ZnS/g-C3N4 nano-heteroyapıların sentezi, karakterizasyonu ve fotokatalitik uygulamaları
Synthesis, characterization and photocatalytic applications of ZnS/g-C3N4 nano-heterostructures
Yazar: BİLGE DOĞAN
Danışman: PROF. DR. BÜLENT ÇAĞLAR
Erzincan Binali Yıldırım Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Bu çalışmada g-C3N4, ZnS nanopartikülleri ve ZnS/g-C3N4 nanokompoziti sentezlendi ve sentezlenen bu numuneler görünür ışık altında sulu çözeltideki rodamin B, diklofenak ve trimetoprim kirleticilerinin fotodegradasyonu için fotokatalizör olarak kullanıldı. g-C3N4, ZnS nanopartikülleri ve ZnS/g-C3N4 nanokompozitinin yapısal, morfolojik ve elektrokimyasal özellikleri XRD, FTIR, SEM-EDX, TEM, UV-DRS, PL, EIS ve BET teknikleri kullanılarak karakterize edildi. Saf ZnS ve g-C3N4 ile karşılaştırıldığında, ZnS/g-C3N4 nanokompoziti, fotojenlenmiş elektron iletiminin artması yoluyla arayüzünde fotojenlenmiş boşluk-elektron rekombinasyon oranının azalması nedeniyle rodamin B, diklofenak ve trimetoprim kirleticilerinin fotodegradasyonu için son derece yüksek fotokatalitik aktivite sergiledi. Ayrıca pH, katalizör dozajı ve farklı su kaynaklarının nanokompozitin fotokatalitik performansına etkisi detaylı olarak incelendi. Radikal temizleyici çalışmaları, süperoksit radikallerinin tüm kirleticilerin fotodegradasyonunda ana rol oynadığını, boşlukların ise ikincil türler olarak hareket ettiğini gösterdi. Deneylerden elde edilen verilere göre kirleticilerin fotodegradasyonu için makul bir mekanizma önerildi. Ayrıca kinetik çalışmalar, yalancı birinci dereceden kinetik modelin elde edilen deneysel sonuçlara iyi uyum sağladığını tespit etti ve bu model kullanılarak reaksiyon hız sabitleri hesaplandı. ZnS/g-C3N4 nanokompoziti, dört döngüden sonra rodamin B, diklofenak ve trimetoprim kirleticilerinin fotodegradasyonu için mükemmel yeniden kullanılabilirlik ve stabilite gösterdi.

Abstract:
In this study, g-C3N4, ZnS nanoparticles, and ZnS/g-C3N4 nanocomposite were fabricated and these synthesized samples were used as photocatalysts for photodegradation of rhodamine B, diclofenac, and trimethoprim contaminants in aqueous solution under visible light irradiation. The structural, morphological, and electrochemical features of g-C3N4, ZnS nanoparticles, and ZnS/g-C3N4 nanocomposite were characterized by using XRD, FTIR, SEM-EDX, TEM, UV-DRS, PL, EIS and BET techniques. Compared to pure ZnS and g-C3N4, the ZnS/g-C3N4 nanocomposite exhibited extremely high photocatalytic activity for the photodegradation of rhodamine B, diclofenac and trimethoprim contaminants due to the decrease of photogenerated hole-electron recombination rate via increases of the photogenerated electron transmission at its interface. Furthermore, the effects of pH, catalyst dosage, and different water sources on the photocatalytic performance of nanocomposite were investigated in detail. The radical scavenger studies indicated that superoxide radicals played a main role in the photodegradation of all contaminates whereas the holes acted as secondary species. According to the obtained data from experiments, a plausible mechanism was proposed for the photodegradation of contaminants. In addition, the kinetic studies showed that the pseudo-first-order kinetic model was determined to fit well the obtained experimental results, and reaction rate constants were calculated using this model. The ZnS/g-C3N4 nanocomposite demonstrated excellent reusability and stability for photodegradation of rhodamine B, diclofenac, and trimethoprim contaminants after four times cycle.