waters

Abstract

ÖZET Bu çalışmada, doğal sularda düşük konsantrasyonlarda bulunan klor ve sülfat iyonlarının humik asidin fotokatalitik parçalanması üzerine olan etkileri incelenmiştir. Laboratuar ölçekli çalışmalar, fotokatalizör olarak titanyumdioksit ve ışık kaynağı olarak siyah ışıklı florasan lamba (Xmax=365 nm) kullanılarak yapılmıştır. Humik asidin degradasyonu RenL^, Renktoo, UV28O ve UV254 parametreleri ile izlenmiştir. Klor ve sülfat iyonları humik asidin degradasyonunu iyon konsantrasyonuna bağlı olarak yavaşlatmalardır. 10`5M klor ve 10`5M sülfat iyonlarının humik asidin birinci dereceden parçalanmasına etkisi önemsiz bulunmuştur. Humik asidin degradasyon hız sabitiyle karşılaştırıldığında, klor iyonunun RenL^'nın reaksiyon hız sabitine en önemli etkisi 10` M'da görülmüştür. 10` M klor iyonu RenL^'nın degradasyon hız sabitini %30, UV254'ün degradasyon hız sabitini %23 azaltmıştır. 10`2M sülfat iyonu RenLoö'nın degradasyon hız sabitinde %33 azalmaya yol açmış ve reaksiyonu yavaşlatmada en etkili konsantrasyon olarak bulunmuştur. UV254'ün degradasyon hız sabiti 10` M sülfat iyonu varlığında %14 azalmıştır. Langmuir-Hinshelwood kinetiğinde, klor iyonları degradasyon hızında düşüşe yol açmışlardır. Sülfat iyonunun varlığında renk oluşturan grupların parçalanma hızında hafif bir artış gözlenmiştir. UV absorblayan grupların parçalanma hızı ortamda sülfat iyonu varken azalmıştır. Elde edilen kinetik veriler, adsorpsiyon verileriyle reaksiyon kinetiği arasında bir ilişki bulmak için Freundlich denkleminde kullanılmıştır. Titanyum dioksitin humik asidin fotokatalitik parçalanmasına olan etkisi ortamda iyon varken ve yokken 0.25-1.00 mg mL`1 titanyum dioksit konsantrasyon aralığında incelenmiştir. Humik asit, humik asit/klor ve humik asit/sülfat sistemleri için artan titanyum dioksit konsantrasyonuyla beraber reaksiyon hız sabitlerinin de arttığı gözlenmiştir.

IV ABSTRACT In this study, photocatalytic degradation of humic acid was carried out in the presence of chloride and sulfate ions of low concentration range which are found in natural water systems in order to assess their impact on the kinetics of photocatalytic degradation. Bench scale experiments were executed using TİO2 (Degussa P-25) as the semiconductor powders and Black Light Flourescent Lamp (^max=365 nm) as the irradiation source. The degradation of humic acid was followed in terms of Colo^, Color^o, UV280 and UV254. The chloride and sulfate ions retarded the degradation of humic acid depending on the concentration of the anion. The impact of 10`5 M chloride and sulfate ions were found to be insignificant on the first-order degradation of humic acids. The most pronounced effect of chloride ion was observed at 10` M where 30% of decrease was attained for the rate constant of Colo^ when compared with the degradation rate constant of humic acid alone. 10` M chloride ion diminished the degradation rate constant of UV254 by 23%. 10`2 M SO42` exhibited the most significant impact on degradation rate constant of Colo^ö by 33% decrease. The degradation rate constant of UV254 was hindered by 14% in the presence of 10`2M SO42'. In case of L-H kinetics, chloride ions caused a decrease on the degradation rate of humic acid whereas a slight increase was attained for the degradation of color forming centers in the presence of sulfate ions. The degradation rate of UV absorbing centers decreased when there was sulfate ion in the aqueous media. The obtained kinetic data were fitted to the Freundlich equation in order to find a relationship between the adsoprtion data and the reaction kinetics. The impact of TİO2 loadings on the photocatalytic degradation of humic acid in the absence and presence of inorganic anions was investigated in the range of 0.25-1.0 mg mL`1 TİO2. The reaction rate constants were found to be increased with the increasing TİO2 concentration for humic acid, humic acid/chloride system and humic acid/sulfate system.