Titanyum-dioksit üzerinde organik maddelerin adsorpsiyonu ve fotokatalitik bozunması
Adsorption and photocatalytic degradation of organic compounds on Titanium-dioxide
Yazar: ELİF LEVENT
Danışman: PROF. DR. GÜLTEN ATUN
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2008
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Adsorpsiyon = Adsorption ; Flavonlar = Flavones ; Fotobozunma = Photodegradation ; Güneş pilleri = Solar cells ; Titanyum dioksit = Titanium dioxide

Özet:
Biyoflavonoid ve yüzey aktif madde sınıfına giren bazı organik maddelerin nano boyutlu TiO2 tanecikleri üzerinde adsorpsiyonu ve/veya fotokatalitik bozunması spektrofotometrik yöntemle incelendi.Adsorpsiyonun veya fotokatalitik bozunmanın etkisini aydınlatmak için katyonik bir yüzey aktif madde olan setil piridinyum klorür (CPC) çözeltileri TiO2 ile ışıkta ve karanlıkta muamele edildi. Zamana, TiO2 dozajına ve CPC nin başlangıç derişimine bağlı olarak gerçekleştirilen deneyler fotokatalitik bozunmadan ziyade adsorpsiyon olaylarının reaksiyon mekanizması üzerinde etkili olduğunu gösterdi. Ardışık desorpsiyon çalışmaları TiO2 nano tanecikleri üzerinde adsorpsiyon meydana geldiğini doğruladı. Adsorplanan madde miktarı çözelti/katı oranıyla artarken dağılım katsayıları üzerinde zıt bir etki gözlemlendi. Yüzey aktif madde adsorpsiyonu için tipik olan iki adımlı bir adsorpsiyon izotermi elde edildi.6 saat boyunca güneş ışığına maruz bırakılan flavonların fotokatalitik bozunma yüzdesi % 80 e kadar ulaştı. Tetraetilamonyum-hidroksit (TEAOH) varlığında fotokatalitik bozunma % 40lara kadar azaldı. Gece boyunca veya karanlık koşullar altında hiçbir parçalanma gözlenmedi.Ancak sistem ışığa maruz bırakıldığında foto bozunma yeniden başladı ve flavon tamamıyla parçalandı.Aynı koşullarda TEAOH varlığında ve yokluğundaki hesperidin çözeltileri için de benzer davranış gözlemlendi. Desorpsiyon çalışmaları da hesperidin için fotokatalitik bozunmanın hakim mekanizma olduğunu gösterdi. Flavon ve hesperidin için elde edilen kinetik sonuçlara Langmuir-Hinshelwood eşitliği başarılı bir şekilde uygulanabildi.Diğer taraftan karanlıkta ve aydınlatılmış çözeltilerden elde edilen deneysel sonuçlar TiO2 üzerinde rutinin tutunma mekanizmasının adsorpsiyon olduğunu gösterdi. 0.1 l/g çözelti/katı oranına kadar dağılım katsayılarında gözlemlenen keskin artış bu değerden sonra yavaşladı. Rutin adsorpsiyonu için kinetik veriler McKay eşitliğine uyum göstermiştir.Aydınlıkta ve karanlık koşullarda organik maddelerle muamele edilmiş TiO2 in X ışınları difraksiyonu (XRD) ve Furrier transform kızılötesi (FTIR) spektrumları işlem görmemiş TiO2 inkilerle karşılaştırıldı. Elde edilen sonuçlar deneysel gözlemlerle uyumlu bulundu.

Abstract:
Adsorption and/or photo catalytic degradation of some organic compounds such as bioflavonoids and surfactants have been studied on TiO2 nanoparticles by means of spectrophotometric method.The solutions of cetyl piridinium chloride (CPC) which is a cationic surfactant were contacted with TiO2 under dark and illuminated conditions to elucidate the effect of adsorption or photocatalitic degradation. Experiments conducted depending on time, TiO2 dosage and initial concentration of CPC show that adsorption phenomena affect on reaction mechanisms rather than photo catalitic degradation. Sequential desorption studies also confirmed that adsorption takes place on TiO2 nanoparticles. Amount of adsorbed surfactant increased with solution /solid ratio whereas an inverse effect was observed on distribution coefficients. A two-step adsorption isotherm was obtained which is a typical shape for surfactant adsorption.The percentage of photo catalytic degradation of flavone attained upto 80% after illumination with sun light during 6 hours. Photo catalytic degradation was decreased to around 40% in the presence of tetraethyl ammonium-hydroxide (TEAOH). No degradation was observed under dark conditions or during the night. However, photo degradation restarted when the system was exposured to the light again and flavon was completely decomposed.Similar behavior was also observed for hesperidin solutions in the presence and in the absence of TEAOH under the same conditions. Desorption studies also showed that photo catalytic degradation is dominant mechanism for hesperidin consumption. Langmuir-Hinshelwood equation was successfully applied to the kinetic data obtained for flavon and hesperidin.On the other hand, experimental results obtained from dark and illuminated solutions exhibited that the retention mechanism of rutin on TiO2 is adsorption. A sharp increase observed in the distribution coefficients until a solution/solid ratio of 0.1 l/g slows down after this value. Kinetic data for rutin adsorption are well described by McKay equation.X-ray diffraction (XRD) and Furrier transform infrared (FTIR) spectra of TiO2 treated and untreated with the organic substances were compared for illuminated and dark conditions. The results are well consistent with experimental observations.