4. DENEYSEL ÇALIŞMALAR
4.2 Parasetamolün Ag Katkılı TiO 2 Katalizörü ile Fotokatalitik Giderimi
4.2.3 Ag katkılı TiO 2 katalizöründe optimum katalizör
Çalışmanın bu kısmında optimum koşulları 1,0 Ag/TiO2 oranı, kalsinasyon sıcaklığı ve kalsinasyon süresi sırasıyla 450°C ve 2 saat olarak belirlenen Ag/TiO2
katalizörünün konsantrasyon değişiminin parasetamol giderimi ve k1 hız sabitine etkisi araştırılmıştır. Katalizör konsantrasyonuna bağlı olarak parasetamol giderimi ve k1 hız sabiti değişimi Şekil 4.11’de verilmiştir. Şekilde de görüldüğü üzere 0,25-1,00 g/L Ag/TiO2 katalizör konsantrasyonu aralığında %87,5-98,04 arasında parasetamol giderimi elde edilmiştir. En yüksek parasetamol giderimi 0,5 g/L katalizör konsantrasyonunda gözlenmiş ve bu konsantrasyonda k1 hız sabiti de artışmıştır. Bu yüzden en yüksek parasetamol gideriminin ve en yüksek k1 hız sabiti değerinin elde edildiği 0,5 g/L Ag/TiO2 katalizör konsantrasyonu parasetamol giderimi için optimum değer olarak belirlenmiştir ve bu konsantrasyon değerinde %98,04 parasetamol
giderimi elde edilirken, k1 hız sabiti de 30,52.10-3 (dak.-1) olarak hesaplanmıştır. Şekil 4.12’de 1,00 Ag/TiO2 oranı, 450°C kalsinasyon sıcaklığı, 2 saat kalsinasyon süresi ve 0,5 g/L Ag/TiO2 katalizörü ile UV-A ışığı altında yapılan fotokatalitik oksidasyon ile parasetamol konsantrasyonunun değişimi verilmektedir.
Şekil 4.11: 1,00 Ag/TiO2 katalizöründe katalizör konsantrasyonu ile parasetamol giderimi değişimi
Şekil 4.12: 1,00 Ag/TiO2 katalizörü ile UV-A ışığı altında parasetamolün giderimi 4.2.4 Ag katkılı TiO2 katalizörünün aktivitesinin değişiminin araştırılması
Çalışmanın bu kısmında diğer bölümlerde yapılan çalışmalar sonunda elde edilen optimum Ag/TiO2 (%ağırlık) oranı, kalsinasyon sıcaklığı ve kalsinasyon süresi sırasıyla 1,00 Ag/TiO2 (%ağırlık), 450°C ve 2 saat olarak belirlenen katalizör için katalizör aktivitesinin değişimi araştırılmıştır. Bu şartlar altında hazırlanan katalizör 6 kez fotokatalitik oksidasyona tabii tutularak parasetamol giderimindeki değişim gözlenmiştir. Her bir fotokatalitik oksidasyon sonrasında katalizör 105°C sıcaklıkta 1 gece bekletilerek kurutulmuş ve tekrar 0,5 g/L katalizör konsantrasyonu olacak şekilde kullanılmıştır. 1,00 Ag/TiO2 katalizörü ile 6 kez tekrar edilerek elde edilen
nm.
200,00 250,00 300,00 350,00 400,00
Abs.
2,000
1,500
1,000
0,500
0,000
0 dk.
15 dk.
30 dk.
45 dk.
60 dk.
90 dk.
120 dk.
gözlenmektedir. Katalizörün 5 kez kullanılmasında %94’ün üzerinde parasetamol giderimi elde edilmesine rağmen, parasetamol giderimi 6. kullanımda %90,27 değerine düşmüştür. Ancak, 1,00 Ag/TiO2 katalizörünün 6 kez tekrar edilmesine rağmen yine de %90 üzerinde parasetamol giderimi gözlenmiştir. Tüm tekrar çalışmalarında parasetamol giderimi %90,27-98,04 aralığında ve k1 (1. dereceden hız sabiti) ise 22,72-30,52.10-3 dak-1 aralığında kalmıştır (Çizelge 4.4). Aynı katalizör ile 6 kez tekrar edilerek yapılan çalışmalar sonunda 1. kullanım ve 6. kullanım arasında parasetamol gideriminde %7,9 parasetamol giderim hızında ise %25,6 azalma elde edilmiştir.
