Atık sularda renk giderimi için nanofotokatalizörlerin hazırlanması ve fotokatalitik performansının spektrofotometre ile belirlenmesi

Abstract

Katalizör olarak ucuz ve kolaylıkla temin edilebilir malzemelerin kullanılması, kimyasal işlemlerin ekonomisi açısından büyük rol oynamaktadır. Termal olarak kararlı, kolay ulaşılabilir ve düşük maliyetli olmalarından dolayı metaloftalosiyaninler (MPc) oldukça ilgi çekmektedir. Pc fotokatalitik açıdan en önemli özelliği ışık varlığında temel hal moleküler oksijenden oksidatif işlemler için önemli bir parametre olan reaktif singlet oksijen üretme yeteneklerinin olmasıdır. MPc'lerin katı bir destek yüzeyine bağlanması, katalizörün geri kazanılması ve fotokatalizör olarak tekrar kullanılmasını sağlar. İnorganik bir yüzeye katalizörün kovalent bağlanması sadece katalizörün iyi bir şekilde geri dönüşümünü sağlamaz aynı zamanda katalitik açıdan desteğin minimum etkilenmesini de sağlamaktadır. Bu çalışmada -konumlarında hem hacimli esterik gruplar (-COOCH3) ve hem de fonksiyonel –SH grupları bulunduran yeni tetraperiferal Pc uygun metal tuzlarının (MgCl2, Zn(Ac)2 ve GaCl3) varlığında sentezlendi. Bu yeni ftalosiyaninlerin karakterizasyonundan sonra fotofiziksel ve fotokimyasal ölçümleri yapılarak aralarından singlet oksijen üretim miktarı yüksek olan ftalosiyaninler seçildi. Diğer taraftan katı destek için kullanılacak olan silika mikroparçacıklar ilk olarak –NH2 fonksiyonel grubu taşımaları için modifiye edildi, ikinci olarak ise aynı boyuttaki silika mikroparçacıkların yüzeyi altın (Au) veya gümüş (Ag) ile nanoboyutta kaplandı ve karakterize edildi. Daha sonra yüksek singlet oksijen üretim miktarına sahip Pc (ZnPc) esterik uçlarından amin (-NH2) fonksiyonel gruplu silika mikroparçacığa bağlandı ve bağlanan silikanın Pc singlet oksijen üretim miktarına katkısı incelendi. Ayrıca aynı Pc türevi –SH fonksiyonel grubu üzerinden nanometal kaplı silikaya kovalent bağ ile bağlandı ve nanometal kaplı silika mikroparçacığın aynı Pc singlet oksijen üretim miktarına katkısı incelendi. Singlet oksijen üretim miktarı yüksek olan kompozitler (SiO2-Pc) seçilerek bir kartuş hazırlandı ve tasarlanan düzenek kullanılarak, hazırlanan kompozitlerin sulardaki organik kirleticilerin giderilmesindeki performansı spektrofotometre ile belirlendi. Yapılan fotokatalitik çalışmalarda organik kirleticilere örnek olarak 4-klorofenol, orange G ve metil orange kimyasalları kullanıldı.

The use of low-cost and readily available species as catalyst plays a significant role for cost-effective chemical processes. Metallophthalocyanines (MPcs) are very attractive due to their thermal stability, easily accessible and cost-effective. Most importantly, the ability of some of these phthalocyanines is to produce efficiently reactive singlet oxygen from the ground state molecular oxygen in the presence of light that is of much interest since singlet oxygen is a good candidate for oxidative processes. MPcs are immobilized on a solid support to achieve recoverable and recyclable photocatalysts. The covalent immobilization of catalysts on inorganic supports not only gives good catalyst with recycling results but also shows minimal influence of the support by the catalytic site. In this study, tetraperiferal phthalocyanines contain both bulky esteric groups (-COOCH3) and functional -SH groupson -positions is synthesized in the presence of corresponding metal salts (MgCl2, Zn(Ac)2 and GaCl3). After characterization novel phthalocyanines which have the high singlet oxygen production is chosen by measuring the photophysical and photochemical properties. On the other hand, initially silica microparticles used for the solid support is modified to bear the -NH2 functional groups, then the surface of the same size silica microparticles are coated with gold (Au) or silver (Ag) nanoshell and are characterized. Next, the esteric groups of phthalocyanines having the high amount of singlet oxygen production (ZnPc) are bond to amine functional groups (-NH2) on the silica microparticle. In addition, the same phthalocyanine derivatives are bound covalently to the nanometal coated silica microparticles with -SH functional groups and the contribution of the nanometal coated silica on the singlet oxygen production amount of the phthalocyanines are examined. A cartridge is prepared by selecting composites (SiO2-Pc) producing high amounts of singlet oxygen and used for the apparatus designed by our group is used for the removal of organic pollutants in water for the first time. In this study, 4-chlorophenol methyl orange and orange G chemicals are used as examples for organic pollutants for the photocatalytic measurements.