Fıskiye tip reaktörde farklı heterojen tip katalizlerin oksidasyon verimine etkisinin incelenmesi
Evaluating the oxidation efficiencies of different heterogeneous catalysts in a fountain type reactor
Yazar: CANER ARAZ
Danışman: YRD. DOÇ. DR. H. CENGİZ YATMAZ
Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü / Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2008
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Bu araştırmada; Fıskiye tip reaktör kullanılarak Remazol Brilliant Red F3B (C.I. Reactive Red 180) ve Remazol Brilliant Orange 3R (C.I Reactive Orange 16) boya çözeltilerinin ileri oksidasyonu için yarı iletken katalizör olan ZnO' in 3 farklı ticari tipi (ZnO Fluka, ZnO Sigma ve ZnO Aldrich) ve TiO2 P25 ile farklı dalga boylarında ışınım yapan 3 farklı UV lamba (UVA-Blue, UVA-White ve UVC) birlikte kullanılarak fotokatalitik oksidasyon prosesi ile uygun katalizör tipi ve dalga boyu belirlenmiştir.Yarı iletken katalizörlerle gerçekleştirilen fotokatalitik oksidasyon çalışmalarına takiben, her iki boyar madde çözeltisi için de, Fe+3 ile modifiye edilmiş zeolit (Fe+3-Z) katalizörü eşliğinde farklı dalga boylarında ışınım yapan 3 değişik tip lamba ile fotokatalitik Fenton oksidasyonu gerçekleştirilmiştir. Fotokatalitik Fenton oksidasyon parametrelerinin (Fe+3-Z, H2O2 ve UVC) her birinin varlığının reaksiyona etkisi farklı çalışmalarla incelenmiştir.Boyar madde konsantrasyonundaki artış, katalizör yükü değişimi ve farklı ışık şiddetlerinin renk giderim verimlerine etkisi araştırılmıştır. Bu üç çalışma için yalancı birinci derece hız modeli ve ayrıca boya konsantrasyonu için Langmuir-Hinselwood kinetik modelinin uygunluğu araştırılmıştır. Ayrıca Toplam Organik Karbon (TOC) analizi ile prosesin mineralizasyon çalışması gerçekleştirilmiştir.4 farklı yarı iletken katalizör ve 3 farklı dalga boyunda yapılan çalışmalar neticesinde ZnO bütün kataliz türleriyle TiO2'e kıyasla UVA' da daha iyi verim vermiştir. UVC' de ise benzer renk giderim performansı göstermiştir. Ancak TiO2 P25 UVA dalga boyundaki lambalarla daha düşük verim vermiştir. Bu nedenle optimum katalizör tipi olarak ZnO Fluka ve doğal ışığa yakın dalga boyuna sahip olması nedeniyle UVA-W uygun lamba tipi olarak seçilmiştir. ZnO Fluka ile yapılan katalizör yükü denemelerinde verimin arttığı daha sonra ise düştüğü, boya konsantrayonu arttıkça vermin düştüğü gözlenmiştir. Ayrıca artan ışık şiddeti ile verimin arttığı gözlemlenmiştir. Yalancı birinci derece hız kinetik modelinin bu çalışmalarda iyi uyum gösterdiği, Langmuir-Hinselwood kinetik modelinin ise boya konsantrasyonunda son derece uygun bir model olduğu belirlenmiştir.Fe+3-Z ile gerçekleştirilen Fotokatalitik Fenton oksidasyon çalışmalarında ise UVC lamba tipi diğer lambalara kıyasla çok daha iyi değerlerde renk giderim verimi sağlamıştır. H2O2'in ve UVC ışığının önemli rol oynadığı belirlenmiştir. Aynı şekilde katalizör yükünün artmasıyla renk giderim veriminin arttığı görülmüştür.

Abstract:
In this study catalyst efficiency and wavelength type are determined for photocatalytic oxidation of Remazol Brilliant Red F3B (C.I. Reactive Red 180) ve Remazol Brillant Orange 3R (C.I Reactive Orange 16) dye solutions by using semiconductor ZnO (Fluka, Sigma and Aldrich) and TiO2 (P25) catalysts with different UV light sources (UVA-Blue, UVA-White and UVC).Following the photocatalytic oxidation with semiconductor catalysts, heterogeneous Fenton oxidation is performed by using Fe+3 modified zeolite with the same different UV light sources for both dye solutions. Photocatalytic performance of Fenton oxidation is investigated by using different reaction parameters (Fe+3-Z, H2O2 and UVC).The effect of catalyst type and wavelength and other process parameters i.e. different dye concentration, catalyst loading and light intensity on color removal efficiency is investigated. Relevance of pseudo-first order rate model and Langmuir-Hinselwood kinetic model for these process parameters are investigated. Besides color removal efficiency, process mineralization is also performed by TOC analyzer.In consequence of semiconductor catalyst results ZnO shows better color removal efficiency with all lamp types whereas TiO2 P25 shows similar efficiency with only UVC lamp type. Based on the experiments with ZnO (Fluka) and UVA-W process parameters, the results indicate that color removal efficiency is increased with increasing catalyst loading to an optimum amount and then decreased. Color removal efficiency is also increased with light intensity and decreased with increasing dye concentration.Furthermore with Fe+3 modified Zeolite, UVC provides higher removal efficiency for heterogeneous fenton oxidation. Results indicates that H2O2 and UVC light also play an important role for removal efficiency. Better removal efficiency is performed with increasing the catalyst loading and light intensity.TOC removal requires longer time than color removal efficiency.