Katodik hidrojen peroksit üretim veriminin ve sulardan kirletici giderme performansının değerlendirilmesi
Evaluation of cathodic hydrogen peroxide production efficiency and pollutant removal performance from water
Yazar: TUĞBA KAKTİMUR
Danışman: PROF. DR. ORHAN TANER CAN
Bursa Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Giderme = Removal ; Hidrojen peroksit = Hydrogen peroxide ; Kirleticiler = Pollutants ; Peroksit = Peroxide ; Üretim miktarı = Production quantity

Özet:
Hidrojen peroksit (H2O2), en yüksek aktif oksijen içeriğine (%47,1 g/g) ve yan ürün olarak yalnızca H2O 'ya sahip olduğu için oldukça verimli ve yeşil bir oksitleyicidir. Literatür araştırmaları neticesinde hidrojen peroksit, ilk olarak üretiminin gerçekleşmesi için karmaşık bir prosese sahipti. Yaygın olarak kullanılan antrakinon oksidasyonu ile üretim yönteminin eksikliklerini gidermek adına yeni yöntem arayışları başlamıştır. Yeni yöntemler saptanırken, sistem sürdürülebilirliği, temiz bir üretim, yan ürün kalıntısı kalmaması gibi avantaj sağlayacak parametrelere bakılmıştır. Bu parametrelerin yanısıra, sistem optimizasyonu için pH, sıcaklık, farklı elektrolit kullanımı ve konsantrasyonu, katot olarak kullanılacak elektrot tipi ve cinsi, hava akış hızı, akım ve potansiyel ve elektrokimyasal stabilite belirleyici olmuştur. Hidrojen peroksitin elektrokimyasal yollar ile katodik olarak üretilmesi, temiz üretim olarak bilinirken, yanında arıtım yapılması kalıntı sorunlarını, ikincil bir arıtım gerektirmesi durumlarını ortadan kaldırmaktadır. Literatürde genel olarak tekstil atıksuyu arıtımında renk giderimi karşımıza çıkmaktadır. Bunun yanında daha spesifik atıksular için kullanımı da söz konusudur. Arıtım verimi modifiye sistemlere bağlı olarak artmaktadır. Yüksek yüzey alanına, gözenekli hacimin elektron yoğunluğunu arttırmasına, sistem pH ına, hava akış hızına, elekrolit konsantrasyonuna, katot tipi ve sistem tasarımına bağlı olarak giderilen kirletici verimi artmaktadır. Bu çalışmada katodik hidrojen peroksit üretim verimi değerlendirilmiş olup, sulardan kirletici giderim performansı destekleyici çalışmaların eşliğinde toparlanmıştır. Sonuç olarak, üretim verimi arttığında kirletici giderim verimininde paralel olarak arttığını söylemek mümkündür. Üretim verimi değerlendirilirken, sistemin ana parametreleri ve dizaynı birbirine bağlı bir şekilde çalışmaktadır. Kompleks kirleticili sularda, bu yöntem ile arıtım yapılacaksa modifiye edilmiş sistemler kullanmak mantıklı olacaktır. Yüzey alanı arttırılmış katot, hava akışını sağlayacak şekilde tasarlanmış katot, dönen disk olarak ayarlanmış katot, kaplama teknolojisi ile modifiye edilmiş katot gibi birçok farklı elektrot tipi ve cinsi ile üretim verimi arttırılırken, kirletici giderimi de arttırılmıştır. Sistem parametreleri yapılan çalışmalarda, elektrik maliyeti ve sistem stabilitesi dikkate alınarak optimizasyon sağlanmıştır. Katodik hidrojen peroksit üretimi için belirlenen optimum şartlar; pH=3, elektrolit konsantrasyonu 0,05 M dır. Diğer parametreler sistem tasarımına bağlı olarak değişmektedir.

Abstract:
Hydrogen peroxide (H2O2) is a highly efficient and green oxidizer as it has the highest active oxygen content (47.1 g/g) and only H2O as a by-product. As a result of the literature research, hydrogen peroxide had a complex process for its production to take place in the first place. Searches for new methods have started in order to eliminate the deficiencies of the widely used anthraquinone oxidation production method. While determining new methods, parameters that will provide advantages such as system sustainability, clean production, and no by-product residues have been considered. In addition to these parameters, pH, temperature, use and concentration of different electrolytes, type and type of electrode to be used as cathode, air flow rate, current and potential and electrochemical stability were decisive for system optimization. While the cathodic production of hydrogen peroxide by electrochemical means is known as clean production, it also eliminates the residue problems and the need for a secondary treatment. In addition, it is also used for more specific wastewater. Treatment efficiency increases depending on the modified systems. Depending on the high surface area, increase in the electron density of the porous volume, system pH, air flow rate, electrolyte concentration, cathode type and system design, the efficiency of the pollutant removed increases. In this study, the cathodic hydrogen peroxide production efficiency was evaluated and the pollutant removal performance from the waters was recovered in the presence of supportive studies. As a result, it is possible to say that when the production efficiency increases, the pollutant removal efficiency increases in parallel. While evaluating the production efficiency, the main parameters and design of the system work in conjunction with each other. If water with complex pollutants is to be treated with this method, it would be reasonable to use modified systems. While the production efficiency is increased, pollutant removal is increased with many different electrode types and types such as the cathode with increased surface area, the cathode designed to provide air flow, the cathode adjusted as a rotating disk, the cathode modified with coating technology.In the studies on system parameters, optimization was achieved by taking into account the electricity cost and system stability. Optimum conditions determined for cathodic hydrogen peroxide production; pH=3, electrolyte concentration is 0.05 M. Other parameters vary depending on the system design.