Photocatalytıc oxıdatıon of organıc pollutants over bıomass derıved CQDs/TiO2 photocatalysts
Organık kirleticilerin biyokütle kaynaklı CQDs/TiO2 fotokatalizörleri üzerinde fotokatalitik oksidasyonu
- Tez No: 1017553
- Danışmanlar: PROF. DR. MERAL DÜKKANCI, DR. ÖĞR. ÜYESİ SİBEL BARIŞÇI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Ege Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Artan insan faaliyetleri, özellikle çevre ve insan sağlığı açısından ciddi riskler oluşturan perflorokarboksilik asitler (PFCAs) ve herbisitler gibi atıkların üretimini ve enerji talebini arttırmıştır. Bu kapsamda, atık suların arıtımı, kirlilik oluşumu ve enerji talebi problemlerini eş zamanlı olarak ele alarak sürdürülebilir bir yol sunmaktadır. Tezin ilk bölümünde, hidrotermal yöntemle elde edilen biyokütle kaynaklı karbon kuantum noktaları (CQDs) ve bunların TiO2 bazlı kompozitleri kullanılarak perflorooktanoik asidin (PFOA) UVC ve görünür ışık altında fotodegradasyon verimliliği incelenmiştir. Biyokütle kaynaklı CQD'ler, yer fıstığı kabuklarından (PCQDs) ve zeytin çekirdeğinden (OKCQDs) elde edilmiş olup TiO2'ler kompozitler sol–jel yöntemi kullanılarak başarılı bir şekilde hazırlanmıştır. Yapısal, morfolojik ve optik analizler, kompozitlerin etkin oluşumunu ve ışık emiliminin arttığını doğrulamıştır. Fotokatalitik çalışmalar, hem PCQD/TiO2 (%78.6 UVC ışık altında, %55.0 görünür ışık altında) hem de OKCQD/TiO2 (%90.1 UVC ışık altında, %80.3 görünür ışıkta) kompozitlerinin, saf TiO2'ye (%40.9 UVC altında, %23.7 görünür ışık altında) kıyasla PFOA degradasyon verimliliğini önemli ölçüde artırdığını göstermiştir. PCQD/TiO2 kompoziti için radikal tutucu deneyleri, ve OKCQD/TiO2 kompoziti için toksisite testi, toplam organik karbon (TOC) ve çözünmüş oksijen talebi (COD) analizleri ve gerçek su uygulamalarını (nehir suyu ve tekstil atık suyu) kapsayan deneyler yapılmış ve bu deneyler geliştirilen katalizörlerin çevresel önemini vurgulamıştır. Her iki kompozit için de yapılan tekrar kullanılabilirlik ve stabilite analizleri, üç döngü boyunca mükemmel performans sergileyerek sentezlenmiş kompozitlerin sürdürülebilir çevresel arıtım potansiyelini ortaya koymuştur. Tezinin ikinci bölümünde, herbisit Diuron'un (DRN) fotodegradasyonu, görünür ışık altında, mikrodalga destekli yöntemle elde edilmiş ve karbon kaynağı limon kabukları olan karbon kuantum noktaları (LPCQDs) ve onların sol–jel yöntemi ile hazırlanmış TiO2 bazlı kompozitleri (LPCQD/TiO2) kullanılarak incelenmiştir. Bunlara ilave olarak foto-indirgeme yöntemi kullanılarak, LPCQD/TiO2 kompozitine gümüş iyonları entegre edilmiş ve Ag@LPCQD/TiO2 kompoziti başarıyla sentezlenmiştir. Saf TiO2, LPCQD/TiO2 ve Ag@LPCQD/TiO2 kompozitleri üzerinde yapılan DRN fotodegradasyon deneyleri, sırasıyla %3.5, %17.1 ve %68.9 verimlilik göstermiştir; bu sonuçlar, Ag@LPCQD/TiO2'nin DRN'un fotodegradasyonu için en etkili fotokatalizör olduğunu ortaya koymuştur. Çalışmanın bir sonraki kısmında farklı parametrelerin (pH, başlangıç DRN konsantrasyonu ve katalizör miktarı) Ag@LPCQD/TiO2 kompoziti üzerinde DRN'un etkisi Minitab yazılımının merkezi kompozit tasarım (CCD) fonksiyonu kullanılarak incelenmiştir. İstatistiksel analizler, en önemli parametrenin pH olduğunu, ardından ise başlangıç DRN konsantrasyonu ve katalizör miktarı olduğunu ortaya koymuştur. Optimum koşullar, pH değeri 3, 2.5 ppm başlangıç DRN konsantrasyonu ve katalizör miktarı 1.05 g/L olarak belirlenmiştir. Ayrıca, Ag@LPCQD/TiO2 kompoziti üzerinde radikal tutucuların etkisi, oksidantların (K2S2O8 ve H2O2) etkileri, degradasyon ara ürünlerinin tayini ve gerçek su matrislerinin etkileri incelenmiş ve elde edilen sonuçlar DRN'nun fotodegradasyonunda Ag@LPCQD/TiO2 kompozit fotokatalizörünün verimli kullanımını vurgulamıştır. Dahası, bu kompozit üzerinde kinetik çalışmak yapılmış ve elde edilen sonuçlar DRN'nun fotodegradasyonu reaksiyonunun yalancı-birinci dereceden kinetiğe uyduğunu doğrulamıştır. Özetle, bu çalışma, biyokütle kaynaklı CQD'ler ve onların TiO2 bazlı kompozitlerinin, hem kalıcı perflorokarbon bileşikleri hem de herbisit kirlilikleri için etkin ve sürdürülebilir fotokatalizörler olarak potansiyelini vurgulamaktadır. Yeşil sentezin, reaktif tür analizleri ve gerçek su uygulamaları, bu sistemlerin pratik çevresel arıtım uygulamaları için umut vadettiğini göstermektedir.