Şekil 4.13: Belirlenen optimum Ag/TiO2 katalizöründe aktivite değişimi
Çizelge 4.4: Belirlenen optimum Ag/TiO2 katalizöründe parasetamol giderimi, giderim hızı ve yarılanma süreleri
Tekrar
Parasetamol Giderimi (%)
k1*10-3
(dak.-1) R2
Yarılanma Süresi (dak.)
1 98,04 30,52 0,9272 23
2 94,57 25,39 0,9459 27
3 93,9 21,02 0,9619 33
4 96,63 24,51 0,9294 28
5 95,30 22,36 0,9494 31
6 90,27 22,72 0,9027 33
4.3 Parasetamolün Fe Katkılı TiO2 Katalizörü ile Fotokatalitik Giderimi
Fe katkılı TiO2 (Fe/TiO2) katalizörü ile yapılan çalışmalarda 5 farklı Fe/TiO2 (%ağırlık) oranı kullanılmış olup, en yüksek parasetamol giderimi elde edilen Fe/TiO2
katalizöründe 3 farklı (450-550-650°C) kalsinasyon sıcaklığında ve 3 farklı kalsinasyon süresinde (1-2-3 saat) parasetamol giderimi değişimi araştırılmıştır.
Çalışmalar 25 mg/L parasetamol konsantasyonunda 100 mL çözeltiye 0,5 g/L katalizör konsantrasyonu ilave edilerek gerçekleştirilmiştir. Çalışma sonunda Fe/TiO2
katalizöründe en yüksek parasetamol giderimi elde edilen Fe/TiO2 oranı, kalsinasyon sıcaklığı ve kalsinasyon süresi belirlenmiştir. Belirlenen Fe/TiO2 oranı, kalsinasyon sıcaklığı ve kalsinasyon süresinde elde edilen katalizörün tekrarlanabilirliğinin araştırılması amacıyla aynı katalizör ile 6 kez fotokatalik oksidasyon prosesinde parasetamol giderimi tekrar edilmiş ve bu proses sırasında katalizörün aktivitesindeki değişim araştırılmıştır.
4.3.1 Fe katkılı TiO2 katalizöründe Fe/TiO2 oranının belirlenmesi
Fe/TiO2 hazırlanarak yapılan çalışmalarda 5 farklı Fe/TiO2 (%ağırlık) oranı olarak 0,3;
0,6; 0,9; 1,5; 3,0 seçilerek yapılan, 450-550-650°C kalsinasyon sıcaklığı ve 2 saat kalsinasyon süresinde elde edilen parasetamol giderimi ve k1 (1. dereceden hız sabiti) değişimi Şekil 4.14’de verilmiştir. Şekilde de görüldüğü gibi Fe/TiO2 (%ağırlık) oranları ile yapılan çalışmada 550°C kalsinasyon sıcaklığına kadar parasetamol giderim veriminde artış gözlenmesine rağmen 650°C kalsinasyon sıcaklıklığında parasetamol giderim veriminin düştüğü görülmüştür. En yüksek parasetamol giderimi 550°C kalsinasyon sıcaklığında elde edilmiş ve 550°C kalsinasyon sıcaklığında, 0,3;
0,6; 0,9; 1,5 ve 3,0 Fe/TiO2 (%ağırlık) oranlarında parasetamol giderimi sırasıyla
%75,0; %88,5; %78,4; %82,5 ve %84,8 olarak elde edilmiştir (Şekil 4.15). Elde edilen sonuçlara göre; 0,6 Fe/TiO2 (%ağırlık) oranında %88,5 olarak en yüksek parasetamol giderimi gözlenmiştir. Çizelge 4.5’de 550°C kalsinasyon sıcaklığında ve 2 saat kalsinasyon süresinde tüm Fe/TiO2 oranlarında elde edilen parasetamol giderimleri, k1 sabitleri ve yarılanma süreleri verilmiştir ve çizelgeye göre en yüksek parasetamol giderimi elde edilen 0,6 Fe/TiO2 oranında k1 ve yarılanma süresi sırasıyla 15,7.10-3 dak-1 ve 44 dakika olarak hesaplanmıştır.
