Kontrollü neodmiyum birikmesiyle TiO2 fotokatalizörün sentezi ve metilen mavisi bozunma mekanizmasının incelenmesi
Synthesis of TiO2 photocatalizer by controlled neodmium deposition and investigation of methylene blue degradation mechanism
- Tez No: 939366
- Danışmanlar: DOÇ. DR. YASEMEN KALPAKLI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 139
Özet
Titanyum dioksit (TiO2), morötesi (UV) ışık ile uyarıldığında yüksek oksidasyon potansiyeline ve yüksek verimliliğe sahip olması nedeniyle fotokatalitik uygulamalar için en uygun yarı iletkenlerden biri olarak tercih edilmektedir. Metilen mavisi ise C₁₆H₁₈ClN₃S formülüne sahip bir organik klorür tuzu olup, tekstil endüstrisinin yanı sıra deri, kâğıt ve plastik gibi birçok sektörde yaygın olarak kullanılan katyonik bir boyar maddedir. Fotokatalitik bozunma verimliliği; katalizör tipi, katalizör konsantrasyonu, pH, sıcaklık, ışığın yoğunluğu ve dalga boyu gibi çeşitli parametrelerden etkilenmektedir. Bu çalışmada, metilen mavisinin farklı pH koşullarında bozunma davranışı incelenmiş ve optimum sonuç pH 8'de TiO2 katalizörlüğünde elde edilmiştir. Çalışmada katalizör konsantrasyonu (0,125-0,75 g/L) değiştirilerek reaksiyonlar gerçekleştirilmiş ve optimum bozunma süresi 60 dakika olarak belirlenmiştir. TiO2 numunelerinin fotokatalitik aktiviteleri, metilen mavisinin bozunma reaksiyonu üzerindeki etkisi açısından test edilmiştir. Deneyler oda sıcaklığında, kesikli bir reaktör içerisinde yürütülmüş ve metilen mavisi çözeltisi stok çözeltisinden hazırlanan farklı konsantrasyonlarda (3,2-20 ppm) UV ışık altında ışınlanarak incelenmiştir. 3,2 ppm metilen mavisi çözeltisi kullanıldığında, optimum katalizör miktarı 0,5 g/L olarak belirlenmiş; bu koşullarda adsorpsiyon verimi minimum, oksidasyon verimi ise maksimum seçilip optimum sonucu elde edilmiştir. Bu konsantrasyon için bozunma verimi %69,48 olarak kaydedilmiştir. Gerçekleşen reaksiyonların kinetiğini incelemek amacıyla Langmuir-Hinshelwood modeli kullanılmış ve optimum sonuçlar için 0,5 g/L katalizör miktarında reaksiyon hız sabiti 0,0204 dk⁻¹ olarak hesaplanmıştır. Saf TiO2'nin fotokatalitik aktivitesini artırmak amacıyla, nadir toprak elementlerinden biri olan neodimyum (Nd) dopant maddesi olarak seçilmiş ve TiO2 yapısına %1 ila %1,6 oranında katkılandırılmıştır. Sentezlenen saf TiO2 ve Nd-TiO2 partikülleri XRD, FTIR, SEM, BET ve DRS analizleri ile yapısal, optik ve yüzey özellikleri açısından detaylı olarak incelenmiştir. Çalışma sonucunda, neodimyum katkılı TiO2 fotokatalizörlerinin yalnızca adsorpsiyon aktivitesi sergilediği gözlemlenmiştir. Saf TiO2 için uygulanan çalışma parametreleri, %1,4 oranında neodimyum katkılı TiO2'ye uygulanmış ve 20 ppm metilen mavisi için 2,5 g/L katalizör miktarında, 10 dakika içinde metilen mavisi çözeltisinde yaklaşık %89,89'luk bir giderim verimi sağlanmıştır.
