Aktif karbon destekli kataliz sistemlerinin sentezi ve atık su arıtımında kullanılarak elektrokatalitik, fotokatalitik ve sonokatalitik performanslarının araştırılması
Synthesis of activated carbon supported catalysis systems ant research for electrocatalytic, photocatalytic and sonocatalytic performance on wastewater treatment
Yazar: SELMAN İLTERİŞ YILMAZ
Danışman: PROF. DR. MEHMET UĞURLU
Muğla Sıtkı Koçman Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Sunulan tez çalışmasında, elektrokatalitik, fotokatalitik ve sonokatalitik sistemlerle zeytin karasuyunun katalitik arıtımı amaçlanmıştır. Bu amaçla öncelikle TiO2/AC, V2O5/TiO2/AC, WO3/TiO2/AC ve V2O5/WO3/TiO2/AC katalizörleri sol-jel yöntemiyle sentezlenmiştir. Sonrasında zeytin karasuyunda; renk, fenol, lignin ve kimyasal oksijen ihtiyacı (KOİ) giderimi farklı deneysel prosesler tasarlanarak araştırılmıştır.  Bu proseslere ilişkin bilgi ve sonuçlar aşağıda kısaca özetlenmiştir. 
Elektrokatalitik oksidasyon prosesinde; sentezlenen katalitik materyaller elekrokimyasal hücrede grafit elektrot ile birlikte partikül elektrot (Working electrode) olarak kullanılmıştır. Zaman, katalizör türü, miktarı (katı/sıvı oranı olarak), voltaj, destek elektrolit miktarı (NaCl) ve süspansiyon pH'sı parametre olarak seçilmiştir. Çalışmalar sonucunda; V2O5/TiO2/AC katalizör türünün genel olarak daha yüksek performans sağladığı tespit edilmiştir. Bu işlemde voltaj etkisinin giderime önemli katkı sağladığı gözlenmiştir (30V'da %82,95 lignin, %74,42 KOİ). Ayrıca, giderim performansında pH etkisi sınırlı kalmakla birlikte, asidik ortamda verimin daha yüksek olduğu gözlenmiştir. Elektrokatalitik reaksiyonunun; adsorpsiyon, elektrooksidasyon ve kataltik oksidasyon işlemlerinin tümünü kapsadığı dikkate alındığında, herbir basamağın olası etkileri ayrı ayrı araştırılmış ve renk giderimlerinin sırasıyla %25,58, %51,72 ve %72.42 olduğu gözlenmiştir. 
Fotokatalitik oksidasyon prosesi, özel olarak tasarlanmış reaktörde yürütülmüştür. Zaman, katalizör türü, miktarı ve başlangıç pH değerleri deneysel parametreler olarak seçilmiştir. Başlangıçta sentezlenen TiO2/AC, V2O5/TiO2/AC, WO3/TiO2/AC ve V2O5/WO3/TiO2/AC katalizörler ile UV, O3ve H2O2'in etkisi ayrı ayrı veya birlikte araştırılmıştır. V2O5/TiO2/AC ve UV/O3 bir arada kullanıldığında, renk ve KOİ giderimlerinin daha yüksek olduğu gözlenmiştir. Bu durum dikkate alınarak sonraki çalışmalarda; yukarıda belirtilen deneysel parametrelerin etkisi incelenmiştir. Ancak, elektrokatalitik oksidasyonun aksine fazla katalizör kullanılması UV absorpsiyonunu azaltığı ve dolayısıyla giderimde sabitlenmenin gerçekleştiği gözlenmiştir. 0,5 gL-1, 1,0gL-1 ve 1,5gL-1 kullanıldığında KOİ için bu oranların sırasıyla %65,32, %69,18 ve %65,96 olduğu tespit edilmiştir. 
