Geri Dön

Reaktif azo boyarmaddelerin TiO2 yüzeyinde adsorpsiyon ve dekolorizasyon reaksiyonlarının kinetik incelemesi

A kinetic study of the adsorption and decolorization reactions of azo dyes

  1. Tez No: 378408
  2. Yazar: SİNEM BAYRAM
  3. Danışmanlar: PROF. DR. ZEKİYE HATİCE ÇINAR
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Kimya, Chemistry
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2014
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Fizikokimya Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 140

Özet

Tekstil endüstrisinden bırakılan atık suların büyük bir kısmını azo boyarmaddeler meydana getirmektedir. Azo boyarmaddeler, oluşturdukları kovalent bağlar ile elyafa sıkıca bağlanma özelliklerinden dolayı reaktif boyarmaddelerin en yaygın kullanılan grubudur. Reaktif azo boyarmaddeler, degrade olmalarını zorlaştıran reaktif gruplarla birleşmiş iki aromatik halkaya bağlı bir veya daha fazla (–N=N–) azo bağı ile karakterize edilirler. Azo boyarmaddeler, aerobik degradasyona karşı dirençlidir ve degradasyon ürünleri son derece kanserojenik etki göstermektedir. Klasik arıtma yöntemleri, boyarmaddeleri atık sulardan uzaklaştırmada yetersiz kalmaktadırlar ya da boyarmaddeleri bir fazdan diğer bir faza taşıyarak ikincil bir kirlenmeye neden olmaktadırlar. Bu nedenle, çevre kirliliğine yol açan ve insan sağlığı için tehdit oluşturan boyarmaddelerin sudan uzaklaştırılıp, zararsız bileşiklere dönüştürülmesinde alternatif bir yönteme ihtiyaç duyulmaktadır. Atık sulardaki boyarmaddelerin dekolorizasyonu için alternatif bir yöntem olan TiO2 fotokatalizi, TiO2 partiküllerinin UV ışığı ile aydınlatılması sonucu çok yüksek derecede reaktif olan hidroksil radikalleri ve yük boşluklarının oluşmasına dayanır. Bu çalışma, reaktif ve sentetik Reaktif Kırmızı 195 (RR195) azo boyarmaddesinin adsorpsiyonunu ve fotokatalitik degradasyonunu içermektedir. Fotokatalitik degradasyon reaksiyonları sabit sıcaklıkta, süreksiz tip bir fotoreaktörde, UV-A ışığı altında ticari TiO2 Degussa P25 fotokatalizörü kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Optimum adsorpsiyon koşullarını belirlemek için başlangıç pH değeri, boyarmadde konsantrasyonu, adsorban konsantrasyonu gibi farklı parametreler kullanılmıştır. Adsorpsiyon deneylerinden elde edilen veriler Langmuir ve Freundlich izotermleriyle analiz edilmiştir. Degadasyon reaksiyonlarında, reaksiyon karışımından alınan örnekler UV-vis spektroskopi, FT-IR ve GC-MS ile analiz edilmiştir. Hedef molekülün degradasyon reaksiyonuna Yoğunluk Fonsiyoneli Yöntemi (DFT) uygulanmış ve reaktivite tanımlayıcıları DFT/B3LYP/6-31G* ile hesaplanmıştır. Sonuç olarak, •OH radikali saldırısı için molekülün reaktif bölgeleri belirlenmiş, DFT hesapları ile deneysel FT-IR ve GC-MS analizlerinin sonuçları birleştirilerek reaksiyon mekanizması öngörülmüştür. Bu çalışmanın sonuçları TiO2/UV fotokatalizi, tekstil endüstrisindeki seyreltik atık sular için bir arıtma metodu olarak kullanılabileceğini göstermektedir. Azo-boyarmaddenin dekolorizasyon-degradasyon deneylerinde optimum koşullarını belirlemek için adsorban konsantrasyonu, pH, boya konsantrasyonu gibi çeşitli parametreler belirlenmiştir. TiO2'in adsorpsiyon kapasitesini belirlemek amacıyla azo-boyarmaddenin sulu çözeltisinin farklı pH değerlerinde denemeler yapılmıştır. Maksimum adsorpsiyon pH 3 değerinde elde edilmiştir. Dekolorizasyon-degradasyon hızı Langmuir eşitliği ile modellenmiştir. Fotokatalitik degradasyon reaksiyonunun sonuçlarını açıklamak için görünür birinci mertebeden kinetik model kullanılmıştır. Hız sabitinin, başlangıç konsantrasyonunun tersi ile doğru orantılı olduğu elde edilmiştir. FTIR analizleri, adsorpsiyonun boyarmadde molekülünün sülfo ve karbonil grupları ile gerçekleşirken; dekolorizasyonun kromofor grubundaki –N=N– çifte bağlarının kırılmasıyla gerçekleştiğini göstermektedir.

