9.ukmk 3-176
DESCRIPTION
Ulusal Kimya Mühendisliği Kongresi 2010TRANSCRIPT
![Page 1: 9.UKMK 3-176](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051318/577c79b91a28abe05493d3f2/html5/thumbnails/1.jpg)
9.Ulusal Kimya Mühendisliği Kongresi, Gazi Üniversitesi, Ankara
BOYAR MADDELERİN Mn, Fe, Ag METAL
OKSİTLERİ KATKILI TiO2 KATALİZÖRLERİ
İLE SULU ORTAMDA DEGREDASYONU
Özge KERKEZ1,2, İsmail BOZ2, Hasan USLU1,2, Selva ÇAVUŞ2
1 Beykent Üniversitesi, Mühendislik-Mimarlık Fakültesi, Kimya Mühendisliği, İstanbul, 343962 İstanbul Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Kimya Mühendisliği, İstanbul, 34320
![Page 2: 9.UKMK 3-176](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051318/577c79b91a28abe05493d3f2/html5/thumbnails/2.jpg)
İçerik
Endüstriyel Atık Sular, Geçerli Arıtma Yöntemleri Heterojen Fotokatalitik Degredasyon Fotokatalizörler ve Özellikleri Son Yıllarda Yapılan Çalışmalar
Deneysel: Katalizörlerin Hazırlanması ve Tanımlanması, Metilen Mavisi Degredasyon Reaksiyonları
Sonuçlar
![Page 3: 9.UKMK 3-176](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051318/577c79b91a28abe05493d3f2/html5/thumbnails/3.jpg)
Önemli Çevresel Problem: Endüstriyel Atık Sularİçerdikleri organik kimyasallar: boyar maddeler
Yüksek stabilite Çıkış akımlarında yüksek konsantrasyon Toksik, kanserojen
![Page 4: 9.UKMK 3-176](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051318/577c79b91a28abe05493d3f2/html5/thumbnails/4.jpg)
Su Arıtma Yöntemleri Biyolojik Prosesler Fiziksel Prosesler
Adsorpsiyon, Sedimantasyon, Koagülasyon, Filtrasyon, İyon Değişimi
Kimyasal Prosesler Klorlama, Ozonlama
İleri Oksidasyon Prosesleri Fenton prosesi (H2O2+UV, Fenton: H2O2+Fe2+/Fe3+, foto-
Fenton: H2O2+Fe2+/Fe3+ + UV)
Foto-ozonlama, ozon+kataliz, O3+H2O2, O3+Fe2+/Fe3+) Yarı-iletkenlerle Heterojen Fotokataliz
![Page 5: 9.UKMK 3-176](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051318/577c79b91a28abe05493d3f2/html5/thumbnails/5.jpg)
Heterojen Fotokatalitik Degredasyon
![Page 6: 9.UKMK 3-176](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051318/577c79b91a28abe05493d3f2/html5/thumbnails/6.jpg)
Heterojen Fotokatalitik Degredasyon
22CB OOe
HOHOHh 2VB
OHOHh VB
OHROHRH 2
![Page 7: 9.UKMK 3-176](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051318/577c79b91a28abe05493d3f2/html5/thumbnails/7.jpg)
Heterojen Fotokatalitik Degredasyon, TiO2
Fotokataliz ar-ge çalışmalarında en çok ilgi çeken yarı-iletken: TiO2
Biyolojik ve kimyasal inertlik Yüksek oksidasyon gücü Fotokorozyona ve kimyasal korozyona karşı uzun vadeli stabilite Çevre dostu (zehirsiz) Geniş bant aralığı, 3,2 eV (UV ışıması ile aktiflik göstermektedir)
VBCBhv
2 heTiO
![Page 8: 9.UKMK 3-176](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051318/577c79b91a28abe05493d3f2/html5/thumbnails/8.jpg)
TiO2 Taneciği Üzerinde Boyanın Parçalanması
![Page 9: 9.UKMK 3-176](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051318/577c79b91a28abe05493d3f2/html5/thumbnails/9.jpg)
Solar enerji kullanılması için görünür alan ışıma altında aktivite gösteren fotokatalizörlerin geliştirilmesi çalışmaların ilgi odağı olmuştur.
![Page 10: 9.UKMK 3-176](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051318/577c79b91a28abe05493d3f2/html5/thumbnails/10.jpg)
TiO2’i modifiye etmek Değerli metal yüklenmesi İyon katkılanması ( Metal iyonu katkılanması ve Anyon
katkılanması) Kompozit yarı-iletken sentezlenmesi Metal iyon implantasyonu
Yeni malzemeler kullanmak InVO4, AgAlO2, Bi2WO6, CaIn2O4, CaBi2O4...
