Saf PANI, PANI/ZnO ve PANI/ZrO2 polimerik nanokompozitlerinin sentezi, karakterizasyonu ve boyar madde gideriminde fotokatalitik etkinin araştırılması

Abstract

Bu tez çalışmasında, fotokatalizör olarak, saf PANI, PANI/ZnO ve PANI/ZrO2 nanokompozitleri kimyasal polimerizasyon metodu ile sentezlendi ve sentezlediğimiz polimerik nanokompozitler XRD ve FTIR yöntemleri ile karakterize edilmiştir. Polimerik nanokompozitlerin SEM ve TEM ile yapısal karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. Sentezlenmiş ve karakterize edilmiş olan fotokatalizörlerin Kongo kırmızısı boyar maddesinin parçalanması üzerindeki etkisi, görünür bölgede ve ışıksız ortamda incelenmiştir. Nanokompozitlerin fotokatalitik etkisi, farklı katalizör miktarı ve farklı pH ortamında gerçekleştirilerek, fotokatalitik bozunma reaksiyonlarının kinetiği araştırılmıştır. Kullanılan PANI/ZnO nano kompozitin özellikle görünür bölgede Kongo kırmızısı boyar maddesinin gideriminde oldukça etkili olduğu belirlenmiştir. PANI/ZrO2 fotokatalizörünün de fotokatalitik degradasyon aktivitesi, PANI/ZnO nanokompozitin fotokatalitik degradasyon aktivitesinden oldukça fazladır. Çalışmamızda kullanılan her iki fotokatalizörde de fotokatalizör miktarı 0,5 g alınarak yapılan fotokimyasal reaksiyonlar daha kısa sürede %100 bozunmaya ulaşmıştır. Kullanılan fotokatalizörlerin sulu Kongo kırmızısı içeren organik kirleticili atık ortamında arıtılma süreleri de boyar madde derişiminin artmasıyla artmıştır. Çalışmamızda fotokatalitik aktivite etkinlik sıralaması, farklı pH ortamlarında şu şekildedir: pH 4>pH 10>pH 7,72. Langmiur-Hissheldwood kinetik modeli ile belirlenen fotokatalitik bozunma reaksiyonları için reaksiyon hız sabitleri, çözeltinin doğal pH (7,72) değerinde, saf PANI (0,1 g) polimerik nanokompoziti için UV'li ortamda 0,0176 dk-1 'dir. 0,1 g PANI-ZnO (1 g) polimerik nanokompoziti için UV'li ortamda 0,0221 dk-1 olup, 0,1 g PANI-ZrO2 (1 g) polimereik nanokompoziti için de 0,0404 dk-1 'dir. Ayrıca saf PANI (0,1 g) polimerik nanokompoziti için UV'li ortamda R2 değeri 0,882'dir. 0,1 g PANI-ZnO (1 g) polimerik nanokompoziti için UV'li ortamda R2 değeri 0,8671 olup, PANI-ZrO2 (1 g) polimereik nanokompoziti için de 0,930 'dur.

In this thesis, pure PANI, PANI/ZnO and PANI/ZrO2 nanocomposites were synthesized via chemical polymerization as photocatalysts. Then, the polymeric nanocomposites were characterized by XRD and FTIR methods. Structural characterization of polymeric nanocomposites was carried out by SEM and TEM. Synthesized and characterized photocatalysts have been studied for the degradation of the Congo red dye material in the visible region in the absence of light. The photocatalytic effects of the nanocomposites were investigated to determine the kinetics of photocatalytic degradation reactions that were conducted with different amounts of catalysts and with different pH conditions. It has been determined that the PANI/ZnO nanocomposite is very effective for the removal of Congo red dye material, especially in the visible region. The photocatalytic degradation activity of the PANI/ZrO2 photocatalyst is also significantly higher than the photocatalytic degradation activity of the PANI/ZnO nanocomposite. In both of our photocatalysts, 0,5 g of photocatalyst was added and photochemical reactions reached 100% decay in a relatively shorter time. The purification times of the photocatalysts used in the organic contaminant waste medium containing aqueous Congo red have also increased with increasing dye content. In our study, the order of activity of the photocatalytic activity in different pH environments is as follows: pH 4> pH 10> pH 7,72. The reaction rate constants for the photocatalytic degradation reactions determined by the Langmuir-Hissheldwood kinetic model are 0.0186 min-1 at the native pH (7,72) of the solution, and 0.0186 min-1 for the pure PANI (0,1 g) polymeric nanocomposite. 0,1 g PANI/ZnO (1 g) is 0.0221 min-1 for the UV environment and 0,1 g PANI/rO2 (1 g) for the polymeric nanocomposite is 0.0425 min-1 for the polymeric nanocomposite. Also, for the Pure PANI (0,1 g) polymeric nanocomposite, the R2 value in the UV environment is 0,882. The R2 value for 0,1 g PANI/nO (1 g) polymeric nanocomposite is 0,8671 in the UV environment and 0,930 for the PANI/rO2 (1 g) polymeric material.