Yüzeyi farklı karboksilik asitlerle modifiye edilerek yeni tio2 fotokatalizörlerin hazırlanması ve karakterizasyonu
Preparation and characterization of new tio2 photocatalysts, surface-modified with different carboxylic acids
Yazar: ÇAĞDAŞ BÜYÜKPINAR
Danışman: DOÇ. DR. NEVİM SAN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Fizikokimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
4-Nitrofenol endüstriyel alanda kullanılmakta olan bir kimyasaldır. Laboratuarlarda organik sentezlerde reaktan ve çözücü olarak kullanılmasının yanında herbisit, pestisit ve patlayıcı madde yapımında kullanılmaktadır. Canlı organizmalar üzerindeki zararlı etkisi ve zehirli oluşu nedeniyle önemli bir kirleticidir. Canlılar özellikle de insanlar üzerindeki toksik etkileri nedeniyle bulundukları ortamı, hava, su, toprak, kirleten bu tür maddelerin ortamdan uzaklaştırılması bilimsel olarak üzerinde en çok çalışan konuların başında gelir. Bu amaç ile kullanılmakta olan birçok yöntem olmasına karşılık her yöntemin kendine göre dezavantajları mevcuttur. Kullanılan bu geleneksel yöntemlere karşı alternatif olarak üzerinde çalışma yapılan yöntemlerden biri de heterojen fotokataliz yöntemidir. Bu yöntem, umut vaad eden bir yöntem olarak 30 yıllık gibi kısa bir süre işlevsel hale gelmeye başlamıştır.Heterojen Fotokatalitik Degradasyon yöntemi, özellikle organik kirleticilerin sularda yapmış olduğu kirliliği gidermek için üzerinde araştırma yapılan konuların başında gelir. Yöntemde yarıiletken bir katalizör ile oksijene ihtiyaç bulunmaktadır. Yapılan çalışmalar en etkin fotokatalizör olarak bir yarı iletken metal oksit olan TiO2 `nin kullanılmasının en uygun olduğunu göstermiştir. Ancak organik kirleticiler TiO2 yüzeyinde çok düşük miktarlarda adsorbe olduğundan, yöntemin uygulanmasında kısıtlamalara neden olmaktadırlar. Bu nedenle, yüzey modifikasyonu yapılarak TiO2'nin fotokatalitik etkinliğini artırmak sorunun çözümü için bir alternatiftir.Bu çalışmada, TiO2 fotokatalizörünün etkinliğini artırmak amacıyla yapısında bulunan karbonil grubu ?COOH grubu nedeniyle değişik karboksilik asitlerle yüzey modifikasyonu yapılmıştır. Bu amaçla sekiz adet karboksilik asit, salisilik asit, ftalik asit, malik asit, süksinik asit, malonik asit, aspartik asit, tartarik asit ve sitrik asit kullanılmıştır. 4-Nitrofenol model kirletici olarak seçilmiştir. Denemeler ticari adı Anataz P25 olan ve karboksilik asitler kullanılarak yüzey modifikasyonu yapılmış TiO2 fotokatalizörü kullanılarak sabit sıcaklıkta, süreksiz tip bir fotoreaktörde gerçekleştirilmiştir. Öncelikle fotokatalizör olarak kullanılan P25 Anataz'ın ve karboksilik asitlerle yüzey modifikasyonu yapılarak hazırlanan yeni fotokatalizörlerin yapısı FTIR, TG-DTA, BET, Zeta Sizer, SEM ve XRD teknikleri kullanılarak aydınlatılmaya çalışılmıştır. Ayrıca, yeni hazırlanan fotokatalizörlerin degradasyon hız sabitleri belirlenerek fotokatalizörlerin etkinlikleri belirlenmiştir.

Abstract:
4-Nitrophenol is a chemical that is used as reactant and solvent for organic synthesis in the industry. It also is used for the production of herbicides, pesticides and explosives. It is known as a pollutant because of its harmful and toxic effects over living organisms. Due to its toxic effects over living beings, especially humans, to rid these pollutants from the environment they soiled -air, water, earth- is one of the most scientifically researched areas. There are many methods used for this purpose but every method has its own disadvantages. One of the alternatives for these conventional methods is heterogeneous photocatalysis. It is a promising method that became operational in such a short period of time of 30 years.Heterogeneous photocatalytic degradation method is being studied for removing the organic contaminants from water in recent years. This method needs a semi- conducting catalyst and oxygen. The studies have shown that the most efficient photocatalyst is TiO2 which is a semi-conducting metal oxide. However, organic pollutants are adsorbed on TiO2 surface in minor concentrations and that limits the use of the method. Surface modification is an alternative for enhancing the photocatalytic efficiency of TiO2.In this study, surface of TiO2 photocatalyst was modified with carboxylic acids such as aspartic acid, phthalic acid, malic acid, malonic acid, salicylic acid, citric acid, succinic acid and tartaric acid because of the carboxyl group (-COOH) in their structure. 4-NP was chosen as the model pollutant. The reactions were carried out with the commercial brand of TiO2, P25 anatase and surface modified anatase with carboxylic acids in constant temperature and discontinuous photoreactor. Firstly the structural properties of P25 anatase and the newly prepared surface-modified photocatalysts were tried to be unraveled using FTIR, TG-DTA, BET, Zeta Sizer, SEM and XRD methods. Also, the new photocatalysts? efficiencies were tried to be determined by their degradation rate constants.