Geri Dön

Application of carbocatalysts in water/wastewaterpractices: removal of endocrine disrupting compound bisphenol a

Karbokatalizörlerin su/atıksu uygulamalarında kullanımı: endokrin bozucu bisfenol a kirleticisinin giderimi

PDF İndir

  1. Tez No: 517175
  2. Yazar: ILAHA GAFARLI
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. TUĞBA ÖLMEZ HANCI
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2018
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Çevre Bilimleri Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Çevre Bilimleri ve Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 81

Özet

Endokrin bozucu bileşikler son yıllarda araştırmacılar için özel bir endişe konusuhaline gelmiştir. Endokrin bozucu bileşikler hormon gibi davranarak canlıyaşamlarını etkilemekte ve bu da birçok hastalığa neden olmaktadır. Erkeklerde vedişilerde üreme işlevini etkileyebilmektedir. Meme kanseri, anormal büyümepaternleri ve çocuklarda nörogelişimsel gecikmeler ve bağışıklık fonksiyonundakideğişiklikler gibi hastalıkları arttırmaktadır. Endokrin bozucu kimyasallar (EBK)çoğunlukla insan yapımı olup, böcek ilacı, metal, katkı maddesi veya gıda ve kişiselbakım ürünlerindeki kirleticiler gibi çeşitli materyallerde bulunur. İnsan, gıda, toz vesu içilmesi yoluyla, havadaki gazların ve parçacıkların teneffüs edilmesi yoluyla vecilt boyunca bu kimyasallara maruz kalmaktadır. Oldukça karmaşık yapılı endokrinbozucu bileşiklerin etkin bir şekilde arıtımı, karasal ve sudaki çevrenin, bu önceliklikirleticilerin neden olduğu ekotoksikolojik etkilerden korunmasında önemkazanmaktadır. Bu ksenobiyotik bileşiklerin listesi geniştir ve aşağıdaki kimyasallarailesini içerir: alkilfenoller (AP), ftalatlar, bisfenol A (BPA), polibromodifenileterlerve doğal ve sentetik östrojenler. Endokrin bozucu bileşiklerin tamamen giderilmesi,zararsız bozunma ürünlerine dönüştürülmesi veya endokrin aktivitelerinuzaklaştırılması için uygun ve etkili yöntemlerin geliştirilmesi için kapsamlıaraştırmalar devam etmektedir. Reaktif serbest radikallerin üretilmesine dayanan ilerioksidasyon prosesleri (İOP), tek başına veya klasik teknolojilerle kombinasyonhalinde farklı kimyasal yapılara sahip birçok organik kirleticinin gideriminde çokönemli bir rol oynamaktadır. Son yıllarda, çözülmesi zor, hatta inert ve/veya toksikkirleticilerin sülfat radikali temelli İOP yoluyla uzaklaştırılmasına yönelikaraştırmalar ön plana çıkmıştır.Bisfenol A (4,4 '- (propan-2,2-diil) difenol), organik sentetik bir bileşiktir.Difenilmetan türevleri ve iki hidroksifenil grubuna sahip bisfenollere ait kimyasalformül (CH ) C(C H OH) şekildedir. Bisfenol A (BPA), polikarbonat plastikler ve₃ ₂ ₆ ₄ ₂epoksi reçineleri üretiminde yaygın olarak kullanılan endokrin bozuculardandır.Polikarbonatlar gıda ve içecek ambalajı, kompakt diskler, otomotiv lensleri, tıbbicihazlar, motosiklet kaskları ve güvenlik gözlükleri gibi pek çok tüketici ürünününimalatında birçok uygulamaya sahiptir. Ayrıca diğer tüketici ürünlerinde dekullanılabilirler. Polikarbonat plastiklerin aksine, gıda kutuları, şişe üstleri ve subesleme hatları, bazı diş sızdırmazlık ürünleri ve kompozitler gibi metal ürünler içinepoksi reçineler kullanılmaktadır. Bazı araştırmalar, BPA'nın endokrin sistemi, merkezi sinir sistemini olumsuzetkilediğini ve plasenta ve anne sütü yoluyla hamile kadından gelişmekte olan fetusaveya çocuğa aktarıldığını göstermektedir. Bu kimyasalların zararli etkisinden dolayı çevrede BPA'ya ne olduğunu belirlemekiçin çok sayıda doğrulanmış çalışma yapılmıştır. Biyolojik arıtmanın uzun arıtmasüreleri gerektirmesi ve BPA'ların tamamen bozunmaması