ZV-metal-TİO2@cmc fotokatalizörü ve diaminomaleonitril modifiye mgo@si adsorbentinin hazırlanması ve uygulaması
Preparation and application of ZV-metal-TIO2@cmc photocatalyst and diaminomaleonitryl modified mgo@si adsorbent
Yazar: AYŞE GÜL ÇİMEN
Danışman: PROF. DR. GÜLAY BAYRAMOĞLU
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Sunulan çalışmanın birinci kısımında, sulu ortamda görünür ışık kaynağı altında boyaların fotokatalitik bozunması için sıfır değerlikli metal (ZVM; M: Fe/Cu)-titanya (TiO2) kompleksleri
içeren fotokatalizörler hazırlanmıştır. Sıfır değerlikli metal-titanya kompleksini küre geometrisinde bir matris içerisinde tutuklamak için destek materyali olarak karboksimetil selüloz (CMC) kullanılmıştır. Foto-katalizör içeren CMC (ZVFe-TiO2@CMC ve ZVCu-TiO2@CMC) küreleri, tekstil endüstrilerinde yaygın olarak kullanılan ve kalıcı kirleticiler sınıfında yer alan metilen mavisi (MM) ve setazol siyahı (SB) boyalarının foto-degradasyonunda kullanılmıştır. Boyaların başlangıç konsantrasyonu, sıcaklık ve fotokatalizör dozajı gibi çeşitli deneysel parametrelerin fotokatalitik bozunma performansı üzerindeki etkileri değerlendirilmiştir. Sonuçlar, ZVFeTiO2@CMC kürelerinin, MM ve SB boyalarının fotokatalitik bozunması sürecinde daha yüksek fotokatalitik aktivite sergilediğini, oda sıcaklığında ve 300 dakika görünür ışık ışınımına maruz bırakıldığında bozunma verimliliğinin sırası ile %89 ve %73 olduğunu gösterdi. Aynı koşullarda MM ve SB boyalarının ZVCu-TiO2@CMC küreleri ile fotokatalitik bozunma yüzdeleri ise sırasıyla, %79 ve %63 olarak bulunmuştur. Çalışmanın ikinci kısımında ise, inoraginik kirletici grubunda yer alan U(VI) iyonlarına karşı yüksek adsorpsiyon kapasitesi gösteren adsorbent sentezlenmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla hazırlanan manyetik grafen oksit partikülleri (MGO) üzerine epoksi grupları içeren (3-glisidoksipropil) trietoksisilan (Si) ile aşılanmıştır. Hazırlanan MGO@Si'nin yüzeyindeki epoksi grupları ile ligand olarak kullanılan diamino maleonitril (DAMN) arasındaki halka açılma reaksiyonu sonucunda yüzeyde nitril grupları oluşturulmuştur. Daha sonra DAMN ligandının nitril grupları, tek basamaklı bir reaksiyon ile diamidoksim gruplarına (MGO@Si-DAMAO) dönüştürülmüştür. MGO@Si-DAMAO partiküllerinin
adsorpsiyon kapasitesinin 641,4 mg/g olduğu bulunmuştur. Ayrıca, on adsorpsiyon-desorpsiyon döngüsünden sonra, MGO@Si-DAMAO partiküllerinin adsorpsiyon kapasitesi önemli ölçüde değişmediği gözlemlenmiştir. Sentezlenen fotakatalizörlerin ve adsorbentin karakterizasyonu FTIR, XRD, SEM ve zeta sizer gibi farklı tekniklerle gerçekleştirilmiştir.

Abstract:
In the first part of the presented study, photocatalysts containing zero-valent metal-titania
complexes were prepared for the photocatalytic degradation of dyes under a visible light source in
aqueous media. Carboxymethyl cellulose (CMC) was used as a support material to entrap the zerovalent metal-titania complex in a matrix with a bead geometry. CMC beads containing photocatalysts (i.e., ZVFe-TiO2@CMC and ZVCu-TiO2@CMC) have been used in the photodegradation of methylene blue (MB) and cetazole black (SB) dyes, which are a class of persistent pollutants widely used in textile. The effects of various experimental parameters, such as initial concentration of dyes, temperature, and photocatalyst dosage, on the photocatalytic degradation performance were evaluated. The results showed that the prepared ZVFe-TiO2@CMC beads exhibited higher photocatalytic activity in the process of photocatalytic degradation of MM and SB dyes, and the degradation efficiency was 89% and 73% when exposed to visible light irradiation for 300 min at room temperature. Under the same conditions, the photocatalytic degradation percentages of MM and SB dyes with ZVCu-TiO2@CMC spheres were 79% and 63%, respectively. The second part of the study aimed to synthesize an adsorbent showing high
adsorption capacity against U(VI) ions in the inorganic pollutant group. For this purpose, magnetic
graphene oxide particles (MGO) were prepared and grafted with (3-glycidoxypropyl)triethoxysilane (Si) containing epoxy groups. Epoxy groups on the surface of the prepared MGO@Si were activated with diamino malononitrile (DAMN), and nitrile groups were formed on the surface by ring-opening reaction. Then, nitrile groups of DAMN ligand were converted to diamidoxime groups by a single-step reaction. The adsorption capacity of MGO@SiDAMAO particles was found to be 641.4 mg/g. In addition, after ten adsorption-desorption cycles, it was observed that the adsorption capacity of MGO@Si-DAMAO particles did not change significantly. The synthesized photocatalysts and adsorbent were characterized using different techniques such as FTIR, XRD, SEM, and zeta sizer.