Sailsilik asit ile yüzey modifikasyonu yapılmış tio2 fotokatalizörü kullanılarak 4-nitrofenolün heterojen fotokatalitik degradasyonu

Abstract

Çeşitli endüstriyel uygulamalar sonucu açığa çıkan ve sulara bırakılan organik atıklar su kaynaklarını zehirleyerek çevre temizliğini tehdit etmektedir. Suların bu gibi organik atıklardan temizlenmesi için günümüzde birçok farklı yöntem uygulanmaktadır. Ancak bunların uygulanabilirliklerinin güç olması, uygulanan yöntemin çevreye ek bir kirlilik yaratabilmesi ya da ekonomik olmamaları sebebiyle daha üstün ve çevre dostu bir yönteme ihtiyaç duyulmaktadır. Bu faktörler değerlendirildiğinde heterojen fotokatalitik degradasyon oldukça uygun bir yöntemdir. Bir yarıiletken fotokatalizörün UV-A ışığı ile etkileşmesine dayanan bu yöntem ile ortamda bulunan organik kirleticiler mineralizasyona uğrayarak H2O, CO2 gibi küçük ve zararsız moleküllere parçalanabilmektedir. Zehirsiz, ucuz, kolay elde edilebilir ve kimyasal açıdan stabil olması gibi sebeplerle yarıiletken fotokatalizör olarak en sık kullanılan madde TiO2'dir.Gösterdiği pek çok üstün özelliğe rağmen hem ticari açıdan hem de araştırma açısından TiO2'nin kullanım alanını sınırlandıran en büyük problemlerden biri TiO2 ile fotokataliz işleminin güneş ışığı altında gerçekleşememesidir. Bu problem, değişik yöntemlerle çözülebilmektedir. Yüzey modifikasyonu da bu yöntemlerden biridir. TiO2 yüzeyi salisilik asit ile modifiye edildiğinde fotokatalizörün bant boşluk enerjisi azalmakta ve TiO2 güneş ışığı ile de aktif hale geçebilmektedir.Bu çalışmada amaç, TiO2 yüzeyini yapısında hidroksil grubu içeren aromatik bir karboksilik asit olan salisilik asit ile modifiye ederek farklı konsantrasyonlarda yeni fotokatalizörler hazırlamak ve bu elde edilen fotokatalizörlerin fotokatalitik aktivitesini incelemektir. Hazırlanan fotokatalizörün fotokatalitik aktivitesi kirletici madde olarak seçilen 4-nitrofenol ile verdiği reaksiyonlardan yararlanarak hesaplanmaya çalışılmıştır. 4-Nitrofenolün fotokatalitik degradasyonu yüksek performanslı sıvı kromatografisi (HPLC) tekniği kullanılarak kantitatif olarak incelenmiştir. Hazırlanan yeni fotokatalizörün yapısı; FTIR, BET, Zeta Potansiyeli, TG, SEM ve XRD teknikleri ile aydınlatılmaya çalışılmıştır.

Organic pollutants which are released from various industrial processes, poison the water sources and threaten the environment. There are many different methods applied to rid the water streams from such organic waste. These methods are not sufficient in means of applicability, economical aspects or bringing an extra amount of pollution to the applied environment and therefore there is a need for a superior, enviromentally friendly technique. When all these factors are taken into account, heterogenous photocatalytic degradation is quite a suitable method. With this method, which is based on interaction between a semi-conductor and UV-A light, organic pollutants can be mineralized into small and non-toxic molecules such as H2O and CO2. TiO2 is the most extensively used semi-conductor photocatalyst, because it is a nontoxic, inexpensive, easily attainable and chemically stable compound.Despite many of the superior attributes it posesses, one of the most important problems that limit using TiO2 in both commercial and reasearch areas, is that the photocatalysis cannot be performed under visible light. This problem can be overcome with various techniques, one of which is surface modification. When the TiO2 surface is modified with salicylic acid, the band gap energy of the photocatalyst decreases and TiO2 becomes available for activation via visible light.The main target of this study is to prepare new photocatalysts by modifying the TiO2 surface with salicylic acid, which is an aromatic carboxylic acid that contains a hydroxyl group, and investigate the photocatalytic activity of these photocatalysts. The photocatalytic acitivity of the newly prepared photocatalysts were determined from their reactions with the organic pollutant chosen for the experiments, 4-nitrophenol. Photocatalytic degradation of 4-nitrophenol, was quantitively analysed with high performance liquid chromatography (HPLC). A series of structural analysis methods were used such as FTIR, BET, TG, Zeta Potantial, SEM and XRD to determine the structural properties of the new photocatalyst.