Daha yüksek etkinlik gösteren ve görünür alan ışımaya duyarlı katalizör geliştirmek için:
![Page 11: 9.UKMK 3-176](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051318/577c79b91a28abe05493d3f2/html5/thumbnails/11.jpg)
Deneysel
Katalizörlerin Hazırlanması: İmpregnasyon metodu ile,
%2 Mn+4 / TiO2 (P25) %2 Fe+2 / TiO2 (P25) %2 Ag+1 / TiO2 (P25) %2 Ag2S / TiO2 (P25)
Solgel metodu ile, TiO2
%2 Ag+ / TiO2
![Page 12: 9.UKMK 3-176](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051318/577c79b91a28abe05493d3f2/html5/thumbnails/12.jpg)
XRD
20 30 40 50 60 70 80
ARA
AR
R
A
2 teta
Ag2S / TiO
2 imp.
Ag+1 / TiO2 imp.
Fe+3 / TiO2 imp.
Mn+4 / TiO2 imp.
![Page 13: 9.UKMK 3-176](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051318/577c79b91a28abe05493d3f2/html5/thumbnails/13.jpg)
XRD
20 30 40 50 60 70 80
AR
R
A
2 teta
TiO2 soljel
Ag+1 TiO2 soljel
Ag+1 / TiO2 imp.
![Page 14: 9.UKMK 3-176](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051318/577c79b91a28abe05493d3f2/html5/thumbnails/14.jpg)
Görünür Alan Reflektans Spektrumu
400 600 800
0
20
40
60
80
100%
Ref
lekt
ans
Dalgaboyu (nm)
Ag+1 /TiO2 imp.
Fe+3 /TiO2 imp.
Mn+4 /TiO2 imp.
![Page 15: 9.UKMK 3-176](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051318/577c79b91a28abe05493d3f2/html5/thumbnails/15.jpg)
Görünür Alan Reflektans Spektrumu
400 600 800
0
20
40
60
80
100
% R
efle
ktan
s
Dalgaboyu (nm)
Ag2S / TiO
2 imp.
Ag+1 / TiO2 imp.
Ag+1 TiO2 soljel
TiO2 soljel
![Page 16: 9.UKMK 3-176](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051318/577c79b91a28abe05493d3f2/html5/thumbnails/16.jpg)
Deneysel
Fotokatalitik reaksiyonlar: Metilen mavisi 20 ppm ve 10 ppm başlangıç konsantrasyonları Katalizör ilavesi Karanlıkta 2 saat adsorpsiyon UV ve görünür alan ışıma altında reaksiyon
500 550 600 650 700 750 800
Dalgaboyu (nm)
665 nm
R² = 0,9988
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
0 5 10 15 20
Konsantrasyon (ppm)
Abs
orba
ns
![Page 17: 9.UKMK 3-176](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051318/577c79b91a28abe05493d3f2/html5/thumbnails/17.jpg)
Reaksiyon Parametreleri Katalizör miktarı pH Işık şiddeti Organik boyanın konsantrasyonu
pH=6, 10 ppm boya konsantrasyonuUV ışıması
0,75 g/L katalizör miktarı, 10 ppm boya konsantrasyonuUV ışıması
0 20 40 60 80 100 120 1400,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
C/C
0
Reaksiyon Süresi (dak)
[TiO2]=0,1 g/L
[TiO2]=0,3 g/L
[TiO2]=0,75 g/L
0 20 40 60 80 100 120 1400,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
C/C
0
Reaksiyon Süresi (dak)
pH=2 pH=6 pH=10
![Page 18: 9.UKMK 3-176](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051318/577c79b91a28abe05493d3f2/html5/thumbnails/18.jpg)
Reaksiyon Sonuçları
Reaksiyon şartları: pH=6, 10 ppm metilen mavisi konsantrasyonu, 1 g/L katalizör yüklemesi, Görünür alan ışıma
0 50 100 150 2000,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
C/C
0
Reaksiyon Süresi (dak)
TiO2 (P25)
Ag+1 / TiO2 imp.
Fe+3 /TiO2 imp.
Mn+4 / TiO2 imp.
![Page 19: 9.UKMK 3-176](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051318/577c79b91a28abe05493d3f2/html5/thumbnails/19.jpg)
Reaksiyon Sonuçları
Reaksiyon şartları: pH=6, 10 ppm metilen mavisi konsantrasyonu, 1 g/L katalizör yüklemesi,Görünür alan ışıma
0 50 100 150 2000,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
C/C
0
Reaksiyon Süresi (dak)
Ag2S / TiO
2 imp.
Ag+1 /TiO2 imp.
Ag+1 TiO2 soljel
TiO2 soljel
TiO2 (P25)
![Page 20: 9.UKMK 3-176](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051318/577c79b91a28abe05493d3f2/html5/thumbnails/20.jpg)
Reaksiyon Sonuçları Metilen mavisi degredasyonunda en aktif katalizör: Ag+1/TiO2 imp
3 saat sonunda %77 dönüşüm sağlamıştır.