Şekil 4.14: Farklı Fe/TiO2 oranlarında parasetamol giderimi ve giderim hızının değişimi
Şekil 4.15: Farklı Fe/TiO2 oranlarında parasetamol zamana bağlı değişimi
Çizelge 4.5: Farklı Fe/TiO2 oranlarında 550°C kalsinasyon sıcaklığı ve 2 saat kalsinasyon süresinde parasetamol giderimleri
Fe/TiO2 oranı
(%ağırlık) Parasetamol Giderimi (%)
k1*10-3
(dak.-1) R2
Yarılanma Süresi (dak.)
0,3 75,0 10,7 0,9548 65
0,6 88,5 15,7 0,9479 44
0,9 78,4 13,6 0,9407 51
1,5 84,5 13,9 0,9594 50
3,0 84,8 14,9 0,8805 46
4.3.2 Fe katkılı TiO2 katalizöründe optimum kalsinasyon sıcaklığı ve süresinin belirlenmesi
Çalışmanın bu kısmında en yüksek parasetamol giderimi elde edilen 0,6 Fe/TiO2
(%ağırlık) katalizörü kullanılarak 450-550-650°C kalsinasyon sıcaklıklarında ve 1-2-3 saat kalsinasyon sürelerinde parasetamol giderimin değişimi araştırılmıştır. Elde edilen sonuçlar Şekil 4.16’de verilmiştir. Şekilde de görüldüğü üzere parasetamol giderimi ve giderim hızı grafikleri birbiri ile uyumlu olup, en yüksek parasetamol giderimi ve giderm hızı 550°C kalsinasyon sıcaklığında gözlenmektedir. Zn/TiO2 ve Ag/TiO2 katalizörlerinde de olduğu gibi 650°C kalsinasyon sıcaklıklarında parasetamol gideriminde ve parasetamol giderim hızında önemli bir düşüş görülmektedir. 550°C kalsinasyon sıcaklığında ise 1 saat kalsinasyon süresinde parasetamol giderimi %77,8 iken, 2 saat ve 3 saat kalsinasyon sıcaklıklarında parasetamol giderimi sırasıyla %82,8 ve %82,0 olarak elde edilmiştir. 2 saat ve 3 saat kalsinasyon sürelerinde parasetamol giderimi benzer olmasına rağmen, k1 (1.
dereceden hız sabiti) sırasıyla 14,9.10-3 dak-1 ve 13,2.10-3 dak-1 olarak hesaplanmıştır. Bu yüzden optimum kalsinasyon süresi 2 saat olarak belirlenmiştir.
Buna göre optimum kalsinasyon sıcaklığı ve kalsinasyon süresi sırasyla 550°C ve 2
saat olarak belirlenerek yapılan çalışmada parasetamol giderimi ve k1 hız sabiti sırasıyla %88,5 ve 15,7.10-3 dak-1 olarak elde edilmiştir.
Şekil 4.16: 0,6 Fe/TiO2 katalizöründe farklı kalsinasyon sıcaklıkları ve sürelerinde parasetamol giderimi değişimi
4.3.3 Fe katkılı TiO2 katalizöründe optimum katalizör konsantrasyonunun belirlenmesi
Optimum koşulları 0,6 Fe/TiO2 oranı, kalsinasyon sıcaklığı ve kalsinasyon süresi sırasıyla 550°C ve 2 saat olarak belirlenen Fe/TiO2 katalizörünün konsantrasyon değişiminin parasetamol giderimi ve k1 hız sabitine etkisi araştırılmıştır. Katalizör konsantrasyonuna bağlı olarak parasetamol giderimi ve k1 hız sabiti değişimi Şekil 4.17’de verilmiştir. Şekilde de görüldüğü üzere 0,25-1,00 g/L Fe/TiO2 katalizör konsantrasyonu aralığında %79,3-88,5 arasında parasetamol giderimi elde edilmiştir.
En yüksek parasetamol giderimi 0,5 g/L katalizör konsantrasyonunda gözlenmiş ve bu konsantrasyonda k1 hız sabiti de artışmıştır. Bu yüzden en yüksek parasetamol gideriminin ve en yüksek k1 hız sabiti değerinin elde edildiği 0,5 g/L Fe/TiO2 katalizör konsantrasyonu parasetamol giderimi için optimum değer olarak belirlenmiştir ve bu konsantrasyon değerinde %88,5 parasetamol giderimi elde edilirken, k1 hız sabiti de 15,7.10-3 (dak.-1) olarak hesaplanmıştır.
