Gözenekli cam üzerine immobilize edilmiş nadir toprak iyonu katkılı TiO2 ile sulardan boyar madde giderimi

Abstract

İleri oksidasyon prosesleri içerisinde heterojen fotokatalitik süreçler, zararlı ara ürünler üretmeden, ortam sıcaklığında ve basıncında farklı türlerdeki kirleticilerin etkin bir şekilde giderimini sağlayabilmektedir. TiO2, fotokataliz çalışmalarında en çok kullanılan yarı iletkendir. Diğer yarı iletken maddelere göre birçok avantaja sahip olan TiO2 fotokatalizörünün en büyük dezavantajı ise arıtım sonrasında toz dispersiyonlarının sudan ayrılmasının oldukça güç ve maliyetli olmasıdır. Çevreye salınımı ise, insan sağlığı ve ekolojinin bozulmasına yol açar. Bu nedenle TiO2 fotokatalizörünün bir destek tabakası üzerine sabitlenerek kullanılması ve gün ışığında da aktif hale getirebilmek için çeşitli yöntemlerle metalik/metalik olmayan elementler ile katkılandırılarak arıtımın sağlanması son yıllarda büyük ilgi gören konulardan birisidir. Bu çalışmada gözenekli cam destek malzemesinin üzerine Nd katkılı TiO2 kaplanarak sudan kolay ayrılabilen ve görünür ışık altında aktif olabilen bir fotokatalizör üretilmiştir. Üretilen bu materyal ile su ortamından farklı ortam şartlarında adsorpsiyon-fotokataliz yöntemi ile reaktif kırmızı-195 boyar maddesinin giderimi Taguchi deney tasarımı kullanılarak incelenmiş, sonuçlar ANOVA ile değerlendirilmiştir. En yüksek boyar madde giderimi başlangıç 3.5 pH değeri, 10 mg/L boyar madde konsantrasyonu, 0.2 g/L fotokatalizör miktarı için, 30 dk 9 W ve 18 W görünür ışık ışınımları altında %83 olarak elde edilmiştir. Ortam şartlarının boyarmadde giderimine etkisi başlangıç pH, reaksiyon süresi, fotokatalizör dozu, başlangıç boya konsantrasyonu ve ışık yoğunluğu için sırasıyla %53.76, %14.27, %11.80, %11.73 ve %1.18 olarak elde edilmiştir. ANOVA sonuçlarına göre P değerleri ışık yoğunluğu haricinde tüm diğer değişkenler için istatistikî olarak anlamlı bulunmuştur. Oluşturulan model için R2değeri %92.73, düzenlenmiş R2değeri %88.19 olarak elde edilmiştir.

In advanced oxidation processes, heterogeneous photocatalytic processes can effectively remove different types of pollutants at ambient temperature and pressure, without producing harmful intermediates. TiO2 is the most widely used semiconductor in photocatalysis studies. The disadvantage of the TiO2 photocatalyst, which has many advantages over other semiconductor materials, is that it is very difficult and costly to separate the powder dispersions from the water after treatment. Its release into the environment leads to deterioration of human health and ecology. For this reason, the use of TiO2 photocatalyst by fixing it on a support layer and making it active in daylight by doping with metallic/non-metallic elements by various methods is one of the subjects that have attracted great interest in recent years. In this study, a photocatalyst that can be easily separated from water and activated under visible light was produced by coating Nd-doped TiO2 on a porous glass support material. With this material, the removal of reactive red-195 dyestuff by the adsorption-photocatalysis process in different ambient conditions from the aquatic environment was investigated using the Taguchi experimental design, and the results were evaluated with ANOVA. The highest dye removal was obtained as 83% for the initial pH value of 3.5, dyestuff concentration of 10 mg/L, amount of photocatalyst 0.2 g/L, under 9 W and 18 W visible light irradiation for 30 minutes. The effect of ambient conditions on dyestuff removal was obtained as 53.76%, 14.27%, 11.80%, 11.73% and 1.18% for initial pH, reaction time, photocatalyst dose, initial dye concentration and light intensity, respectively. According to the ANOVA results, P values were statistically significant for all other variables except light intensity. The R2 value for the created model was 92.73% and the adjusted R2 value was 88.19%.