Fotokimyasal ileri oksidasyon prosesleri ve sol-jel yöntemiyle sentezlenen fotokatalizör ile azo boyar madde giderimi
Azo dye removal using photochemical advanced oxidation processes and photocatalysts synthesized by sol-gel method
Yazar: KÜBRA ÇOBANOĞLU
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ NEJDET DEĞERMENCİ
Kastamonu Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Azo boyar maddeler = Azo dyestuffs ; Fotokatalitik = Photocatalytic ; Kinetik = Kinetics ; Renk giderme = Decolorization ; İleri oksitlenme süreçleri = Advanced oxidation processes

Özet:
İleri oksidasyon prosesleri (İOP) özellikle yüksek çözünürlükleri ve düşük parçalanabilirlikleri nedeniyle tekstil endüstrisinde kullanılan reaktif azo boyaların gideriminde etkili bir seçenek olarak kullanılmaktadır. Çalışmanın ilk bölümünde UV tabanlı homojen ileri oksidasyon proseslerinden ultraviyole (UV) ışınlama, UV/hidrojen peroksit (UV/H2O2), UV/persülfat (UV/S2O8-2) ve UV/peroksimonosülfat (UV/HSO5-) proseslerinin boyar madde giderim verimine olan etkisi araştırıldı. UV/oksidant proseslerinde oksidan konsantrasyonu, başlangıç çözelti pH'ı, başlangıç RO122 konsantrasyonu ve çözelti sıcaklığının RO122 giderimine olan etkileri araştırıldı. Sadece UV ışınlaması (254 nm) altında 120 dakika sonunda %19.5 RO122 giderimi gerçekleşti. UV/oksidan proseslerinde pH 9'da RO122 giderimi azaldı. Deneysel sonuçlar RO122 gideriminin sözde birinci derece kinetiği iyi takip ettiğini ortaya koydu. Başlangıç oksidan konsantrasyonu ile sözde birinci derece kinetik hız sabiti (k1) arasında doğrusal bir ilişki olduğu belirlendi. UV/oksidan tabanlı üç proses içinde oksidan konsantrasyonu 50 mg/L, sıcaklık 20°C ve pH 5'te RO122 giderim verimliliği UV/H2O2 > UV/HSO5- > UV/S2O8-2 sırasındaydı. Herhangi bir spesifik oksidan konsantrasyonunda UV/H2O2 prosesi, UV/S2O82- and UV/HSO5- den daha yüksek RO122 giderimi sağladı. UV/H2O2 prosesinde yaklaşık %95 RO122 giderimi sağlamak için 50 mg/L H2O2 konsantrasyonunda 90 dakika reaksiyon süresine ihtiyaç duyulurken 100, 150 ve 200 mg/L H2O2 konsantrasyonunda sırasıyla 60 dakika, 45 dakika ve 30 dakika reaksiyon süresi gereklidir. RO122 giderim hızı, başlangıç oksidan konsantrasyonu ve sıcaklık arttıkça arttı ve başlangıç RO122 konsantrasyonu arttıkça azaldı. İkinci bölümde ise sol-jel yöntemi ile üretilen ZnO ve farklı oranlarda Zr katkılı ZnO (%10 Zr/ZnO, %5 Zr/ZnO, %2,5 Zr/ZnO, %1,25 Zr/ZnO) fotokatalizörler hazırlandı ve RO122'nin fotokatalitik giderimleri araştırıldı. 25 mg/L RO122 konsantrasyonu ve 0,6 gr fotokatalizör kullanılarak yapılan giderim çalışmasında %10 Zr katkılı ZnO fotokatalizörü en yüksek giderim hızına sahip fotokatalizör olarak belirlendi.

Abstract:
Advanced oxidation processes (AOP) are used as an effective option for the removal of reactive azo dyes used in the textile industry, especially due to their high solubility and low degradability. In the first part of the study, the dye removal efficiency of UV-based homogeneous advanced oxidation processes, ultraviolet (UV) irradiation, UV/hydrogen peroxide (UV/H2O2), UV/persulfate (UV/S2O8-2) and UV/peroxymonosulfate (UV/HSO5-) processes effect was investigated. The effects of oxidant concentration, initial solution pH, initial RO122 concentration and solution temperature on RO122 removal in UV/oxidant processes were investigated. 19.5% RO122 removal was achieved after 120 minutes under UV irradiation (254 nm) only. RO122 removal decreased at pH 9 in UV/oxidant processes. Experimental results revealed that RO122 removal followed pseudo-first-order kinetics well. It was determined that there was a linear relationship between the initial oxidant concentration and the pseudo-first order kinetic rate constant (k1). For the three UV/oxidant-based processes, the oxidant concentration was 50 mg/L, the RO122 removal efficiency at 20°C and pH 5 in the order UV/H2O2 > UV/HSO5- > UV/S2O8-2. At any specific oxidant concentration, the UV/H2O2 process had higher RO122 removal than UV/S2O82- and UV/HSO5-. While the UV/H2O2 process required 90 minutes reaction duration at 50 mg/L H2O2 concentration to provide 95% RO122 removal, it required 60 minutes, 45 minutes and 30 minutes reaction duration at 100, 150 and 200 mg/L H2O2 concentrations, respectively. RO122 removal rate increased with increasing initial oxidant concentration and temperature, and decreased with increasing initial RO122 concentration. In the second part, ZnO produced by sol-gel method and Zr doped ZnO (10% Zr/ZnO, 5% Zr/ZnO, 2.5% Zr/ZnO, 1.25% Zr/ZnO) photocatalysts were prepared and photocatalytic removals of RO122 were investigated. In the removal study using 25 mg/L RO122 concentration and 0.6 g photocatalyst, 10% Zr doped ZnO photocatalyst was determined as the photocatalyst with the highest removal rate.