Şekil 4.18’de 0,6 Fe/TiO2 oranı, 550°C kalsinasyon sıcaklığı, 2 saat kalsinasyon süresi ve 0,5 g/L Fe/TiO2 katalizörü ile UV-A ışığı altında yapılan fotokatalitik oksidasyon ile parasetamol konsantrasyonunun değişimi verilmektedir.
Şekil 4.18: 0,6 Fe/TiO2 katalizörü ile UV-A ışığı altında parasetamolün giderimi 4.3.4 Fe katkılı TiO2 katalizörünün aktivitesinin değişiminin araştırılması
Bu kısımda, 0,6 Fe/TiO2 oranı, 550°C kalsinasyon sıcaklığı, 2 saat kalsinasyon süresi ve 0,5 g/L Fe/TiO2 katalizörü 6 kez fotokatalitik oksidasyona tabii tutularak parasetamol giderimindeki değişim gözlenmiştir (Şekil 4.19). Her bir fotokatalitik oksidasyon sonrasında katalizör 105°C sıcaklıkta 1 gece bekletilerek kurutulmuş ve tekrar 0,5 g/L katalizör konsantrasyonu olacak şekilde kullanılmıştır.
Şekil 4.19: Belirlenen optimum Fe/TiO2 katalizöründe aktivite değişimi
Şekilde de görüldüğü gibi parasetamol giderimi 6 kez kullanımında parasetamol giderimi %85-88 arasında değişmektedir. Parasetamol gideriminde belirgin bir düşüş gözlenmemesine rağmen parasetamol giderim hızı düşmüştür. 0,5 g/L Fe/TiO2
katalizörünün ilk kullanımında k1 (1. dereceden hız sabiti) ise 15,71.10-3 dak-1 iken 6.
kez kullanımda bu değer 13,72.10-3 dak-1 değerine düşmüştür (Çizelge 4.6). Aynı
nm.
200,00 250,00 300,00 350,00 400,00
Abs.
2,000
1,500
1,000
0,500
0,000
0 dk.
15 dk.
30 dk.
45 dk.
60 dk.
90 dk.
120 dk.
katalizör ile 6 kez tekrar edilerek yapılan çalışmalar sonunda 1. kullanım ve 6.
kullanım arasında parasetamol giderim hızında ise %12,7 azalma elde edilmiştir.
Çizelge 4.6: Belirlenen optimum Fe/TiO2 katalizöründe parasetamol giderimi, giderim hızı ve yarılanma süreleri
Tekrar
Parasetamol Giderimi (%)
k1 *10-3
(dak.-1) R2
Yarılanma Süresi (dak.)
1 88,53 15,71 0,9479 44,1
2 87,98 15,28 0,9255 45,4
3 86,52 15,04 0,9606 46,1
4 85,74 14,01 0,9423 49,5
5 87,43 13,72 0,8765 50,5
6 85,84 13,72 0,9263 50,5
4.4 Parasetamolün Farklı Işıklar Altında TiO2 ve Katkılı TiO2 Katalizörleri ile Fotokatalitik Giderimi
Çalışmanın bu kısmında ise optimum metal/TiO2, kalsinasyon sıcaklığı ve kalsinasyon süresi belirlenen Zn/TiO2, Ag/TiO2 ve Fe/TiO2 katalizörlerinin saf TiO2 ile karşılaştırılması ile elde edilen sonuçlar verilmiştir. Çalışmada kullanılan saf TiO2
katalizörü metal katkılı TiO2 katalizörleri ile aynı şekilde hazırlanmıştır. Hazırlanan saf TiO2 katalizörünün 450-550-650°C kalsinasyon sıcaklıklarında 2 saat kalsinasyon süresinde elde edilen sonuçlar Şekil 4.20’de verilmiştir. Saf TiO2 katalizörünün 450°C kalsinasyon sıcaklığı ve 2 saat kalsinasyon süresi ile UV-A ışığında %70,8 parasetamol giderimi elde edilirken, 550°C ve 650°C kalsinasyon sıcaklıklarında 2 saat kalsinasyon süresi ile hazırlanan saf TiO2 katalizöründe sırasıyla %82,0 ve
%66,5 parasetamol giderimi elde edilmiştir. Ayrıca k1 (1. dereceden hız sabiti) ise 450°C, 550°C ve 650°C kalsinasyon sıcaklıklarında sırasıyla 9,93.10-3; 13,1.10-3 ve 9,07.10-3 olarak hesağlanmıştır. Bu değerler neticesinde en yüksek parasetamol giderimi 550°C kalsinasyon sıcaklığı ve 2 saat kalsinasyon süresinde elde edilmiştir.
