Fenollerin ileri oksidasyon prosesleriyle giderimi ve toksisite üzerine etkisinin incelenmesi
Investigating removal of phenols with advanced oxidation processes and its effect on toxicity
Yazar: AYSUN ALTIKAT
Danışman: YRD. DOÇ. DR. ZEYNEP CEYLAN
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Daphnia magna = Daphnia magna ; Fenton = Fenton ; Klorofenoller = Chlorophenols ; Nitrofenoller = Nitrophenolls ; Ozonlama = Ozonation ; Toksisite = Toxicity ; İleri oksitlenme süreçleri = Advanced oxidation processes

Özet:
Bu çalışmada 2-klorofenol, 2,4-diklorofenol, 2-nitrofenol ve 2,4-dinitrofenolün homojen ve heterojen İleri Oksidasyon Prosesleri (İOP) ile parçalanabilirliği incelenmiştir. Bu organik maddelerin parçalanabilirliği; model kirletici konsantrasyonu, KOİ ve TOK parametreleri ölçülerek araştırılmıştır. Tüm bu prosesler sonucunda kirleticilerin toksisitesi Daphnia magna kullanılarak toksisitelerinin giderimi bakımından analiz edilmiştir. Çalışmanın ilk kısmında tüm kirleticilerin H2O2 oksidasyonu incelenmiş, oksidasyon sonunda prosesin etkili olmadığı ortaya çıkmıştır. Daha sonra sırasıyla Fenton ve Fenton-benzeri proseslerinin etkinliği incelenmiştir. Bu prosesler için farklı H2O2, Fe+2, Fe+3, pH ve sıcaklık şartları denenmiş, optimum şartlarda model kirleticilerin tamamı giderilmiş, Fenton prosesi için %58,20-78,29 aralığında KOİ, %52,65-63,11 aralığında TOK ve %90-100 aralığında toksisite giderimi elde edilmiştir. Fenton-benzeri prosesi için ise %56,48-73,19 aralığında KOİ, %38,22-58,23 aralığında TOK ve %85-100 aralığında toksisite giderimi elde edilmiştir. Bir sonraki aşamada UV oksidasyonu gerçekleştirilmiş, fakat prosesin etkili olmadığı ortaya çıkmıştır. UV/H2O2 prosesinde ise H2O2 ilavesinin UV'nin etkinliğini arttırdığı belirlenmiştir. Model kirleticilerin giderimi üzerine Foto-Fenton ve Foto-Fenton-benzeri proseslerinin etkisi araştırılmış giderme verimleri Fenton ve Fenton-benzerinden daha düşük çıkmıştır.Fotokatalitik oksidasyonda kullanılmak üzere literatürde en yüksek verime sahip olan TiO2 ve ZnO için optimum katalizör dozajını belirlemek amacıyla farklı katalizör dozları denenmiş ve tüm model kirleticilerde TiO2'nin daha etkili olduğu ortaya çıkmıştır. Fotokatalitik oksidasyonda geleneksel katalizörlere alternatif olarak Tetrafenilporfin ve dört farklı metal (Kobalt, Bakır, Nikel ve Vanadyum) kompleksi denenmiş, sonuçlar geleneksel katalizörlere oldukça yakın bulunmuştur. Fotokatalitik oksidasyonda %75,14-85,63 aralığında model kirletici, %16,85-25,15 aralığında KOİ ve %9,54-11,56 aralığında TOK giderimi elde edilmiştir.Çalışmanın ilerleyen kısımlarında O3, O3/katalizör, H2O2/O3, UV/O3, H2O2/O3/katalizör, UV/O3/katalizör, O3/Fenton, O3/Fenton-benzeri, O3/Foto-Fenton, O3/Foto-Fenton-benzeri, H2O2/UV/O3 ve H2O2/UV/O3/Katalizör prosesleri denenmiş hem KOİ, hem TOK giderimi ve özellikle toksisitenin reaksiyonun ilk dakikalarında giderilmesi bakımından en etkili proses olarak O3/Foto-Fenton ve O3/Foto-Fenton-benzeri prosesi etkili bulunmuştur.

Abstract:
This study investigated degradability of 2-chlorophenol, 2,4-dichlorophenol, 2-nitrophenol, and 2,4-dinitrophenol with homogenous and heterogeneous advanced oxidation processes. The degradability of these organic substances was determined by measuring of concentration of model pollutants, COD and TOC parameters. At the end of all these processes, toxicity of pollutants was analyzed using Daphnia magna in terms of removing toxicities. During initial stage of the study, H2O2 oxidation of all pollutants was examined and it was concluded that the process was not effective at the end of oxidation. Then, efficiency of Fenton and Fenton-like processes was investigated, respectively. Different H2O2, Fe2+, Fe3+, pH and temperature conditions were used for these processes and all the model pollutants were removed under optimum conditions. COD, TOC, and toxicity removal were obtained respectively within the range of 58.20-78.29%, 52.65-63.11% and 90-100% for the Fenton process. On the other hand, for the Fenton-like process, COD, TOC, and toxicity removal were obtained respectively within the range of 56.48-73.19%, 38.22-58.23% and 85-100% UV oxidation was carried out in following stage, but the process was not found to be effective. Addition of hydrogen peroxide increased the efficiency of UV radiation in UV/H2O2 process. Effect of Photo-Fenton and Photo-Fenton-like processes on removal of the model pollutants was researched and the removal efficiencies were founded to be lower compared to Fenton and Fenton-like processes.For the photocatalytic oxidation, different catalyst dosages were used in order to determine optimum catalyst dosage for TiO2 and ZnO having the highest efficiency in literature. It was proved that TiO2 was more effective for all model pollutants. During photocatalytic oxidation, tetraphenylporphine and four different metal complexes (cobalt, copper, nickel and vanadium) were tried as an alternative to conventional catalysts. Results found were considerably close to those of conventional catalysts. Model pollutant, COD and TOC efficiencies were obtained respectively within the range of 75.14-85.63%, 16.85-25.15% and 9.54-11.56% in photocatalytic oxidation.O3, O3/catalyst, H2O2/O3, UV/O3, H2O2/O3/catalyst, UV/O3/catalyst, O3/Fenton, O3/Fenton-like, O3/Photo-Fenton, O3/Photo-Fenton-like, H2O2/UV/O3, and H2O2/UV/O3/catalyst processes were researched in following stages of the study. O3/Photo-Fenton and O3/Photo-Fenton-like processes were found to be the most effective processes in terms of COD, TOC removal and especially removal of toxicity at initial minutes.