Geri Dön

Assessing the efficiency of photocatalytic degradation via TiO2 nanoparticles and nanotubes for complete mineralization of nanoplastics in drinking water

İçme suyundaki nanoplastiklerin tam mineralizasyonu için TiO2 nanopartikülleri ve nanotüpleri ile fotokatalitik degredasyonun verimliliğinin değerlendirilmesi

PDF İndir

  1. Tez No: 721527
  2. Yazar: AHMAD MORID KHURAMI
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. HATİCE ŞENGÜL
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2021
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Doğal ve tasarlanmış nanoplastikler, kalıcı yapıları ve biyobirikim potansiyelleri nedeniyle insan sağlığı ve ekosistem için risk oluşturan inatçı kirleticilerdir. Geleneksel su ve atık su arıtma yöntemleri nanoplastikleri sudan uzaklaştırsa da bu yöntemler kirleticileri konsantre halde diğer ortamlara aktararak ikincil kirliliğe neden olur. İleri oksidasyon prosesleri ise organik kirleticilerin sulu ortamda fotokatalizör varlığında serbest radikal oluşumu ile oksidasyon sonucu bozunması ve mineralizasyonu için yüksek arıtma verimleri ile sonuçlanan yöntemlerdir. Bununla birlikte literatürde bu yöntemin sudaki mikroplastiklerin bozunması için kullanıldığı durumlarda yalnızca %50'ye varan mineralizasyonun sağlandığı görülmüştür. Bu tez çalışmasında, hakkında literatürde daha fazla bilgi bulunan mikroplastiklerin arıtılması yerine daha az bilginin yer aldığı nanoplastiklerin sudan arıtılmasının HRTEM, GC-MS, Zetasizer, FTIR başta olmak üzere çoklu karakterizasyon yöntemleri ile araştırılması hedeflenmiştir. Tez çalışması kapsamında arıtma parametrelerinin mineralizasyon üzerindeki etkileri incelenmiştir. Sürecin sürdürülebilirliği için fotokatalizörün gerikazanımlı ve gerikazanımsız tekrar kullanılabilirliği incelenmiştir. Bu bağlamda, en iyi fotokatalizör olarak öne çıkan TiO2'nin nanopartikülü (anataz ve anataz/rutil karışımı) ve nanotüp formu arasında karşılaştırma yapılmıştır. Sulu ortamda nanoplastik kirliliğini gidermek için model olarak seçilen 22 nm büyüklüğündeki tasarlanmış polistiren nanoplastiklerin bozunması için TiO2 nanopartiküllerinin anataz (10-20 nm, 80 m2/g) ve anataz/rutil formunun %80/20'sinin (18 nm, 60-90 m2/g) karışımı ve TiO2 nanotüpler (15-20 µm uzunluk, 50-100 nm çap ve 15 nm et kalınlığı) kullanılmıştır. Fotokatalitik bozunma için Langmuir-Hinshelwood kinetik modeli uygun bulunmuş ve reaksiyon hız sabitleri hesaplanmıştır. Sonuçlar, TiO2'nin anataz/rutil karışımının, 4,5 cm mesafeden UV ışınlaması ve 300 rpm manyetik karıştırmada optimum çalışma parametreleri altında (96 mg/L TiO2 dozu, pH 6,35, 6 saat ışınlama ile) polistiren nanoplastiklerin %90'a kadar mineralizasyonuyla sonuçlanan yüksek arıtma verimine sahip olduğunu göstermiştir. Tekrar kullanılabilirlik testleri 5 tekrar kullanım döngüsü ile TiO2 nanopartiküllerinin yüksek arıtma verimliliği ile yeniden kullanılabilirlik potansiyelini göstermiş, optimum arıtma parametrelerinde arıtmada gerikazanımsız yöntemin geri kazanımlı yöntemden daha iyi performans sergilediği bulunmuştur.

