Paladyum esaslı nanokatalizörlerle suda çözünmüş kloroformun uzaklaştırılması
Removal of dissolved chloroform from water with palladium nanocatalysts
Yazar: NURGÜL AKÇİN ÖNEL
Danışman: PROF. DR. GÖKSEL AKÇİN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Analitik Kimya Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2011
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Son yıllarda Nanoteknoloji sağladığı avantajlar nedeniyle birçok alanda kullanılmaktadır.Bu çalışmada da, nanoteknolojinin avantajlarından yararlanılarak nanokatalizör hazırlanmış ve sulu ortamda bulunan kloformun deklorinasyonu gerçekleştirilmiştir.Katalizör olarak nano boyutta metaller kullanıldığında daha etkin bir halojen giderme yapılabilmektedir. Bunun nedeni metal nano boyutta olduğu zaman, metal yüzey alanının artmasıdır. Ayrıca nano boyutta bimetalik katalizör kullanıldığında elektronik ve geometrik etkiler nedeniyle daha etkin hidrodehalojenasyon yapılabilmektedir.Organik bileşiklerden Trikloroetilen(TCE), Tetrakloroetilen(PCE), Karbon tetraklorür, kloroform elektronik endüstrisinde, küçük ölçekli kimyasal üretiminde, tekstil yıkama endüstrisinde kullanılmakta ve yeraltı sularına karışmaktadır. Klorlu bileşikler akciğerlere zarar vermekte, düşüklere ve kansere neden olmaktadır.Yapılan çalışmada insan sağlığına oldukça zararlı olan kloroformun sulu ortamdan uzaklaştırılması için nano boyutta katalizörler hazırlanmış ve kloroform deklorinasyonunda kullanılmıştır.Öncelikle uygun katalizör bulmak için ticari katalizörler ile çalışmaya başlanmış Johnson Matthey firmasından temin edilen destek maddesi olarak Al2O3'ün kullanıldığı, %1 Au içeren , %0,1 ve %1 olmak üzere iki farklı oranda Pd içeren katalizörler kullanılmıştır. Bu çalışmalar neticesinde % 0,1Pd içeren katalizörler ile iyi sonuç alındığı görülmüştür.Daha sonra AuTEK firmasından temin edilen (%1)Au/Al2O3, (%1)Au/ ZnO, (%1)Au/ TiO2 örnekleri katalizör olarak kullanılmış istenen sonuçlar alınamayınca, modifiye edilerek bunların üzerine %0,1 oranında ve %1 oranında Pd, impregnation(emdirme) tekniğiyle eklenerek kloroform deklorinasyon reaksiyonunda kullanılmıştır. Buradan elde edilen sonuçlar da bir önceki çalışma sonuçlarını desteklemiş ve %0,1 Pd içeren örneklerin katalitik aktivitesinin yüksek olduğu görülmüştür. Ayrıca, farklı destek maddeler kullanıldığında farklı sonuçlar elde edilmiştir.Ticari ve modifiye edilen katalizörle elde edilen sonuçlara dayanılarak çalışma daha da genişletilerek deposition-precipitation(tortu çöktürme) ve impregnation(emdirme) tekniği kullanılarak Pd/Au/TiO2 (Degussa P25)(H2/N2), Pd/Au/ZnO<100nm(H2/N2), Pd/Au/ZnO-%6Al2O3 (H2/N2), Pd/Au/ZnO < 5 µm(H2/N2), Pd/Au/ZrO2 < 100 nm (H2/N2), Pd/Au/ZrO2 < 5 µm (H2/N2), 6 farklı katalizör hazırlanmıştır. Bu katalizörlerin yapısını aydınlatmak için SEM fotoğrafları çekilmiş, SEM-EDS analizleri yapılmış, BET yüzey alanları ölçülmüş, AAS ile içindeki metal miktarları belirlenmiş ve en başarılı katalizör olan Pd/Au/TiO2 (P25)(H2/N2) örneğine ait HR-TEM incelenmesi yapılmıştır. Sonuçlar katalizörlerin nano boyutta başarılı bir şekilde hazırlandığını göstermiştir.Hazırlanan ve yapısı aydınlatılan katalizörler kloroform deklorinasyon reaksiyonunda katalizör olarak kullanılmışlardır. Pd/Au/TiO2 (P25)(H2/N2)'nin en iyi katalitik aktivite gösteren katalizör olduğu görülmüş reaksiyon hızı 24,43 LgPd-1dk-1olarak hesaplanmıştır.En iyi katalizör olan Pd/Au/TiO2 (P25)(H2/N2) Dupont firmasından temin edilen gerçek su örnekleri içindeki kloroformun deklorinasyonunda kullanılmıştır. Düşük konsantrasyonlarda başarılı olunmuştur.Anahtar Kelimeler: Nanoteknoloji, nanokatalizör, kloroform, organik kirlilikler, sulu ortam, metal oksit destek maddeleri, altın, paladyum.

Abstract:
In recent years, nanotechnology has been used in many areas because of the advantages.In this study the benefits of nanotechnology used, nanocatalysts were synthesized and dechlorination of chloroform in water media was done.When nano sized metals used as catalyst more efficient dehalogenation is possible. This is because when the metal is nano sized, surface area is increased. Also more efficient dehalogenation can be when nanosized bimetallic catalyst used, due to electronic and geometric effect.Organic compounds as Trichloroetylene(TCE), tetrachloroethylene(PCE), carbon tetrachloride, chloroform used at electronic industry, small-scale chemical production, textile washing industry and mixed with ground water. Chlorinated compounds damage to the lungs, leads to miscarriages and cancer.Nano sized catalysts synthesized and used for chloroform dechlorination for removal of chloroform from water media in recent study.Firstly to find suitable catalyst, started to work with commercial catalysts obtained from Johnson Matthey company that including Al2O3 as support, 1% Au, two different amount as 0.1% and 1% Pd. As a result of this study, good consequences obtained with catalysts including 0.1% Pd.After that (%1)Au/Al2O3, (%1)Au/ ZnO, (%1)Au/ TiO2 samples obtained from AuTEK company used as catalyst when desired results could not get, they modified, 0.1% and 1% Pd added on them with impregnation technique and used at chloroform dechlorination reaction. Results from this experiment supported previous experiment results and samples included 0.1%Pd catalytic activity were found higher. Besides when used different support materials different results were obtained.Study extended according to commercial and modified catalyst results. 6 different catalyst Pd/Au/TiO2 (Degussa P25)(H2/N2), Pd/Au/ZnO<100nm(H2/N2), Pd/Au/ZnO-%6Al2O3 (H2/N2), Pd/Au/ZnO < 5 µm(H2/N2), Pd/Au/ZrO2 < 100 nm (H2/N2), Pd/Au/ZrO2 < 5 µm (H2/N2) were synthesized using with deposition precipitation and impregnation techniques. For characterization SEM photos were taken, SEM-EDS analyses were done , BET surface areas measured, metal amount in the samples were determined with AAS and the best catalyst Pd/Au/TiO2 (P25)(H2/N2) were observed with HR-TEM. Results showed that nano sized catalysts were synthesized succesfully.Synthesized and characterized catalysts used chloroform dechlorination reaction. The results showed us Pd/Au/TiO2 (P25)(H2/N2) is the best catalyst, reaction rate calculated as 24,43 L/gPd/min.The best catalyst Pd/Au/TiO2 (P25)(H2/N2) was used for chloroform dechlorination in real water samples provided from the Dupont Company. It was successfull for low chloroform concentration.Keywords: Nanocatalyst, chloroform, organic pollutants, metal oxide support materials, gold, palladium.