Ftalosiyaninlerle duyarlaştırılmış TiO2 fotokatalizörlerinin sulardan amoksisilin ve Cr(VI)'nın gideriminde kullanımı

Abstract

Bu tez çalışmasının amacı; modifiye bir sol-jel yöntemi kullanılarak dört farklı ftalosiyanin (Pc: ZnPc, CuPc, CoPc, SiPc) türevleri ile duyarlaştırılmış TiO2 fotokatalizörlerinin hazırlanması, yapısal karakterizasyonu ve model kirleticilerin (amoksisilin ve Cr(VI)) fotokatalitik gideriminde etkinliğinin araştırılmasıdır. TiO2'e kütlece %1 oranında Pc türevleri yüklenerek hem katalizörün fotokatalitik etkinliğinin artırılması hem de görünür bölgeye kaydırılması amaçlanmıştır. Katalizörlerin homojen ve mezo gözenekli yapıya sahip olması için non-iyonik bir yüzey aktif madde olan Triton X-100 (TX-100) kullanıldı. Yükleme yapılmamış TiO2 türevleri de dahil olmak üzere toplamda 10 fotokatalizör incelendi. Hazırlanan nano kompozitlerin yüzey analizleri ve yapısal özelliklerinin belirlenmesi için FT-IR, XRD ve SEM analizleri yapıldı. Fotokatalizörlerin indirgeme kapasiteleri Cr(VI) (10 mg/L), yükseltgeme özellikleri ise antibiyotik amoksisilinin (AMOX; 20 mg/L) sulu çözeltileriyle test edildi. Çözeltideki Cr(VI) iyonlarının neredeyse tamamı giderildiğinden ZnPc ve SiPc ile duyarlaştırma işlemi başarılı görüldü. Sol-jel sentezinde ortamda TX-100 yüzey aktif maddesinin bulunması tüm katalizörlerin Cr(VI) giderim etkinliğini artırdığı gözlendi (%97,25). Hazırlanan tüm katalizörler AMOX giderimi için de test edildi. Genel olarak tüm katalizörlerin AMOX giderim verimleri düşük olsa da 254 nm'deki ışınlamanın etkin olduğu görüldü (%50,38). Giderim oranlarının iyileştirilmesi amacıyla bir seri optimizasyon çalışması (katalizör kütlesi, AMOX başlangıç derişimi, ışınlama süresi ve pH'ın etkisi) yapıldı. AMOX parçalanma ürünleri ve mineralizasyon oranlarını belirlemek için LC-MS/MS ve toplam organik karbon (TOK) testleri yapıldı. AMOX'un moleküler iyon ve fragment pikleri LC-MS/MS ile belirlendi. AMOX'un fotokatalitik giderimi sonrasında TiO2 ile 28,94 mg/L toplam organik karbon belirlenirken bu değer TiO2/ZnPc ile 32,91 mg/L'dir. The purpose of this thesis is to investigate and characterize the TiO2 photocatalysts which were prepared by sensitization with four different phthalocyanine derivatives (Pc: ZnPc, CuPc, CoPc, SiPc) using a modified sol-gel method. The catalysts were used for photocatalytic removal of model pollutants (amoxicillin and Cr(VI)). Pc derivatives were loaded on TiO2 at 1% mass ratio aiming to increase its photocatalytic action and to shift the light absorption to the visible region. Non-ionic surface active compound Triton X-100 (TX-100) was used to obtain homogenous and mesa pore catalyst structure. Total 10 photocatalysts, including neat TiO2, were examined. FT-IR, XRD and SEM analyses were carried out to determine the surface structural properties of the prepared catalysts. Photocatalytic reduction capacities were tested for Cr(VI) (10 mg/L) and photocatalytic oxidation capacities were tested for antibiotic amoxicillin (20 mg/L) aqueous solutions. With SiPc and ZnPc sensitization of TiO2 was determined successful since all Cr(VI) ions in the solution were successfully removed. It was monitored that the presence of surface active compound TX-100 in the sol-gel synthesis increased Cr(VI) removal rate (97.25%). Prepared catalysts were also tested for removal of AMOX. In generally, even if all catalysts exhibited low AMOX removal rates, it was observed that was active under 254 nm light (50.38%). To improve the AMOX removal a series of optimization studies were carried (catalyst mass, initial concentration, irritation time and pH effect). LC-MS/MS and total organic carbon (TOC) analyses were done to determine the AMOX degradation products and mineralization ratio. It was determined molecular ion and fragment ion peaks of AMOX. After AMOX photocatalytic degradation, while TiO2 was achieved 28.94% TOC yield, TiO2/ZnPc was 32.91% TOC yield.