nedeniyle BPAgideriminde hızlı ve etkin arıtma gerçekleştiren ileri oksidasyon prosesleri (İOP)geliştirilmiştir.Birçok uygulama yöntemi, fenoller, böcek öldürücüler, çözücüler, ev kimyasalları veilaçlar gibi birçok kirletici maddenin arıtımında etkili değildir, buna karşın yüksekkimyasal stabiliteye ve/veya düşük biyo-bozunmaya sahip atıksu bileşenlerininarıtımı için farklı İOP önerilmektedir. Reaktif serbest radikallerin (hidroksil, HO vesülfat, SO4- radikalleri gibi) üretimine dayanan İOP, tek başına veya gelenekselteknolojilerle kombinasyon halinde, farklı kimyasal yapılara sahip birçok organikkirleticinin arıtımında çok önemli bir rol oynar. Son yıllarda SO4- temelli İOP ilezor, hatta inert ve/veya toksik kirleticilerin giderilmesi üzerine araştırmalar ön planaçıkmıştır. Genellikle, persülfat (PS) ve peroksimonosülfat (PMS) oksidanlarıhomojen veya heterojen aktivasyon yoluyla sülfat kökleri üretmek içinkullanılmaktadır. PS veya PMS'i active etmek için, homojen kataliz, ısı, alkali, UVveya metal iyonları ile uygulanabilmektedir. Heterojen kataliz ise, sülfat peroksittuzlarını aktive etmek için kobalt veya mangan bazlı katalizörler gibi katı maddelerkullanılarak uygulanabilir.Fiziksel ve kimyasal özelliklerinden dolayı, grafen, fulleren ve karbon nanotüplerigibi nanokarbonlar, metal içermeyen çevre dostu katalizörlerdir. İlk önce indirgenmişgrafen oksit (rGO) ve yüzeyi ayarlanmış karbon nanotüpleri organik kirleticilerinkatalitik oksidasyonu için reaktif türler üretmek üzere PMS ve PS'yi etkili bir şekildeaktive ettiği ortaya çıkmıştır. Son zamanlarda, karbokatalizörlerin katalitikperformansının önemli ölçüde iyileştirilebileceği bildirilmiştir. rGO/oksidan arıtmasistemlerinde rGO ve oksidan arasinda gerçekleşen elektron transferi ile serbestradikaller (HO• ve SO4•-) oluşmaktadır. Ortamda oksidanın bulunması ise oluşanradikal sayısını artırarak oksidasyonun daha hızlı gerçekleşmesini sağlamaktadır. Bu çalışmada BPA model kirleticisinin arıtımı için PS ve PMS'nin aktivasyonundakullanılan rGO katalizörünün performansı distile su (DS) ve evsel atıksu arıtma tesisiçıkış suyu (AAS) kullanılarak değerlendirilmiştir. Sentezlenen rGO'nun morfolojisi,yapısal özelliği, çeşitli tekniklerle karakterize edilmiştir. Etkin radikal türünün ortayakonması amacı ile deneyler yapılmış ve bir karbokatalizör olan rGO'nun kullanıldığıarıtma sistemlerinin mekanizması ortaya konmuştur. Ayrıca bu deneysel çalışmakapsamında, rGO'nun stabilitesi ve yeniden kullanılabilirliği sorgulanmıştır. Çalışmada aynı zamanda oksidan (PS ve PMS) ve katalizör (rGO)konsantrasyonlarının BPA arıtımı üzerindeki etkileri incelenmistir. PS/rGO prosesiile BPA'nın tamamen giderimi DS ve AAS'de sırası ile 10 ve 30. dakikalardagerçekleşmiştir. PMS/rGO prosesi ile BPA giderim verimleri DS'de %94, AAS'de%83'tür (BPA=2mg/L; rGO=0.02g/L; PS=0.25mM; PMS=0.5mM). Etkin radikaltürünün belirlenmesi amacı ile yapılan deneylerde, sülfat radikalinin BPA'nıngiderilminde etkin tür olduğu belirlenmiş, ancak hidroksil radikalinin de katalitikoksidasyon sürecine daha düşük bir seviyede de olsa katkı sağladığı bulunmuştur. Yeniden kullanım deneylerinde, rGO/PS sistemi için ilk deney %100 verim, ikincideneyde %68 ve son iki deney %33 ve% 35 verimlilik sağlamıştır. İkinci döngüdensonra katalizörün etkinliğinin ciddi oranda düştüğü görülmektedir. Bu sonuçlarrGO'nun stabilitesinin arttırılması için daha ileri çalışmalara ihtiyaç olduğunuvurgulamıştır. Bu çalışma, BPA'nın çevresel olarak uyumlu ve verimli bir oksidatifarıtma sistemleri ile giderimi araştırılmış, rGO katalizörünün PS ve PMSaktivasyonunda kullanımı incelenmiştir.