Mn ve Fe oksitlerinin yüklenmesi ile Ag kadar yüksek dönüşümlere ulaşılamamıştır. Ag +1 ile daha hızlı e- - h+ oluşumu veya daha düşük e- - h+
rekombinasyonu Reflektanslar düşük olmasına rağmen metilen mavisi degredasyonunda
yüksek dönüşümler sağlanmamıştır %2 Mn ve Fe metal oksitleri rekombinasyon merkezi olarak davranmıştır.
Bununla birlikte, soljel metoduyla hazırlanan anataz formundaki Ag+1 yüklü TiO2 katalizörü de %62 dönüşüm sağlamıştır.
![Page 21: 9.UKMK 3-176](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051318/577c79b91a28abe05493d3f2/html5/thumbnails/21.jpg)
Değerli Metallerin Yüklenmesi
Pt, Au, Pd, Rh, Ag gibi değerli metallerin yüklenmesiyle TiO2 ile fotokataliz etkinliğinin oldukça arttığı görülmüştür.
Bu metaller TiO2’den daha düşük Fermi seviyelerine sahiptir, fotonla uyarılan elektronlar iletkenlik bandından TiO2 yüzeyine yerleşmiş metal partiküllerine transfer olurlar.
Elektron-boşluk rekombinasyonu olasılığı önemli miktarda indirilmiştir.
![Page 22: 9.UKMK 3-176](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051318/577c79b91a28abe05493d3f2/html5/thumbnails/22.jpg)
Geçiş Metalleri İyonları Yüklenmesi
TiO2 kafes örgüsüne yerleşen metal iyonları, TiO2’nin bant aralığında safsızlık enerji seviyeleri oluştururlar. Işıma duyarlılığını görünür alana kaydırırlar.
Elektron-boşluk rekombinasyonunu erteler:
Optimum metal iyonu konsantrasyonu önemli bir parametredir.
1nCB
n MeM 1n
VBn MhM
e- tuzağı
h+ tuzağı
![Page 23: 9.UKMK 3-176](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051318/577c79b91a28abe05493d3f2/html5/thumbnails/23.jpg)
Sonuç Endüstriyel atık sulardan organik boyaların giderilmesi hem çevre
ve insan sağlığı hem de su kaynaklarının sürdürülebilirliği açısından önemli bir problemdir.
Heterojen fotokatalitik degredasyon bu problemin çözümü için umut veren etkili bir yöntemdir.
Prosesin problemleri: elektron-boşluk çiftinin yeniden birleşmesi, güneş ışığı kullanımının limitli olması
Bu çalışmada Ag+1 / TiO2 (P25) katalizörünün her iki probleme de çözüm getirdiği görülmüştür.
Bu yöndeki çalışmalarımız UV ışığına ihtiyaç duymayan, görünür alan ışımaya duyarlı daha yüksek aktivite gösteren katalizörler geliştirmeye yönelik devam etmektedir.
![Page 24: 9.UKMK 3-176](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051318/577c79b91a28abe05493d3f2/html5/thumbnails/24.jpg)
Referanslar 1. Jain, R. ve Shrivastava, M., “Photocatalytic removal of hazardous dye cyanosine from
industrial waste using titanium dioxide”, Journal of Hazardous Materials, 152, 216-220, 2008. 2. Kaur, S. ve Singh, V., “TiO2 mediated photocatalytic degradation studies of Reactive Red
198 by UV irradiation”, Journal of Hazardous Materials, 141, 230-236, 2007. 3. Erdemoğlu, S., Aksu, S. K., Sayılkan, F., İzgi, B., Asilturk, M., Sayılkan, H., Frimmel, F. ve
Güçer, Ş., “Photocatalytic degradation of Congo Red by hydrothermally synthesized nanocrystalline TiO2 and identification of degradation products by LC–MS”, Journal of Hazardous Materials, 155, 469-476, 2008.
4. Rauf, M. A. ve Ashraf, S. S., “Fundamental principles and application of heterogeneous photocatalytic degradation of dyes in solution”, Chemical Engineering Journal, 151, 10-18, 2009.
5. Tian, J., Wang, J., Dai, J., Wang, X. ve Yin, Y., “N-doped TiO2/ZnO composite powder and its photocatalytic performance for degradation of methyl orange”, Surface & Coatings Technology, 2009.
Meng Ni, Michael K.H. Leung, Dennis Y.C. Leung, K. Sumathy, 2007, A review and recent developments in photocatalytic water-splitting using TiO2 for hydrogen production, Renewable & Sustainable Energy Reviews, 11, 401-425
U.G. Akpan, B.H. Hameed, Parameters affecting the photocatalytic degradation of dyes using TiO –based photocatalysts: A review,2009, Journal of Hazardous Materials, 170, 520–529
R. Vinu, Giridhar Madras, Photocatalytic activity of Ag-substituted and impregnated nano-TiO2, 2009, Applied Catalysis A: General, 366, 130-140
![Page 25: 9.UKMK 3-176](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022051318/577c79b91a28abe05493d3f2/html5/thumbnails/25.jpg)
TEŞEKKÜRLER