Tekstil boyar maddelerinin ileri oksidasyon yöntemleri (UV, UV/H2O2, UV/ozon,UV/H2H2-ozon) ile muamele edilmesi
Treatment of textile dyes by advanced oxidation processes (UV,UV/H2O2,UV/ozone,UV/H2O2-ozone)
Yazar: SERPİL AKTÜRK ÇAKIR
Danışman: PROF. DR. DİLEK ŞOLPAN ÖZBAY
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Fizikokimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Azo boyar maddeler = Azo dyestuffs ; Reaktif boyar maddeler = Reactive dyestuffs ; Tekstil boyaları = Textile dyes

Özet:
Tekstil endüstrisine ait atık suların en belirgin özellikleri, yüksek organik kirliliğe sahip olması ve yoğun renk içermesidir. Tekstil boyar maddelerinin % 70'i azo kromoforlu reaktif boyalar ile karakterize edilip; kompleks kimyasal yapıları ve yüksek molekül ağırlıkları ile bu boyar maddelerin giderimi zordur. Ayrıca, boya içeren tekstil atık suları toksik, kanserojen ve mutajenik olabilirler. 
İleri oksidasyon proseslerinde ortamda olabilecek hem yükseltgen (hidroksil) hemde indirgen (hidrate elektron) bulunması atık sudaki kirleticilerin yapısının bozunmasında etkili olur. Tekstil endüstrisinde sıkça kullanılan Reaktif Black 5 (RB5)'in sulu çözeltilerinde yapısını bozmak amacıyla farklı koşullarda çalışılmıştır. RB5'in bozunması UV ışınları ile hidrojen peroksit varlığında (UV/H2O2) ve ozon varlığındaki (UV/O3) prosesler ile gerçekleştirilmiştir. 
6 mgL-1 ve 50 mgL-1 olmak üzere iki farklı RB5 derişiminde çalışılmıştır. 6 mgL-1 ve 50 mgL-1 derişimlerindeki RB5 çözeltileri UV lambası (254 nm dalga boyunda maksimum emisyon yapan 16 W gücünde) ile (0,3-2,4) mM derişimlerinde hidrojen peroksit varlığında ve yokluğunda (30, 60, 120, 180 dakika) değişik ışınlama sürelerinde ışınlanmıştır. UV-ışınlamasına maruz kalan RB5 sulu çözeltisinde RB5 ve oluşan ara ürünlerin tamamen bozunması için UV-ışınlamasına ilave olarak yükseltgeyici hidroksil radikal oluşma olasılığını artırmak için H2O2 ve O3   kullanılmıştır.
Ozonlama süresi ve UV-ışınlama sürelerinin RB5'in bozunmasındaki etkisini incelemek amacıyla farklı Ozonlama süresi (10-180 saniye) ve farklı UV ışınlama sürelerinde (0-180 dakika) çalışılmıştır. RB5'in bozunması için olabilecek minimum koşullar 50 mgL-1  RB5 için, 60 saniye ozonlama ve 120 dakika ışınlama süresidir. RB5'in bozunması ışınlama veya ozonlama süresinin fonksiyonu olarak takip edilmiş ve Ultraviyole Görünür Bölge Spektrofotometresi kullanılarak % bozunma değerlerinin sayesinde bozunmadan geriye kalan RB5 miktarları belirlenmeye çalışılmıştır. RB5 çözeltilerinde formaldehit oluşumu, H2O2  varlığında ışınlama süresinin fonksiyonu olarak incelenmiştir. Çözünmüş oksijen (DO) ve pH değerleri H2O2 ve O3 varlığında ve yokluğunda kaydedilmiştir. RB5'in bozunması sonucu oluşan ara ürünlerin analizi için  Thermo trace 1300 markalı Gaz Kromatografi-Kütle Spektrometresi (GC-MS) ve Agilent Technologies 6224 LC-TOF-MS markalı Spektrometresi kullanılmıştır. Oluşan alifatik asitlerin ve anyonik türlerin tespiti amaçlı DX-3000 model Dionex marka İyon Kromatografisi (IC)  kullanılmıştır.
180 dakika UV ışınlamasına maruz bırakılan  50 mgL-1 derişimindeki sulu RB5 çözeltisinde RB5 için gözlenen maksimum bozunma %27,92 olarak belirlenmiştir. Hidrojen peroksit varlığında RB5'in bozunması için gerekli ışınlama süresi azalmıştır. 0,3 mM H2O2 varlığında ve 180 dakika UV ışınlamasıyla 50 mgL-1 RB5'in % 95,07'sinin bozunduğu gözlenmiştir. RB5'in sadece H2O2 varlığında %5,34'ünün bozunduğunu göz önüne alırsak, H2O2 derişiminin RB5'in bozunmasında tek başına etkili olmadığı anlaşılmıştır. UV/H2O2 prosesinde ortamda oluşan .OH radikalleri güçlü yükseltgeme etkisi ile RB5 için daha fazla bozunmaya neden olmuştur. Yani yüzde bozunma değerleri UV ışınlama  sürelerine ve hidrojen peroksit derişimlerine bağlı olduğu tespit edilmiştir.