Özet (Çeviri)

Environmental contaminant has now major regulatory implications toward theecosystem health. Endocrine disrupting compounds (EDCs) have become a subjectof particular concern to researchers in recent years because they act as hormones andhave an impact on living life, which in turn causes many diseases. EDCs can effectreproductive function in males and females. Increased incidence of breast cancer,abnormal growth patterns and neurodevelopmental delays in children, as well aschanges in immune function. (EDCs) are mostly man-made, found in variousmaterials such as pesticides, additives or contaminants in food, and personal careproducts. These chemicals can interfere with endocrine or hormone systems atcertain doses. Human exposure to these chemicals via ingestion of food, dust andwater, via inhalation of gases and particles in the air, and through the skin. Achievingefficient treatment of highly complex structured EDCs has become important inprotecting terrestrial and aquatic environments from the ecotoxicological effectscaused by these priority pollutants. The list of such xenobiotic compounds is broadlyfor example alkylphenols (AP), phthalates, bisphenol A (BPA),polybromodiphenylethers and natural and synthetic estrogens. Extensive research isunderway to develop appropriate and effective methods for the complete removal ofEDCs, conversion to harmless degradation products, or removal of endocrineactivities. Advanced oxidation processes (AOP) based on the production of reactivefree radicals play a very important role in the removal of many organic pollutantswith different chemical structures, either alone or in combination with classicaltechnologies. In recent years, research has been focused on the removal of difficult,even inert and / or toxic contaminants via the sulfate radical-based AOP.Bisphenol A (BPA, 4,4'-(propane-2,2-diyl) diphenol) is an organic syntheticcompound. Chemical formula (CH ) C(C H OH) belonging to the group of₃ ₂ ₆ ₄ ₂diphenylmethane derivatives and bisphenols, with two hydroxyphenyl groups.Mainly found in polycarbonate plastics and epoxy resins. Polycarbonate plastics areoften used in containers that store food and beverages, compact disk, motorcyclehelmets, medical devices. They may also be used in other consumer goods. Unlike polycarbonate plastics, epoxy resins are used to coat the inside of metal products,such as food cans, bottle tops and water supply lines, some dental sealants andcomposites. Some research shown that BPA has adversly affects the endocrine system, the centralnervous system and can also be transferred from the pregnant woman to thedeveloping fetus or child through the placenta and breast milk. Because of theadverse effect of these chemical numerous validated studies have been conducted to determine what happens to BPA in the environment. Due to the fact that biotreatmentrequires long retention times and cannot degrade BPAs completely, rapid andefficient treatment process including advanced oxidation process (AOPs) havesuccessfully been developed to the efficient treatment of BPAs. Most methods of application are not effective in the treatment of many contaminantssuch as phenols, insecticides, solvents, household chemicals and medicines, whereasdifferent AOPs are recommended when wastewater components have a highchemical stability and/or low biodegradability. AOPs represent a collection ofvarious technologies based on the use of different oxides that can provide the fullmineralization of many organic chemicals (conversion to CO2). AOPs based on theproduction of reactive free radicals (such as hydroxyl, HO and sulfate, SO4-radicals) play a very important role in the treatment of many organic pollutants withdifferent chemical structures, either alone or in combination with conventionaltechnologies. In recent years, research on the removal of difficult-to-treat, even inertand/or toxic pollutants by SO4- -based AOPs has come to the forefront. SO4- candestruct variety of organic contaminants. Genarally, persulfate (PS) andperoxymonosulfate (PMS) can be used to generate SO4- by either homogeneous orheterogeneous activation. To activate PS or PMS we can use homogeneous catalysiswhich applies heat, alkaline, UV or metal ions. Heterogeneous catalysis employssolid materials, such as cobalt or manganese based catalysts to activate the sulfateperoxide salts. Because of the physical and chemical properties nanocarbons such as graphene,fullerene, and carbon nanotubes with fascinating, have availed themselves for metal-free environmental catalysis. Firstly, discovered reduced graphene oxide (rGO) andsurface tuned carbon nanotubes can efficiently activate PMS and PS to generatereactive species for catalytic oxidation of organic pollutants. It was further reportedthat the catalytic performance of the carbocatalysts can be significantly improved. rGO exhibits a capacity to degrade organic pollutants. rGO/oxidant treatmentsystems showed high oxidation capacity due to the high activation capacity of rGOover a wider pH range and leads to generation of HO and SO4- by an electrontransfer mechanism from rGO to oxidant. The presence of an oxidant in the mediumincreases the number of radicals formed, which leads to faster oxidation.In the present study, the performance of reduced graphen oxide (rGO) wasinvestigated as an activator for PS and PMS to degrade Bisphenol A (BPA), one ofthe most common known EDCs, from different aqueous matrices namely distilledwater (DW) and municipal wastewater treatment plant effluent (TWW). Themorphology, textural property and structure of the prepared rGO before theactivation of oxidants were thoroughly characterized by various techniques andradical scavenging experiments were employed in order to deliver an insight into thegeneration and evolution of reactive radicals on the metal-free rGO catalyst.Furthermore, the stability and reusability of the rGO was also questioned within thescope of this experimental study.The effect of oxidant (PS and PMS) and catalyst (rGO) concentrations on BPAdegradation rates in DW and TWW samples was examined. Complete BPAdegradation occurred in DW and TWW with the PS/rGO treatment system after 10 min and 30 min, respectively, whereas 94% (DW) and 83% (TWW) BPA removalswere obtained with PMS/rGO for the same treatment period (BPA=2mg/L;rGO=0.02g/L; PS=0.25mM; PMS=0.5mM). The radical quenching experimentsdemonstrated that the SO4- predominated in the activation of PS and PMS with rGOfor BPA removal, however, HO contributed to the catalytic oxidation process but toa lower extend. The reusability test results, where the catalyst was deactivatedseriously just after second cycle, highlighted the need for further studies to enhancethe stability of rGO. This study represented an environmentally benign and efficientoxidative treatment of BPA along with insights into the rGO activated PS or PMS processes.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    82559

