Elektrooksidasyon−elektrokoagülasyon hibrit prosesiyle fenol giderimi: Reaksiyon kinetiği ve metabolitlerin belirlenmesi
Removal of phenol by the electrooxidation-electrocoagulation hybrid process: Reaction kinetics and identification of metabolites
Yazar: HAZAL ÖZTÜRK
Danışman: PROF. DR. SEVİL VELİ
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Fenolün elektrokatalitik bozunumu, iki prosesin, elektrokoagülasyon (EK) ve elektrooksidasyon (EO), birleştirilmesi ile araştırılmıştır. Çalışmada Ti/Pt-Fe ve Ti/Pt-Al elektrot çiftleri kullanılmıştır. Elektrot malzemesi, başlangıç pH değeri (pHi), uygulanan akım ve sıcaklık gibi çeşitli çalışma parametrelerinin etkileri fenol giderim oranına göre değerlendirilmştir. Deneysel sonuçlar, Ti/Pt-Fe elektrot sisteminin, pHi 7,56'da ve 2 A akım altında 3 saatlik proses süresi sonunda %98'den fazla fenol giderimi sağladığını göstermiştir. Hibrit proses ile fenol giderim mekanizmasını anlamak için kinetik çalışmalar da yapılmıştır. Hibrit prosesin reaksiyon kinetiklerinin, yalancı birinci derece reaksiyon yasasına uygun olduğu ve pH 7,56'da uygulanan akımın artmasıyla kobs değerlerinde artış olduğu gözlemlenmiştir. Ayrıca yine hibrit proseste eş zamanlı gerçekleşen adsorpsiyon için difüzyon prosesinin büyük çoğunlukla reaksiyon hızını kontrol ettiği ve fenolün oluşan hidroksit flokları ile giderildiği belirlenmiştir. Hibrit proses ile fenol bozunumu ve giderimi sırasında oluşan yan ürünler tez çalışmasında tanımlanmıştır ve hidrokinon, parabenzokinon ve pirokatekolün başlangıç aşamalarında oluştuğu ve daha sonra parabenzokinon ve hidrokinonun daha sonra pirokatekole dönüştüğü görülmüştür. Fenol degradasyonu ve koagülasyonu aynı anda gerçekleştiğinden, prosesin son aşamalarına doğru ise kinonların, maleik asit ve oksalik asit gibi karboksilik asitlere dönüştüğü görülmüştür.

Abstract:
The electrocatalytic degradation of phenol has been investigated by combining two processes, namely electrocoagulation (EC) and electrooxidation (EO), as hybrid process. Ti/Pt-Fe and Ti/Pt-Al pairs of electrodes have been used in the study. The effects of various operating parameters such as electrode material, initial pH (pHi), applied current and temperature have been evaluated based on phenol removal rate. Experimental results showed that Ti/Pt-Fe electrode system provided more than 98% phenol removal for 3 h of process time at pHi 7.56 and applied current of 2 A. Kinetic studies have been also conducted to understand the mechanism of the phenol removal by the hybrid process. The reaction kinetics were fitted to pseudo-first order rate law, and the increase in kobs values was observed with the increase of applied current at pHi 7.56. Also, for adsorption part which occurred simultaneously, diffusion was mostly the rate controlling step for the phenol uptake onto hydroxide flocs. The transformation by-products have been identified for the hybrid process, and it was seen that hydroquinone, parabenzoquinone and pyrocatechol occurred at initial stages, and then parabenzoquinone and hydroquinone were subsequently converted to pyrocatechol. Through final stages, the quinones converted to the carboxylic acids, such as maleic acid and oxalic acid, as the phenol degradation and coagulation took place concurrently.