En yüksek parasetamol konsantrasyonu gözlenen 550°C kalsinasyon sıcaklığı ve 2 saat kalsinasyon süresinde kalsine edilen TiO2 katalizörü ile optimum şartları belirlenen Zn/TiO2, Ag/TiO2 ve Fe/TiO2 katalizörlerinin UV-Visible, UV-A, UV-B ve UV-C ışıkları altında parasetamol giderim değişimleri izlenmiş ve elde edilen parasetamol değişimleri Şekil 4.21’de verilmiştir. UV-Visible ve UV-A ışıkları altında yapılan çalışmalarda metal katkısının etkisi daha fazla gözlenirken, UV-B ve UV-C ışıklar altında yapılan çalışmalarda metal katkısının etkisi azalmıştır. Bunun sebebi TiO2 katalizörünün UV-B ve UV-C ışıkları altında aktivitesinin yüksek olamasından kaynaklanaktadır. Ancak tüm koşullarda en yüksek parasetamol giderimi Ag/TiO2
katalizöründe elde edilmiştir. UV-Visible ışık altında TiO2 katalizörü ile %7,6 parasetamol giderimi elde edilirken, Ag/TiO2 katalizöründe parasetamol giderimi
%28,6’ya çıkmıştır (Çizelge 4.7). Aynı şekilde UV-A ışık altında yapılan çalışmada TiO2 katalizörü ile %82 ve Ag/TiO2 katalizörü ile %98 parasetamol giderimi elde edilirken, UV-C ışık altında TiO2 katalizörü ile %92,4 ve Ag/TiO2 katalizörü ile %97,7 parasetamol giderimi gözlenmiştir. Zn/TiO2 katalizörü ile tüm ışıklarda Fe/TiO2
katalizörüne göre daha yüksek parasetamol elde edilmiştir.
UV-A ışık altında yapılan çalışmalarda 120 dakika sonunda elde edilen numunelerde ayrıca TOK analizi yapılmış ve elde edilen sonuçlar Çizelge 4.8’de verilmiştir. TOK giderim verimleri karşılaştırıldığında Fe/TiO2 katalizörü TOK giderimini %3 arttırırken, Zn/TiO2 katalizörü ile %9 artış gözlenmiştir. En yüksek TOK giderim artışı parasetamol giderimlerinde de olduğu gibi Ag/TiO2 katalizöründe elde edilmiş olup, saf TiO2 katalizörüne göre elde edilen TOK giderim verimi Ag/TiO2 katalizörü ile %55 artmıştır. Saf TiO2 katalizörü ile TOK giderimi %37,5 olarak elde edilirken, Ag/TiO2
katalizöründe TOK giderimi %58,2 olduğu görülmüştür.
Şekil 4.21: UV Vis-A-B-C ışık altında parasetamolün giderimi
Çizelge 4.7: Belirlenen optimum katalizörler ile UV Vis-A-B-C ışık altında parasetamolün giderimi
Katalizör
Parasetamol Giderimi (%)
UV C UV B UV A UV Vis
Saf TiO2 92,4 89,5 82,0 7,6
0,85 Zn/TiO2 92,9 99,6 90,3 20,4
1,00 Ag/TiO2 97,7 97,7 98,0 28,6
0,60 Fe/TiO2 82,8 98,0 88,5 14,6
Çizelge 4.8: Belirlenen optimum katalizörler ile UV A ışık altında parasetamol ve TOK giderimi
Katalizör Parasetamol Giderimi (%) TOK giderimi (%)
Saf TiO2 82,0 37,5
0,85 Zn/TiO2 90,3 41,0
1,00 Ag/TiO2 98,0 58,1
0,60 Fe/TiO2 88,5 38,8
En yüksek parasetamol konsantrasyonu gözlenen TiO2 katalizörü ile optimum şartları belirlenen Zn/TiO2, Ag/TiO2 ve Fe/TiO2 adsorpsiyon prosesi ile parasetamol gideriminin belirlenmesi amacıyla yapılan çalışmalarda elde edilen parasetamol değişimleri Şekil 4.22’de verilmiştir. Şekilde de görüldüğü üzere karanlıkta yapılan adsorbsiyon çalışmalarında parasetamol giderimi oldukça azdır. 0-2 saat arasında maksimum %5 parasetamol giderimi gözlenmiş ancak daha sonra desorpsiyon ile tekrar artış gözlenmiştir. Çalışmada parasetamolün saf TiO2 katalizörü ve etal katkılı TiO2 katalizörleri ile adsorblanma eğiliminin düşük olduğu açıkça görülmektedir (Şekil 4.22).