Sonokatalitik oksidasyon işlemine ilişin deneysel çalışmalarda, daldırmalı ve belirli değerlere sahip güç üretebilen sonikatör kullanılmıştır. Burada önceki deneysel işlemlere benzer olarak zaman, katalizör türü, miktarı (katı/sıvı oranı olarak), ultrasonun amplitudu (genliği) ve başlangıç pH değerleri parametre olarak seçilmiştir. Yapılan ön çalışmalarda renk, fenol, lignin ve KOİ değişimlerinin çok az olabileceği gözlenmiştir. Bu durum, dikkate alınarak oksitleyici madde olarak H2O2 kullanılmış ve V2O5/TiO2/AC'nun diğer katalizör örneklerine oranla daha fazla giderim sağladığı, renk, lignin ve KOİ giderimlerinde daha iyi sonuçlar elde edildiği görülmüştür. Ancak, bu değerlerin yukarıda kısaca değinilen katalitik işlemlere oranla daha düşük olduğu görülmüştür. Ayrıca, bu yöntemde ligninin çok belirgin olarak giderilmesine karşın fenol konsantrasyonunda artış gözlenmiştir. 
Bu durum, karasuda yapılacak katalitik oksidasyonda, sonokatalitik işlemin başlangıçta yapılmasının daha etkin olabileceğini,  kullanılacak proseslerle entegre edildiğinde verim artışın daha yüksek olabileceğini düşündürmüştür.

Abstract:
In this study, the effect of different catalysts on treatment of olive wastewater is aimed by using electrocatalytic, photocatalytic and sonocataltic systems. First of all, TiO2/AC, V2O5/TiO2/AC, WO3/TiO2/AC and V2O5/WO3/TiO2/AC catalysts were prepared by a sol–gel method. Then, removal of color, phenol, lignin and COD were investigated by using different experimental processes.
In electrocatalytic oxidation process, synthesized catalytic materials were used used as particle electrode (working electrode) with the graphite electrodes in electrochemical cell,. Time, catalyst type, catalyst amount (as solid/liquid ratio), voltage, the amount of supporting electrolyte (NaCl) and suspension's pH were taken as experimental parameters. V2O5/TiO2/AC had generally shown better removal performance. It is observed that effect of voltage had great contribution on removal (82.95% of lignin, 74.42 of COD). In addition, the effect of pH was limited for removal performance, however, higher yield was observed in acidic conditions. Considerin the electrocatalytic reaction includes totally adsorption, electrooxidation and electrocatalytic oxidation, probable effects of whole these steps were examined seperately and 25.58, 51.72%; and 72.42% of color removals were observed, respectly.
Photocatalytic oxidation process was carried out in a custom-made reactor. Time, catalyst type, catalyst amount and initial pH were chosen as experimental parameters. Effects of UV, O3 and H2O2 were examined with and without the catalysts TiO2/AC, V2O5/TiO2/AC, WO3/TiO2/AC and V2O5/WO3/TiO2/AC which were synhesized in the first stage. Use of V2O5/TiO2/AC and UV/O3 together had shown better performance on color and COD removal. The experimental parameters mentioned above were examined in next stage considering this situation. Nevertheless, unlike the electrocatalytic oxidation, usage of high amount of catalyst may lower the UV absorbtion, thus, fixation of removal was observed. For usage of 0.5 gL-1, 1.0gL-1 and 1.5gL-1 of catalyst, 65.32%, 69.18% and 65.96% of COD removals were establoshed, respectly. 
In the experimental studies related to sonocatalytic oxidation process a plunge-type sonicator which can produce certain values of power, is used. Time, catalyst type, catalyst amount (as solid/liquid ratio), amplitude of ultrasound and initial pH were chosen as parameters. It was observd in the preliminery experiments that there may be very small changes of color, phenol, lignin and COD. Considering this, H2O2 was used as oxidizing agent, then, better results were obtained for removal of color, lignin and COD, which V2O5/TiO2/AC had shown better performance than other catalysts. Nevertheless, these values were found to be lower than the catalytic processes mentioned briefly above. In addition, although the lignin was very significantly removed in this method, an increase in phenol concentration was observed. This suggests that in the catalytic oxidation to be carriet out in the olive wastewater, sonocatalytic process to be se as initial treatment can be more effective and that the efficiency increase may be higher when integrated with the processes to be used.