Özet (Çeviri)
Titanium dioxide (TiO2) is considered one of the most suitable semiconductors for photocatalytic applications due to its high oxidation potential and efficiency when activated by ultraviolet (UV) light. Methylene blue (MB), with the chemical formula C₁₆H₁₈ClN₃S, is an organic chloride salt widely used as a cationic dye in various industries, including textiles, leather, paper, and plastics. The efficiency of photocatalytic degradation is influenced by several parameters, such as catalyst type, catalyst concentration, pH, temperature, light intensity, and wavelength. In this study, the degradation behavior of methylene blue under different pH conditions was investigated, and the optimal result was achieved at pH 8 using TiO2 as the catalyst. Experiments were conducted by varying the catalyst concentration (0.125–0.75 g/L), and the optimal degradation time was determined to be 60 minutes. The photocatalytic activity of TiO2 samples was evaluated based on their performance in methylene blue degradation. The experiments were carried out at room temperature in a batch reactor, and methylene blue solutions with varying concentrations (3.2–20 ppm) were prepared from stock solutions and irradiated under UV light. For a 3.2 ppm methylene blue solution, the optimal catalyst concentration was found to be 0.5 g/L. Under these conditions, adsorption efficiency was minimized while oxidation efficiency was maximized. The degradation efficiency was recorded as 69.48%. To examine the kinetics of the reactions, the Langmuir-Hinshelwood model was applied, and the reaction rate constant for the optimal result was calculated as 0.0204 min⁻¹ at a catalyst concentration of 0.5 g/L. To enhance the photocatalytic activity of pure TiO2, neodymium (Nd), one of the rare earth elements, was selected as a dopant. TiO2 was doped with neodymium in varying ratios (1%–1.6%), and the synthesized TiO2 and Nd-TiO2 particles were characterized in detail using XRD, FTIR, SEM, BET and DRS analyses to evaluate their structural, optical, and surface properties. The results indicated that Nd-TiO2 photocatalysts exhibited adsorption activity only. When the experimental parameters applied to pure TiO2 were also applied to 1.4% Nd-doped TiO2, an approximately 89.89% removal efficiency of methylene blue solution was achieved within 10 minutes at a catalyst concentration of 2.5 g/L and an initial concentration of 20 ppm.
Benzer Tezler
- Hibrit biyonanokompozit malzemelerin sentezlenmesi ve sulu çözeltilerden neodimyum gideriminde kullanımının modellenmesi
Synthesizing of hybrid bionanocomposite materials and modeling of its use for neodymium removal from aqueous solutions
HAKAN ANDİÇİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
BiyoteknolojiMunzur ÜniversitesiKimyasal Teknolojiler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUHARREM İNCE
- Demir (Fe) katkılı manyetik jel üretimi ve atık NdFeB esaslı çözeltilerden neodimyum (Nd) geri kazanımı
Production of iron (Fe) dopped magnetic gel and recovery of neodymium (Nd) from waste NdFeB-based solutions
EMİRCAN UYSAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEBAHATTİN GÜRMEN
- Preparation and application of subnano ceramic filtration membranes for organic species removal from aqueous streams
Su bazlı karışımlardan organik yapıların ayrımına yönelik nanoaltı seramik filtrasyon membranlarının hazırlanması ve uygulanması
KAAN YALTRIK
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Kimya Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUHSİN ÇİFTÇİOĞLU
- Nano-nikel oksit katkılı perovskit NdFeO3 bileşiğinin yapısal, manyetik ve dielektrik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of structural, magnetic and dielectric properties of nano-nickel oxide doped NdFeO3 perovskite compound
KÜBRA ZENKİN
- ZK60 magnezyum alaşımlarının döküm ve ekstrüzyon sonrası mekanik ve korozyon özelliklerine alaşım elementlerinin etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of alloying elements on mechanical and corrosion properties of ZK60 magnesium alloys after casting and extrusion
HÜSEYİN ZENGİN
Doktora
Türkçe
2018
Metalurji MühendisliğiKarabük ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. YUNUS TÜREN