Şekil 4.22: Belirlenen optimum katalizörler ile adsorpsiyon prosesi ile parasetamolün giderimi
4.5 Optimum Oranları ve İşletme Koşulları Belirlenen Katalizörlerin Özellikleri Farklı oranlarda metal ilavesi ve farklı kalsinasyon sıcaklıkları ve kalsinasyon süreleri ile hazırlanan Zn, Ag ve Fe katkılı TiO2 katalizörleri ile yapılan çalışmalar sonucunda belirlenen optimum oranlardaki katalizörlerin özelliklerinin belirlenmesi amacıyla bu bölümde katalizörlerde yapılan SEM görüntü analizi, SEM EDX haritalama analizi ve FT-IR analizleri değerlendirilmiştir.
4.5.1 Saf ve metal katkılı TiO2 katalizörlerinin SEM analizleri
Saf TiO2 ile Zn, Ag ve Fe katkılı TiO2 katalizörlerinin SEM görüntüleri Şekil 4.23’de verilmiştir. Saf TiO2 katalizörü ve metal katkılı TiO2 katalizörleri uniform formda olup, boyutlarının küçük olmasından dolayı da birbirlerine yakın bir biçimde agregatlaşmış haldedirler.
Saf TiO2 katalizörünün EDX haritası Şekil 4.24’de, Zn katkılı TiO2 katalizörünün EDX haritası Şekil 4.25’de, Ag katkılı TiO2 katalizörünün EDX haritası Şekil 4.26’da ve Fe katkılı TiO2 katalizörünün EDX haritası ise Şekil 4.27’de verilmiştir. Katalizörlerde titanyum (Ti) ve oksijen (O) atomları ağırlıkça %20,9-22,2 ve %77,8-79,1 arasında atom ağırlığı oranında ise sırasıyla %8,10-8,70 ve %91,3-91,9 arasında değişmektedir. Ag katkılı TiO2 katalizöründe ağırlıkça %1,05 ve atom ağırlığı oranında %0,18 olarak gümüş (Ag) oranı elde edilirken, Zn ve Fe katkılı TiO2
katalizörlerinde sırasıyla ağırlıkça %0,31 ve %0,37 ve atom ağırlığı oranında ise
%0,09 ve %0,12 olarak metal oranları elde edilmiştir (Çizelge 4.9).
Şekil 4.23: Saf ve metal katkılı TiO2 katalizörlerinin SEM görüntüleri
Saf TiO2 Zn/TiO2
Ag/TiO2 Fe/TiO2
Şekil 4.25: Zn/TiO2 katalizörünün EDX haritası
Şekil 4.26: Ag/TiO2 katalizörünün EDX haritası
Şekil 4.27: Fe/TiO2 katalizörünün EDX haritası
Çizelge 4.9: Belirlenen optimum katalizörlerdeki SEM-EDX ile elemental oranları
Saf TiO2 Zn/TiO2 Ag/TiO2 Fe/TiO2
% ağırlık % atom % ağırlık % atom % ağırlık % atom % ağırlık % atom O 77,78 91,30 78,74 91,73 79,10 91,90 78,63 91,69
Ti 22,22 8,70 21,26 8,27 20,90 8,10 21,37 8,31
Zn - - 0,31 0,09 - - - -
Ag - - - - 1,05 0,18 - -
Fe - - - 0,37 0,12
4.5.2 Saf ve metal katkılı TiO2 katalizörlerinin FT-IR analizleri