6 mgL-1'lik RB5 çözeltisi için belirlenen minimum koşullar UV/H2O2 prosesinde 0,3 mM H2O2  ve 60 dakika UV ışınlaması olarak tespit edilmiş olup bozunma yüzdesi % 100 olarak tespit edilmiştir. Sadece hidrojen peroksit varlığında ise % 0,50 bozunma elde edilmiştir. 0-180 saniye zaman aralıklarında ozonlama ile farklı UV ışınlama sürelerinin, iki farklı derişimin (6 mgL-1 ve 50 mgL-1) etkileri denenmiştir. UV/O3 prosesi, UV/H2O2 prosesine göre daha fazla ∙OH radikali ürettiğinden UV/O3 prosesinin daha etkili olduğu gözlenmiştir. UV ışınlarına maruz bırakılmadan 50 mgL-1 RB5 çözeltisi 60 saniye O3'e tabi kaldığında % 85,74 bozunma göstermiştir. 120 dakika UV ışınlaması ile birlikte ise % 100 bozunmaya uğramıştır. 6 mgL-1 RB5 sulu çözeltisi UV ışınlamasına maruz kalmadan sadece 10 saniye ozonlama süresi ile % 65,67 bozunması mevcut iken % 100 bozunması 60 saniye ozonlama süresi ile 120 dakika UV ışınlaması sonrası gerçekleşmiştir. Tüm bu prosesler karşılaştırıldığında sadece ozonlama ve UV/O3 proseslerinin daha etkili olduğu sonucuna varılmıştır.

Abstract:
Waste waters that belong to textile industry have typical characteristics like high organic contamination and including intensive color. Approximately 70% of textile dyes are reactive dyes that contain azo chromophore groups. It is really hard to remove this dye stuff because of their complex chemical structure and high molecular weight. Additionally, including dye stuff of textile waste water can be toxic, carcinogenic and even mutagenic.
Advanced oxidation processes are effective in degrading of pollutants in the wastewater by the presence of both oxidizing (hydroxyl) and reducing (hydrated electrons) which may be present in the final environment. Reactive Black 5 (RB5) is widely used in textile industry and it is studied to degrade structure of RB5 in aqueous solution at different conditions. UV-irradiation, UV/H2O2, ozone and UV/O3 prosesses  were used as AOP's to degrade the structure of RB5 dye. 
The concentration of RB5 are selected as 6 mgL-1 and 50 mgL-1. 6 mgL-1 and 50 mgL-1 RB5 solutions are irradiated with UV lamp ( which has maximum emission at 254 nm wavelength and 16 W power) in the absence and presence of (0.3-2.4 mM) H2O2 during (30,60,120,180 minutes) irradiation times. To degrade the intermediates obtained and RB5 completely in water, H2O2 and O3 are used to increase the possibility of the formation of oxidative hydroxyl radicals in addition to UV irradiation.
Different ozonation times (10-180 seconds) and different UV irradiation times (0-180 minutes) were studied to investigate the effect of ozonation time and UV-irradiation times on RB5 degradation in water. The minumum conditions for 50 mgL-1 RB5 were 60 second ozonation and 120 minutes UV-irradiation. The degradation of RB5 in water was followed as a function of UV-irradiation or ozonation time and the remaining RB5 as undegraded were determined by using the UV-GB spectrophotometer. Formation of formaldehyde in RB5 solutions was investigated as a function of irradiation time in the presence of H2O2. Dissolved oxygen (DO) and pH values were detrmined in the presence and absence of H2O2 and O3. To detect and analyze intermediate species, Thermo trace 1300 Gas Chromatography Mass Spectrometers (GC-MS) and Agilent Technologies 6224 TOF LC/MS Spectrometer were used. Ion Chromatography was used for analyzing of aliphatic acid and anions.
When 50 mgL-1 aqueous solution of RB5 was irradiated by UV llight during 180 minutes maximum degradation for RB5 in water was 27.92 %. The irradiation time required for higher degradation of RB5 was reduced in the presence of hydrogen peroxide. In the presence of 0.3 mM H2O2 and 180 minutes UV-light irradiation, RB5's degradation in water is 95.07 %. If we think using with only H2O2, RB5 degradation is 5.34 % . So, H2O2 is not effective on degradation of RB5 by itself. When H2O2 is used with UV-light, there is much more degradation of RB5 with the strong oxidant effect of radicals. In other words, percent rate of degradation depend on UV-light time and peroxide concentration.
For 6 mgL-1 RB5 solution, minimum conditions for UV/ H2O2 process were 0.3 mM H2O2 and 60 minute UV-irradiation and degradation percent was determined as 100 %.  Degradation of RB5 in water was 0.50 %  using with only H2O2 by itself. It was studied with 0-180 second ozonation and different UV-irradiation times for concentradations of RB5 (6 mgL-1 and 50 mgL-1).  UV/O3 process produce more .OH radicals than UV/H2O2 process. UV/O3 process is much more effective method. If Ozonation was used only for 50 mgL-1 RB5 aqueous solution during 60 second, degradation percent would be 85.75 %. The degradation percent of RB5 in water increased by 100 % in 120 minute UV-irradiation to 60 second ozonation 50 mgL-1. 6 mgL-1 RB5 solution was exposured to 10 second ozonation, degradation percent was 65.67 %. To have degradation 100 %, 60 second ozonation and 120 minutes UV-irradiation were required. To compare all these processes, it has been decided only O3 and UV/O3 methods are effectual methods.