Özet (Çeviri)

Azo dyes constitute an important class of pollutants in wastewater released from textile industries. Due to their ability to bind to fibers through formation of covalent bons, they are the most widely used group of reactive dyes. Azo dyes are characterized by one or more (-N=N-) azo bonds attached to two aromatic rings combined with reactive groups making them hard to degrade. Reactive azo dyes are resistant to aerobic degradation and their degradation products are highly carcinogenic. Conventional treatment methods are either ineffective to remove them from wastewater or they only transfer them to another phase causing a secondary pollution. Thus, there is a need to develop new methods to remove such hazardous dyes from water, converting them to harmless compounds. This study deals with the adsorption and photocatalytic degradation of Reactive Red 195 (RR195), a reactive synthetic dye chosen as the representative member of azo dyes. The reactions were carried out in a constant temprature batch-type photoreactor using commercial TiO2 as the photocatalyst under UV-A light irradiation. The effects of various parameters such as initial pH, concentration of dye and concentration of adsorbent were examined in order to find the optimum conditions. The data obtained from adsorption experiments were analyzed by the Langmuir and Freundlich adsorption models. Samples from the reaction mixture were analyzed by UV-vis spectroscopy, FTIR and GC-MS techniques. Conceptual Density Functional Theory was applied to the degradation reaction of the target molecule and reactivity descriptors were calculated by means of DFT/B3LYP/6-31G* level of theory. Eventually, the reactive sites of the molecule for •OH radical attack were determined and the reaction mechanism was predicted by combining the results of the DFT calculations with the experimental FT-IR and GC-MS analyses. The results of the study suggest that TiO2/UV photocatalysis may be used as a method for treatment of diluted wastewaters in textile industries. The effects of various parameters such as catalyst loading, pH and initial concentration of the azo-dye on decolorisation-degradation experiments were determined. Maximum adsorption was obtained at pH=3. A pseudo-first order kinetic model was used to describe the results of the photocatalytic degradation reaction. A linear dependence of the rate constant upon the reciprocal of the initial dye concentration was obtained. The FTIR analysis indicate that adsorption occurs through sulfo and carbonyl groups of the dye molecule, while decolorization by the breaking of the –N=N– double bond of the chromophore group.

Benzer Tezler

  1. Reaktif azo boyarmaddenin TiO2 nanopartikülleri ile fotokatalitik degradasyon kinetiğinin incelenmesi

    Investigation of the photocatalytic degradation kinetics of reactive azo dye with TiO2 nanoparticules

    SEZEN ÖZGÜR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2013

    KimyaYıldız Teknik Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ZEKİYE ÇINAR

  2. Bazı reaktif boyar maddelerin ileri oksidsasyon yöntemleriyle parçalanmasının incelenmesi

    Investigation of the degradation of some reactive dyes by using advanced oxidation techniques

    AYŞE ÖZLEM YILDIRIM

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2009

    KimyaÇukurova Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ŞERMİN GÜL

  3. Zeolit adsorbanlar kullanılarak atıksulardan boyarmadde ayrılması

    Removal of dyestuff from wastewater using zeolites as adsorbents

    ÖMER ÖZYILDIRIM

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2010

    Kimya MühendisliğiSakarya Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. VAHDETTİN SEVİNÇ

  4. Çok fonksiyonlu reaktif boyarmaddelerin sentezi ve tekstil uygulamaları

    Synthesis and textile applications of multifunctional reactive dyes

    SERHAT KARAKAYA

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    KimyaEge Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. AZİZE YEŞİM SALMAN

  5. Investigation of ultrasonical and microbial removals of C.I. reactive orange 107 textile dyestuff in single and in serial systems

    C.I. reactive orange 107 tekstil boyar maddesinin ultrasonik ve mikrobiyal gideriminin tekli ve ardışık sistemlerde incelenmesi

    ÖZLEM TUNÇ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2008

    Kimya MühendisliğiHacettepe Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Bölümü

    PROF. DR. ASTRİD REHOREK

    PROF. DR. ZÜMRİYE AKSU