Saf TiO2 katalizörünün FT-IR analizi Şekil 4.28’de, Zn katkılı TiO2 katalizörünün FT-IR analizi Şekil 4.29’de, Ag katkılı TiO2 katalizörünün FT-IR analizi Şekil 4.30’da ve Fe katkılı TiO2 katalizörünün FT-IR analizi ise Şekil 4.31’de verilmiştir. Yapılan FTIR incelemeleri sonucunda, 400-500 cm-1 arasındaki bantta Ti-O-Ti bağlarının oluştuğu ve 600-800 cm-1 arasındaki bantta Ti-O bağlarının oluştuğu görülmektedir (Bezrodna v.d., 2004). 1600-1700 cm-1 ve 3500 cm-1 civarında çıkan pikler, sırasıyla H-O-H (hidroksil gruplarına) ve O-H asimetrik ve simetrik vibrasyon hidroksil gruplarına aittir (Bezrodna v.d., 2004). Katalizörler kurutulup kalsine edilerek analiz edilmesine rağmen TiO2 katalizörlerinin su moleküllerini adsorblama özelliğe sahip olduğundan, 1600-1700 cm-1 arasında H-O-H pikler görülmektedir. Bu çalışmada elde edilen katalizörlerde 3500 cm-1 civarında belirgin bir pik görülmemesine rağmen 1600-1700 cm-1 arasında OH grubuna ait pikler gözlenmektedir. Saf TiO ve Zn, Ag ve Fe katkılı
katkısı ile bu bantlardaki pikler metal katkısı ile artmıştır. Ancak en belirgin değişiklikler Ag-TiO2 katalizöründe gerçekleşmiştir. Özellikle 2300-2400 ve 600-900 cm-1 arasında oldukça geniş pikler oluştuğu görülmektedir.
Şekil 4.28: Saf TiO2 katalizörünün FT-IR analizi
Şekil 4.29: Zn/TiO2 katalizörünün FT-IR analizi
Şekil 4.30: Ag/TiO2 katalizörünün FT-IR analizi
Şekil 4.31: Fe/TiO2 katalizörünün FT-IR analizi
5. SONUÇLAR VE TARTIŞMA
Bu projede elde edilen sonuçlar aşağıda kısaca özetlenmiştir.
Zn/TiO2 katalizöründe; 0,12-3,0 (%ağırlık) Zn/TiO2 oranı arasında en yüksek parasetamol giderimi 0,85 Zn/TiO2 oranında 500 °C kalsinasyon sıcaklığı ve 2 saat kalsinasyon süresinde gözlenmiştir. Aynı katalizörün 6 kez kullanılarak tekrar kullanılabilirliği araştırılan çalışma sonunda 6. kez kullanım sonunda parasetamol gideriminde %6,4 parasetamol giderim hızında ise %16,1 azalma elde edilmiştir.
Ag/TiO2 katalizöründe; 0,2-2,0 Ag/TiO2 (%ağırlık) oranı arasında en yüksek parasetamol giderimi 1,0 Ag/TiO2 oranında 450 °C kalsinasyon sıcaklığı ve 2 saat kalsinasyon süresinde gözlenmiştir. Aynı katalizörün 6 kez kullanılarak tekrar kullanılabilirliği araştırılan çalışma sonunda 6. kez kullanım sonunda parasetamol gideriminde %7,9 parasetamol giderim hızında ise %25,6 azalma elde edilmiştir.
Fe/TiO2 katalizöründe; 0,3-3,0 Ag/TiO2 (%ağırlık) oranı arasında en yüksek parasetamol giderimi 0,6 Fe/TiO2 oranında 550 °C kalsinasyon sıcaklığı ve 2 saat kalsinasyon süresinde gözlenmiştir. Aynı katalizörün 6 kez kullanılarak tekrar kullanılabilirliği araştırılan çalışma sonunda 6. kez kullanım sonunda parasetamol gideriminde %3,1 parasetamol giderim hızında ise %12,7 azalma elde edilmiştir.
Tüm metal katkılı TiO2 katalizörlerinde 650°C’de parasetamol gideriminde azalma gözlenirken, optimum kalsinasyon sıcaklıkları 450-550°C sıcaklıklar arasında elde edilmiştir. Kalsinasyon süresi ise tüm metal katkılı TiO2 katalizörlerinde 2 saat olarak belirlenmiş olup, 3 saat kalsinasyon süresinde parasetamol gideriminin düştüğü gözlenmiştir.