Özet (Çeviri)
Increasing human activity has extended the waste generation and energy demand, especially such as persistent perfluorinated carboxylic acids (PFCAs) and herbicide pollutants that pose severe environmental and health risks. In this scope, wastewater treatment offers a sustainable route to simultaneously address pollution and challenges regarding to energy demand. In the first part of this thesis, the photodegradation performance of perfluorooctanoic acid (PFOA) under UVC and visible light irradiation were investigated using biomass-derived carbon quantum dots (CQDs) and their TiO2 based composites. Biomass-derived CQDs obtained from peanut shells (PCQDs) and olive kernel (OKCQDs) via hydrothermal method and furthermore, successfully integrated into TiO2 through sol–gel method. Comprehensive structural, morphological, and optical analyses confirmed effective composite formation and enhanced light absorption. Photocatalytic studies demonstrated significantly improved PFOA degradation efficiencies for both PCQD/TiO2 (78.6% under UVC, 55.0% under visible light) and OKCQD/TiO2 (90.1% under UVC, 80.3% under visible light), compared to pristine TiO2 (40.9 % under UVC and 23.7% under visible light). For PCQD/TiO2 composites, radical scavenger experiments performed and for the OKCQD/TiO2 composite, further evaluations including toxicity assays, total organic carbon (TOC) and chemical oxygen demand (COD) analyses, and real-water applications (river water and textile wastewater) underscored the environmental relevance of the developed catalysts. Reusability and stability analyses for both composites demonstrated excellent reusability over three cycles which highlighted their potential for sustainable environmental remediation. In the second part of the thesis, the photodegradation of the herbicide Diuron (DRN) was investigated, under visible light irradiation, by using lemon peels (LPCQDs) as carbon source via microwave-assisted method and the incorporation of TiO2 into the composite system accomplished through the sol-gel method. Furthermore, to obtain silver-doped LPCQD/TiO2 composite, photo-reduction method was used and Ag@LPCQD/TiO2 photocatalyst successfully obtained. Experiments performed for photodegradation of DRN over pristine TiO2, LPCQD/TiO2, and Ag@LPCQD/TiO2 composites and the results demonstrated the degradation efficiencies of 3.5%, 17.1%, and 68.9%, respectively. These results indicated the Ag@LPCQD/TiO2 composite was most effective photocatalyst for the photodegradation of DRN. In the following part of the study, influence of different parameters (pH, initial DRN concentration, and catalyst amount) on the photodegradation efficiency of DRN over Ag@LPCQD/TiO2 composite was investigated through central composite design (CCD), using Minitab software. Statistical analysis revealed that the pH was the most crucial parameter, followed by the initial DRN concentration and the catalyst amount. The optimum conditions determined as pH value of 3, 2.5 ppm initial DRN concentration, and 1.05 g/L catalyst amount. Furthermore, for the Ag@LPCQD/TiO2 composite, effects of radical scavengers, effects of oxidants (K2S2O8 and H2O2), identification of degradation intermediates, and validation in real water matrices was investigated and the results highlighted the effective usage of the Ag@LPCQD/TiO2 composite photocatalyst for the photodegradation of DRN. Moreover, kinetic study was performed and the results confirmed that the reaction followed pseudo-first-order kinetics. Overall, this study highlighted the potential of biomass-derived CQDs and their TiO2 based composites as efficient and sustainable photocatalysts for the degradation of both persistent perfluorinated compounds and herbicidal pollutants. The integration of green synthesis, mechanical understanding, and real-water validations underscores their promise for practical environmental remediation applications.
Benzer Tezler
- Keçi tüyünden üretilen karbon kuantum Dot/ZnO nanohibrit materyalinin organik kirleticilerin fotokatalitik gideriminde kullanılabilirliğinin araştırılması
Investigation of usability of carbon quantum Dot/ZnO nanohybrid material produced from mohair in photocatalytic removal of organic pollutants
MERVE VURUCUEL
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
KimyaErciyes ÜniversitesiNanobilim ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERKAN YILMAZ
- The valorization of various wastewater for hydrogen production by photocatalytic oxidation
Fotokatalitik oksidasyon yöntemi ile hidrojen üretimi için çeşitli atık suların değerlendirilmesi
CEREN ORAK
Doktora
İngilizce
2021
Kimya Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ASLI YÜKSEL ÖZŞEN
- İç ortamdaki inorganik ve organik kirleticilerin yeni teknolojiler ile giderilmesi
Removal of inorganic and organic pollutants in the indoor air by new technologies
BİLGE BETÜL ÖZÇELİK
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MELEK MÜMİNE EROL TAYGUN
- İletken polimer kaplı bizmut temelli kompozitlerin sentezi, karakterizasyonu, su kirleticilerinin fotokatalitik uzaklaştırılması ve daphnia magna (straus, 1820) üzerindeki toksisitenin değerlendirilmesi
Conductive polymer-coated bismuth-based composites: synthesis, characterization, photocatalytic removal of water pollutants, and evaluation of toxicity on daphnia magna (straus, 1820)
CAN ERGÜN
- ZnO ve TiO2'nin fiziksel buhar biriktirme (PVD) ile cam üzerinde büyütülmesi; optik, yapısal ve fotokatalitik özelliklerinin araştırılması
Growth of ZnO and TiO2 on glass by physical vapor deposition (PVD); investigation of optical, structural and photocatalytic properties
AHMET ÇETİN
Doktora
Türkçe
2024
Kimya MühendisliğiSivas Cumhuriyet ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET ŞİMŞİR