Özet (Çeviri)

Natural and engineered nanoplastics are persistent organic pollutants that form a risk to human health and the ecosystem due to their bioaccumulation and recalcitrant nature. Although conventional water and wastewater treatment methods remove nanoplastics from water, these methods cause secondary pollution by transferring the pollutants in concentrated form to other environments. Advanced oxidation processes, on the other hand, are methods that result in high treatment efficiencies for the degradation and mineralization of organic pollutants in an aqueous medium by the formation of free radicals in the presence of a photocatalyst. However, in the literature, it has been observed that only up to 50% mineralization is achieved when this method is used to degrade microplastics in water. Therefore, in this thesis, instead of assessing the treatment efficiency of the better-known microplastics, it is aimed to investigate the treatment of not well-known nanoplastics in water using multiple characterization techniques, especially HRTEM, GC-MS, Zetasizer, and FTIR. In the study, the effects of operating parameters on the mineralization were examined. For the sustainability of the process, the reusability of the photocatalyst with and without recovery was investigated. In this context, a comparison was made between the nanoparticle (anatase and a mixture of anatase/rutile) that stands out as the best photocatalyst and nanotube form of TiO2. The anatase (10-20 nm, 80 m2/g) and the mixture of 80/20% anatase/rutile (18 nm, 60-90%) form of TiO2 nanoparticles, and TiO2 nanotubes (15-20 µm length, 50-100 nm diameter, and 15 nm wall thickness) were used for degradation of 22 nm engineered polystyrene nanoplastics as a model for treating nanoplastic pollution in the aqueous environment. Langmuir-Hinshelwood kinetic model was found suitable for photocatalytic degradation, and reaction rate constants were calculated. The results showed that the mixture of anatase/rutile form of TiO2 had a mineralization efficiency of 90% for polystyrene nanoplastics under optimum operating parameters (96 mg/L TiO2 dose, pH 6.35, 6 hours irradiation) under UV irradiation from 4.5 cm distance and 300 rpm magnetic stirring. Reusability tests showed the potential of TiO2 nanoparticles with high treatment efficiency after 5 reuse cycles. Under optimum operating parameters, it was determined that the method without recovery performed better than the method with recovery.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    1005521

    Green synthesis of iron oxide nanoparticles from iron (III) chloride and iron sulphate heptahydrate using Dieffenbachia camilla and evaluation of their antioxidants, antibacterial, and photocatalytic properties

    Dieffenbachia camilla kullanılarak demir (III) klorür ve demir sülfat heptahidrattan demir oksit nanopartiküllerinin yeşil sentezi ve antioksidan, antibakteriyel ve fotokatalitik özelliklerinin değerlendirilmesi

    NASRA BASHIR MOHAMED

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2025

    BiyomühendislikÜsküdar Üniversitesi

    Biyomühendislik Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ BETÜL GÜRÜNLÜ

  2. Tez No

    978178

    Photodynamic therapy using black phosphorus nanosheets for the treatment of retinoblastoma

    Retinoblastom tedavisinde siyah fosfor nanolevhalar kullanılarak fotodinamik terapi

    MERVE GÖZEL

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2025

    Moleküler TıpKoç Üniversitesi

    Tıbbi Genetik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. CELAL MURAT HASANREİSOĞLU

  3. Tez No

    95429

    Treatment of reactive dye-bath effluents by heterogeneous and homogeneous advanced oxidation processes

    Reactive boya banyo atıksularının heterojen ve homojen ileri oksidasyon prosesleriyle arıtımı

    İDİL ARSLAN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2000

    Çevre MühendisliğiBoğaziçi Üniversitesi

    Çevre Teknolojileri Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. IŞIL AKMEHMET BALCIOĞLU

  4. Tez No

    478628

    Development of nano structured photo-catalytic textile materials

    Nano yapılı fotokatalitik tekstillerin geliştirilmesi

    ASENA CERHAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Makine MühendisliğiÖzyeğin Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. GÜL BAHAR BAŞIM DOĞAN

  5. Tez No

    938284

    Biyopolimer temelli katalizörlerin biyolojik aktivitelerinin incelenmesi ve yapay fotosentez uygulamaları

    Investigation of biological activities of biopolymer based catalysts and applications of artificial photosynthesis

    MÜNEVVER TUNA GENÇ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2025

    BiyoteknolojiSelçuk Üniversitesi

    Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. İMREN HATAY PATIR

    PROF. DR. CRISTINA POTRICH

Geri Dön