    Application of total quality management (TQM) approaches on a web-based TQM course desgn and conduct

    Toplam kalite yönetimi yaklaşımlarının web'e dayalı bir toplam kalite yönetimi dersinin tasarımı ve verilişinde uygulanması

    HASAN NADİR DERİN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    1999

    Endüstri ve Endüstri MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. GÜLSEN KÖKSAL

  2. Tez No

    82659

    Application of snowmelt runoff model using remote sensing and geographic information systems

    Kar-erime akım modelinin uzaktan algılama ve coğrafi bilgi sistemleri

    HÜSEYİN ILGAZ KAYA

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    1999

    İnşaat MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. A. ÜNAL ŞARMAN

  3. Tez No

    82704

    Application of geographic information system in earthquake loss estimates

    Coğrafi bilgi sisteminin deprem kayıplarının değerlendirmesi için kullanımı

    İSKENDER NURALİYEV

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    1999

    İnşaat MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. POLAT GÜLKAN

  4. Tez No

    82705

    Application of systems analysis to the flowing and artificially lifted oil wells in a selected oil field

    Seçilmiş bir sahanın doğal potansiyeli veya pompa yardımıyla üretim yapan kuyularına sistem analizi uygulanması

    ALİ ONURSAL ODABAŞI

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    1999

    Petrol ve Doğal Gaz MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. A. SUAT BAĞCI

  5. Tez No

    82708

    Application of regional flood frequency analysis through L-moments

    Başlık çevirisi yok

    ALTAN OKUR

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    1999

    İnşaat MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. A. ÜNAL ŞORMAN

Geri Dön