Antibiyotik içeren sulu çözeltilerin fotokatalitik oksidasyonu: TiO2, ZnO ve Fe yüklü zeolit ve beydellit katalizörü kullanımı
Photocatalytic oxidation of aqueous antibiotics solutions: Using of TiO2, ZnO and Fe modified zeolite and beidellite catalysts
Yazar: HESNA AKÇEŞME ÖZDEMİR
Danışman: YRD. DOÇ. DR. H. CENGİZ YATMAZ
Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü / Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering ; Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Bu çalışmada, ilaç endüstrisinde kullanılan Enrofloksasin isimli antibiyotik aktif madde çözeltisinin; Fe+3 iyonu ile modifiye edilmiş Zeolit, Fe+2 iyonu ile modifiye edilmiş Beydellit mineralleri ve ZnO ve TiO2 yarı iletken katalizörleri varlığında fotokatalitik oksidasyonu ile giderim verimleri incelenmiştir.UVA dalga boyunda ve karşılaştırmalı olarak UVC dalga boyunda Fe+3-Zeolit ve Fe+2 -Beydellit katalizörlerinin giderim verimleri incelenmiş ve homojen foto Fenton prosesi ile verim karşılaştırması yapılmıştır. Yapılan çalışmalarda antibiyotik konsantrasyonu 100 mg/L, katalizör konsantrasyonu 1 g/L, hidrojen peroksit(H2O2) konsantrasyonu 15 mmol ve sıcaklık 35 oC optimum şartlar olarak alınmıştır. UVA ışığı varlığında 90 dakikalık reaksiyon süresi sonunda Fe+2 yüklü Beydellit'in (%99), Fe+3 yüklü Zeolit'e (%72) göre daha iyi giderim verimi gösterdiği görülmüştür, ancak her iki katalizörde UVC ışığı varlığında daha kısa sürede (60 dk) antibiyotik çözeltisinin tam giderimi sağlanmıştır. Her iki iyonun mineral olmadan kullanıldığı homojen proseslerde ise her iki ışık dalga boyunda 90 dk.' lık süre sonunda aynı şekilde tam giderim verimine ulaşılmıştır. Homojen ve heterojen proseslerde genel olarak UVC dalga boyunda daha iyi verim elde edilmekle birlikte, birbirine çok yakın oranlarda seyreden giderim verimlerinden yalnızca Fe+3 yüklü Zeolit' in UVA dalga boyunda verdiği %72' lik verim en düşük kalmıştır.UVA dalga boyunda ve karşılaştırmalı olarak UVC dalga boyunda ZnO ve TiO2 yarı iletken katalizörlerinin giderim verimleri incelenmiştir. Yapılan çalışmalarda antibiyotik konsantrasyonu 100 mg/L, katalizör konsantrasyonu 1 g/L, sıcaklık 30 oC optimum şartlar olarak alınmıştır. Yarı iletken katalizörlerle gerçekleştirilen fotokatalitik proseslerde, her iki dalga boyunda genel olarak her iki katalizör de hemen hemen aynı verimleri sağlamışlardır, ancak reaksiyonun başlangıç aşamasında TiO2 UVA dalga boyunda, ZnO ise UVC dalga boyunda daha iyi verim vermektedir.Minerallerle yarı iletken katalizörler kıyaslandığında; UVA dalga boyunda en yüksek verimi Fe+2-Beydellit vermiştir ve onu sırasıyla TiO2, ZnO ve Fe+3-Zeolit takip etmiştir. UVC dalga boyunda ise Fe yüklü mimeraller ve yarı iletken katalizörler kendi aralarında benzer verimler verirken, Fe yüklü minerallerde daha iyi giderim verimi sağlanmıştır.Yapılan toplam organik karbon (TOK) ölçümlerinde ise; Fe yüklü mineraller ile heterojen ve homojen foto Fenton proseslerinde UVC dalga boyunda UVA' ya göre daha iyi TOK verimi elde edilirken, yarı iletken katalizörlerde ise UVA dalga boyunda daha iyi TOK verimi elde edilmiştir.

Abstract:
In this study, degradation yield and photocatalytic oxidation of aqueous antibiotic solutions which contains Enrofloxacin as active material were investigated in the presence of Zeolite and Beidellite mineral catalysts which were modified with the ions of Fe+3 and Fe+2 respectively and semiconductor catalysts of ZnO and TiO2.Degradation efficiency of Fe+3-Zeolite and Fe+2-Beidellite catalysts were performed by comparing the efficiencies of homogenous photo Fenton process using the wavelengths of UVA and UVC. In all experiments; values of 100mg/L antibiotic solution concentration, 1g/L catalyst loading, 15mmol hydrogen peroxide (H2O2) concentration and 35oC temperature were selected respectively as optimum conditions. In the presence of UVA light and at the end of 90 minutes reaction time, %99 degradation efficiency was obtained with Fe+2 modified Beidellite whereas %72 degradation efficiency was obtained with Fe+3 modified Zeolite. However complete degradation of antibiotic solution was succeeded in a shorter time (60 min) and in the presence of UVC light for both catalyst types. On the other hand, at the end of 90 minutes, under both UVA and UVC wavelength, complete degradation was received using homogenous photo Fenton processes which was performed using only iron ions in solutions without minerals. For both homogenous and heterogeneous processes, complete degradation were observed under UVC wavelength and same degradation efficiency were also received for both process types under UVA wavelength but except using the Fe+3 modified Zeolite catalyst which the degradation was 72 %.Degradation efficiency of ZnO and TiO2 semiconductor catalysts were investigated under both UVA and UVC wavelengths. In the experiments, values of 100mg/L antibiotic concentration, 1 g/L catalyst loading and 30oC temperature were selected respectively as the optimum conditions. For photocatalytic processes performed with semiconductor catalysts, nearly same degradation efficiency values were observed under both wavelengths. However, at initial level of the reactions better efficiency values were obtained with TiO2 under UVA wavelength and with ZnO under UVC wavelength.If the mineral and the semiconductor catalysts were compared; the highest degradation efficiency was obtained using Fe+2-Beidellite and efficiencies were followed by TiO2, ZnO and Fe+3-Zeolite respectively under UVA wavelength. However, under UVC wavelength Fe modified minerals have given better efficiency values with respect to semi semiconductors.Considering mineralization efficiencies, according to total organic carbon (TOC) evaluations; better TOC efficiencies were obtained under UVC wavelength with Fe modified minerals for heterogeneous and homogenous photo Fenton processes, meanwhile TOC efficiencies were higher with semiconductor catalysts under UVA wavelength.