Aktif karbon destekli heterojen katalitik sistemlerde sülfat radikalleriyle farmasötik grubu bazı organik kirleticilerin kimyasal oksidasyonu
Chemical oxidation of some organic pollutants in pharmaceutical group by sulfate radicals in activated carbon supported catalytic systems
Yazar: HATİCE ERDEM
Danışman: PROF. DR. MEHMET ERDEM
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında, farklı Kow değerlerine sahip farmasötik grubu bazı organik kirleticilerin persülfat ile heterojen katalitik oksidasyonları için üçlü biyokütle karışımından doğrudan kobalt ve demir tuzları ile impregnasyon-piroliz yöntemiyle aktif karbon destekli, manyetik özelliklere sahip katalizörler sentezlenmiştir. Sentezlenen katalizörler BET-yüzey alanı, toplam gözenek hacmi, por çapı, XRD, VSM, SEM-EDX, Boehm titrasyonu ve pHzpc analizleriyle karakterize edilmiştir. Sentezlenen her bir katalizör varlığında persülfat aktivasyonuyla sulu ortamlardaki; amoksisillin, asetaminofen, asetilsalisilik asit, siprofloksasin, diklofenak, eritromisin, fenoprofen, rifampisin ve tetrasiklin giderimi üzerine; katalizör tür ve miktarı, persülfat konsantrasyonu, temas süresi, pH ve yabancı iyon varlığı gibi parametrelerin etkileri incelenmiştir. Her bir molekül için optimize edilen şartlarda en etkin giderim verimlerinin elde edildiği katalizörün stabilitesi ve tekrar kullanım durumu da incelenmiştir. Ayrıca, konvensiyonel kimyasal çöktürme yöntemiyle de Fe- ve Co-esaslı katalizörler hazırlanmış ve optimize edilen şartlarda aynı deneyler yapılarak impregnasyon-piroliz yöntemiyle sentezlenen katalizörlerin karşılaştırılması yapılmıştır. İmpregnasyon-piroliz yöntemiyle sentezlenen her iki katalizörün geniş bir pH aralığında etkin olduğu, molekülleri persülfat aktivasyonuyla etkin bir şekilde mineralize ettiği ve cereyan eden reaksiyonun birinci mertebeden olduğu belirlenmiştir. Radikal söndürme deneyleriyle moleküllerin mineralizasyonunda sülfat radikalinin baskın olduğu tespit edilmiştir. İncelenen yabancı iyonlardan PO43-'ın metal iyonlarıyla çözünmeyen metal fosfatlar oluşturarak katalizör deaktivasyonuna neden olduğu, diğer iyonların ise daha düşük potansiyelli radikaller oluşturarak reaksiyon kinetiğini etkilediği belirlenmiştir. Kimyasal çöktürme yöntemiyle elde edilen katalizörlerin, her bir molekülü optimize edilen koşullarda kısmen mineralize edebildiği (%40) bulunmuştur. Bu nedenle; persülfat aktivasyonu için impregnasyon-piroliz yöntemiyle doğrudan biyokütlelerden aktif karbon destekli demir ve kobalt esaslı katalizörlerin elde edilmesi ve organik kirleticilerin gideriminde kullanılmasının avantajlı olduğu söylenebilir.  
 
Anahtar Kelimeler: Aktif karbon, Destek materyal, Katalizörler, Degradasyon, Farmasötik giderimi

Abstract:
In this thesis, activated carbon-supported catalysts with magnetic properties for heterogeneous catalytic oxidation of certain organic pollutants with different Kow values by persulfate were synthesized from triple biomass mixture by impregnation-pyrolysis with cobalt and iron salts. The synthesized catalysts were characterized by BET-surface area, total pore volume, pore diameter, XRD, VSM, SEM-EDX, Boehm titration and pHzpc analysis. In the presence of each catalyst synthesized, effects of catalyst type and amount, persulfate concentration, contact time, pH and presence of foreign ions on the removal of amoxicillin, acetaminophen, acetylsalicylic acid, ciprofloxacin, diclofenac, erythromycin, fenoprofen, rifampicin and tetracycline in aqueous media by persulfate activation were investigated. The stability and re-use of the catalyst in which the most efficient removal efficiencies obtained were also investigated under conditions optimized for each molecule. In addition, Fe- and Co-based catalysts were prepared by conventional chemical precipitation method, the same experiments were performed under optimized conditions and the results were compared. Both catalysts synthesized by impregnation-pyrolysis were found to be effective over a wide pH range, effectively mineralize the molecules by persulfate activation, and the reaction occurring was a first order kinetics. Radical quenching experiments showed that sulphate radical was dominant in the mineralization. It was determined that PO43- among the foreign ions caused catalyst deactivation by forming insoluble metal phosphates and other ions affected reaction kinetics by forming radicals with lower-potential. It has been found that the catalysts obtained by chemical precipitation can partially mineralize (40%) each molecule. Therefore; It can be said that it is advantageous to obtain activated carbon supported iron and cobalt based catalysts directly from biomasses by impregnation-pyrolysis method for persulfate activation and to be used for removal of organic pollutants.

Keywords: Activated carbon, Supporting material, Catalysts, Degradation, Pharmaceutical removal