Tekstil atık sularında bulunan boyar maddelerin sonokatalitik giderimi için SiO2 nanopartikül temelli kataliz sistemlerinin geliştirilmesi
Development of SiO2 nanoparticle based catalyst systems for the sonocatalytic removal of dyes found in textile waste waters
Yazar: İLYAS DEVECİ
Danışman: PROF. DR. BEDRETTİN MERCİMEK
Muğla Sıtkı Koçman Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Kimya = Chemistry ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Atık su = Waste water ; Atık su arıtma = Waste water treatment ; Endüstriyel atık su = Industrial waste water ; Endüstriyel boyar madde = Industrial dystuff ; Fizikokimya = Physical chemistry ; Organik atıklar = Organic wastes ; Reaktif boyar maddeler = Reactive dyestuffs ; Tehlikeli atıklar = Hazardous wastes

Özet:
Su kirliliği ülkemizde ve dünyada çok yönlü olarak insan sağlığı ve çevre üzerine zararlı etkileri nedeniyle çözüme kavuşturulması gereken önemli konuların başında gelmektedir. Bu tezde amaçlanan suda bulunan kirleticilerin ultrases yardımıyla giderimi için metallerle (Ti, Zr, Zn, Ce Pd, Pt ve Ag ) kaplanmış SiO2 nanopartiküllerin katalizör olarak kullanılabilirliğini araştırmaktır. 
İçilebilir su miktarı dünyada ve ülkemizde sınırsız gibi algılanmasına karşın, aslında artan nüfus göz önüne alındığında sınırlıdır. Gündelik yaşamda, endüstrileşmenin de getirdiği bir dezavantaj olarak, kişi başına kullanılan su miktarı her geçen gün artmaktadır. Birçok bilim insanı içilebilir su kaynaklarının gelecekte stratejik öneminin petrolün önüne geçebileceğine işaret etmektedirler. Suyun kullanılamaz olarak nitelendirilmesi için bünyesinde yüksek miktarda kirletici bulunması gerekmemekte çok düşük miktardaki kirlilik dahi suyun kullanılamaz olarak değerlendirilmesine yetmektedir. Su kirleticilerinin başlıca kaynakları endüstriyel atık sular, evsel atıklar ve tarım kaynaklı atık sulardır. Bu atık sularda yüzey aktif maddeler, ağır metaller, antibiyotikler ve boyar maddeler gibi kirleticiler bulunmaktadır. 
Atık sularda bulunan bazı kirleticiler zehirli, kanserojenik ve mutajeniktir. Su dönüştürülebilir bir kaynaktır. Atık sular bünyelerinde bulundurdukları kirleticiler uzaklaştırıldıktan sonra tekrar ve tekrar kullanılabilmektedir. Atık suların arıtılmasında çok farklı metotlar kullanılmakta ve her metodun kendine has avantajları ve dezavantajları bulunmaktadır. Günümüzde sonokatalitik oksidasyon, fotokatalitik giderimin uygulanamayacağı ışık geçirgenliği çok az olan sularda bile uygulanabilir olması ve enerji veriminin diğer metotlara göre daha yüksek olması nedeniyle diğer arıtım metotlarına göre organik moleküllerin arıtımında daha çok öne çıkan metodudur. Fakat bu metot diğer yöntemlere göre çok yenidir ve uygun kataliz geliştirme çalışmaları hızla devam etmektedir. 
Tez kapsamında, atık sularda bulunabilecek organik kirleticilerin sonakatalitik oksidasyon metodu ile giderimi için uygun olduğu düşünülen metallerle (Ti, Zr, Zn, Ce Pd, Pt ve Ag) kaplanmış SiO2 nanopartiküller katalizör yapılar olarak geliştirilmiştir. Katalizör yapılar için ilk olarak SiO2 nanopartiküllerin sentezlenmesi ve karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. Elde edilen yapılar üzerine değerli metaller kabul oluşturacak şekilde uygun bağlayıcı ajanlar yardımı ile entegre edilmiştir. Kataliz yapılarda XRD, SEM, FTIR-ATR ve N2-adsorpsiyon çalışmalrı ile karakterizasyon çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Karakterizasyon çalışmaları bu amaca ulaşıldığını göstermektedir. 