UV-A ışık altında gerçekleştirilen çalışmalarda saf TiO2 katalizöründe %82,0 parasetamol giderimi elde edilirken, Fe/TiO2, Zn/TiO2 ve Ag/TiO2 katalizörlerinde sırasıyla %88,5, %90,3 ve %98,0 parasetamol giderimi elde edilmiştir. Aynı zamanda saf TiO2 katalizöründe %37,5 TOK giderimi elde edilirken, Fe/TiO2, Zn/TiO2 ve Ag/TiO2 katalizörlerinde sırasıyla %38,8, %41,0 ve %58,1 TOK giderimi elde edilmiştir.
UV-Visible ışık altında gerçekleştirilen çalışmalarda saf TiO2 katalizöründe %7,6 parasetamol giderimi elde edilirken, Fe/TiO2, Zn/TiO2 ve Ag/TiO2 katalizörlerinde sırasıyla %14,6, %20,4 ve %28,6 parasetamol giderimi elde edilmiştir.
Optimum metal/TiO2 oranı, kalsinasyon sıcaklığı ve kalsinasyon süresi belirlenen katalizörlerde FT-IR, SEM analizleri yapılarak katalizörlerin özellikleri belirlenmiştir.
Bu proje sonunda metal katkılı TiO2 katalizörü ile parasetamol gideriminin arttığı görülmüştür. En yüksek parasetamol ve TOK giderimi Ag/TiO2 katalizöründe elde edilmiştir. UV-Visible ışık altında saf TiO2 katalizöründe parasetamol giderimi gözlenemezken, 6 saat sonunda Ag/TiO2 katalizöründe parasetamol giderimi %29’a kadar artmıştır. Bu sonuçlar ışığında TiO2 katalizörüne metal ilave edilmesinin ilaç gideriminin arttırılmasında ve UV-Visible ışık altında giderilmesinde oldukça önemli olduğu söylenebilir.
KAYNAKLAR
Acar A., Su ortamındaki bazı organic bileşiklerin Fotokatalitik yöntemle giderimi, Yüksek Lisans Tezi, Muğla Üniversitesi, (2011).
Adataş C., Parasetamol tabler preparatlarından etkin maddesinin yüksek performanslı sıvı krotomografisi yöntemi ile belirlenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Yakın Doğu Üniversitesi, (2011).
Aguilar C.A., Montalvo C., Ceron, J.G., Moctezuma E., Photocatalytic Degradation of Acetaminophen, International Journal of Environmental Research, 5, 4, 1071-1078, (2011).
Ahlgren P., Biodegradation of Potentially Harmfull Compounds in Wastewater Treatment, (Yüksek Lisans Tezi), Aalto University, Espoo, Finlandiya, (2012).
Akanyeti I., Evaluation of Combined and Source Separated Wastewater Treatment Systems in Terms of Pharmaceutical Compounds Removal, Nutrient and Energy Recovery, (Yüksek Lisans Tezi), Wageningen University, Wageningen, Hollanda, (2007).
Akbal F., Balkaya N., Toksik Organik Kirleticilerin Gideriminde İleri Oksidasyon Teknolojileri, Yıldız Teknik Üniversitesi Dergisi, 4, 47-55, (2002).
Andreozzi R., Caprio V., Moratta R., Vogna D., Paracetamol oxidation from aqueous solutions by means of ozonation and H2O2/UV system, Water Research, 37, 993-1004, (2003).
Bartha B. Uptake and metabolism of human pharmaceuticals in plants: Identification of metabolites and specification of the defense enzyme systems under pharmaceutical exposure, Doktora Tezi, München Teknik Üniversitesi, (2012).
Behera S.K., Kim H.W., Oh J.-E., Park H.-S., Occurrence and removal of antibiotics, hormones and several other pharmaceuticals in wastewater treatment plants of the largest industrial city of Korea, Science of the Total Environment, 409, 4351–
4360, (2011).
Bezrodna T., Puchkovska G., Shymanovska V., Baran J., Ratajczak H., IR-analysis of H-bonded H2O on the pure TiO2 surface, Journal of Molecular Structure 700, 175-181 (2004).
Chen H.G., Kumar R.V., Sol–Gel TiO2 in Self-Organization Process: Growth, Ripening and Sintering, RSC Advances, 2, 2294–2301, (2012).
Choi K., Kim Y., Park J., Park C., Kim M., Kim H.S., Kim P., Seasonal variation of several pharmaceutical residues in surface water and sewage treatment plants of
Choi K., Kim Y., Park J., Park C., Kim M., Kim H.S., Kim P., Seasonal variation of several pharmaceutical residues in surface water and sewage treatment plants of