Model kirletici olarak oksidasyon direnci yüksek, sulu çözeltisinde düşük konsantrasyonda dahi ışık geçirgenliği az olan ve literatürde sıklıkla model kirletici olarak kullanılan Rhodamine-B kullanılmıştır. Giderim çalışmaları batch sistemle değişik zamanlarda (0-90 dk) örnek alınarak gerçekleştirilmiştir. Sonokatalitik giderime etki eden faktörler: kataliz miktarı (5mg/L, 10 mg/L, 20 mg/L ve 30 mg/L), boya çözeltisinin başlangıç konsantrasyonu (5ppm, 10ppm, 20ppm ve 40 ppm), sıcaklık(25,35 ve 45oC), pH (4,7 ve 9), H2O2 konsantrasyonu(0,001M, 0.01 M ve 0,05 M H2O2), O2 kaynağı kullanımı (0,6L/dak hava), çözelti hacmi (50, 100 ve 200 ml) ve tekrar kullanılabilirlik parametreleri incelenmiştir. Yapılan çalışmalar sonucunda yüksek dönüşüm değerleri elde edilmiştir (90 dakikada 50 ml çözelti ile SiO2-TiO2 ve SiO2-Ag kataliz yapılar için sırasıyla %95,4 ve %72,6).

Abstract:
Water pollution is one of the major issues to be resolved in our country and around the world because of its versatile, harmful effects on human health and the environment. The aim of the thesis is to evaluate the availability of the removal of pollutants found in waste water with the help of ultrasound and by using metal (Ti, Zr, Zn, Ce Pd, Pt ve Ag) coated SiO2 nanoparticles as catalysts. 
Although it is perceived that there are unlimited amount of potable water sources in the world, in fact, when the growing population is considered, potable water supplies are limited. In daily life, the amount of water used per person is increasing day by day because of industrialization. Many scientists point that the strategic importance of potable water sources will be higher than the oil sources in the future. Water does not have to be involved too much pollutants for qualifying it as unusable. Even a very small amount of pollutant is sufficient for the evaluation of it as unavailable. The main sources of pollutants in waste water are industrial, municipal and agricultural wastes. These effluents include contaminants such as, dyes, surfactants, heavy metals, and antibiotics.
Some of the pollutants found in wastewater are toxic, carcinogenic and mutagenic. Water is an important resource that can be recycled. After removal of pollutants in waste water, it can be used again and again. There are too many methods used to clean wastewater. Each of them has their own specific advantages and disadvantages. Today, sonocatalytic oxidation is the most prominent method because its energy efficiency is higher than the other treatment methods and it can be applied even for high concentrated wastewater that the photocatalytic oxidation could not be applied. However, compared to other methods, this method is very new and the appropriate catalyst development studies are still continuing. 
In this thesis,  metal (Ti, Zr, Zn, Ce Pd, Pt ve Ag) coated SiO2 nanoparticles which were considered as appropriate catalyst for sonacatalytic oxidation of organic pollutants found in wastewater were synthesized. For preparing catalyst structures, primarily SiO2 nanoparticles were prepared and characterized. Metals were integrated on the surface of the SiO2 nanoparticles by using suitable binding agents. XRD, SEM, FTIR-ATR and N2 adsorption studies was performed to determine the characteristics of the structure of catalyst. As a result of characterization, it was observed that the metal coating on surface of the support was achieved successfully.
Rhodamine-B which was used as a model contaminant in the literature because of its high oxidation resistance and low light transmittance even at low concentration in solution was used in the thesis. Influence factors that affect sonocatalytic degradation : catalysis amount (5 mg / L, 10 mg / L, 20 mg / L and 30 mg / L), the initial concentration of the dye solution (5ppm, 10ppm, 20ppm and 40 ppm), temperature (25.35 and 45 ° C), pH (4.7 and 9), the H2O2 concentration (0.001, 0.01 M and 0.05 M H2O2), O2 resource usage (0,6L / min air), the solution volume (50, 100 and 200 mL) and reusability parameters were examined. Degradation experiments will be performed in batch system by sampling in different time intervals. As a result of degredation experiment significant results were obtained (For SiO2-TiO2 ve SiO2-Ag catalyst removal efficiency was calculated as %95,4 and %72,6 respectively, at the end of 90 min and by using  50 ml solution).