Fotokatalitik oksidasyon prosesleri için klorlanmış polipropilen-hematit nanofibröz matriksin geliştirilmesi ve etkinliğinin araştırılması
Development of chlorinated polypropylene-hematite nanofibrous matrix for photocatalytic oxidation processes and investigation of its efficiency
- Tez No: 951907
- Danışmanlar: PROF. DR. MENEMŞE GÜMÜŞDERELİOĞLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyomühendislik, Bioengineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 119
Özet
Gıda, kâğıt, tekstil ve deri gibi endüstriyel alanlarda kullanılan boyaların oluşturduğu atık suların zararsız ürünlere dönüştürülmesinde“fotokatalitik oksidasyon yöntemi”yeni bir bakış açısı oluşturmaktadır. Sunulan tez çalışması kapsamında, fotokatalitik oksidasyon sistemlerinde kullanılan matrikslerin yetersiz yüzey alanına ve düşük gözeneklere sahip olması nedeniyle fotokatalizörün matrikse düşük adsorpsiyonu ve kullanılan fotokatalizörün atık suda kontaminasyona yatkınlığı gibi sorunları gidermek amacıyla etkin bir matriks-fotokatalizör sistemi geliştirilmesi hedeflenmiştir. Klorlanmış polipropilen (PP-Cl) polimerik matriksi ile hematit nanopartiküllerinden oluşan fotokatalitik sistemin, model boyar maddeler olarak seçilen metilen mavisi (MM) ve metil turuncusunun (MO) fotokatalitik oksidasyon verimliliği üzerindeki etkisi ayrıntılı bir şekilde incelenmiştir. Tez çalışmasının ilk kısmında, PP-Cl polimeri elektroeğirme yöntemiyle üretilerek fotokatalitik bir sistemde polimerik matriks olarak ilk kez kullanılmış ve elde edilen optimal özellikteki PP-Cl fiberlerin çapı 3.3 ± 0.4 µm olarak belirlenmiştir. Faz ayrılma mekanizmalarından yararlanarak PP-Cl fibröz matrikslerine nanotopografik detaylar kazandırılarak yüzeylerinde buruşuk ve nefes şekilleri morfolojileri elde edilmiştir. PP-Cl matriksindeki Cl⁻ iyonlarının fotokatalitik oksidasyon mekanizmasını tetikleyerek Reaktif Oksijen Türleri (ROS) üretimini ve fotodegradasyon etkinliğini artırdığı gösterilmiştir. Tez çalışmasının ikinci kısmında, fotokatalizör işlevi gören hematit nanopartikülleri termal ayrıştırma yöntemiyle sentezlenmiştir. Hematit nanopartiküllerin ortalama çapı yaklaşık 50 nm olarak belirlenmiş olup, bu partiküllerin zayıf antiferromanyetik özellik gösterdiği Fiziksel Özellikler Ölçüm Sistemi (PPMS) analizi ile tespit edilmiştir. Tez çalışmasının son kısmında, hematit nanopartikülleri, PP-Cl matrikse elektroeğirme, elektropüskürtme ve döndürerek kaplama yöntemleri kullanılarak üç farklı şekilde immobilize edilmiştir. Fotokatalitik oksidasyon çalışmaları kapsamında, PP-Cl/hematit kompozit matriksleri varlığında, fotoreaktör içerindeki MM ve MO sulu çözeltilerine görünür ışık dalga boyuna sahip 250 W gücündeki metal halojenür lamba kullanılarak boyar maddelerin fotodegradasyonu gerçekleştirilmiştir. Matrikslerin tekrar kullanılabilirlik testleri yapılmış ve beş döngü sonrasında fotokatalitik aktivitelerinin yaklaşık %90 oranında korunarak etkin ve stabil özellik sergilediği tespit edilmiştir. Elektroeğirme, elektropüskürtme ve döndürerek kaplama yöntemleri kullanılarak üretilen PP-Cl/hematit kompozit matrikslerin fotokatalitik degradasyon etkinlikleri karşılaştırılmış ve matriks başına düşen hematit nanopartikül miktarları sırasıyla 0.45 mg/cm2, 0.75 mg/cm2 ve 27 mg/cm2 olarak hesaplanmıştır. Elektroeğirme ve elektropüskürtme yöntemlerinde hematit nanopartikülleri PP-Cl fibröz matriksi içine katkılanmış iken, döndürerek kaplama yönteminde matriks üzerine kaplama gerçekleştirilmiştir. Elektroeğirme yöntemiyle elde edilen PP-Cl/hematit kompozit matriksindeki hematit nanopartiküllerin miktarı diğer iki yönteme göre az olmasına rağmen fotokatalitik degradasyon veriminin en etkin olduğu sonucuna varılmıştır. Elde edilen bulgular sonucunda, geliştirilen etkin matriks-fotokatalizör kompozit matriksleri varlığında fotoreaktör içerisinde gerçekleştirilen MM ve MO boyar maddelerinin fotokatalitik oksidasyon sonucunda zamanla başlangıç konsantrasyonlarının azaldığı gösterilmiştir. Sonuç olarak, MM ve MO boyar maddeleri 60-90 dk sonunda tamamen degradasyona uğramış ve bu durum Yüksek Performanslı Sıvı Kromatografisi (HPLC) analizi ile doğrulanmıştır. Böylece, atık su arıtımında kullanılabilecek maliyet-etkin, stabil ve tekrar kullanılabilir bir matriks-fotokatalizör sisteminin elde edildiği sonucuna ulaşılmıştır.
Özet (Çeviri)
The“photocatalytic oxidation method”creates a new perspective in the harmless conversion of wastewater generated by dyes used in industrial areas such as food, paper, textile and leather. Within the scope of the presented thesis study, an effective matrix-photocatalyst system was targeted in order to eliminate problems such as low adsorption of the photocatalyst to the matrix and the susceptibility of the photocatalyst to contamination in wastewater due to insufficient surface area and low porosity of the matrices used in photocatalytic oxidation systems. The effect of the photocatalytic system consisting of chlorinated polypropylene (PP-Cl) polymer matrix and hematite nanoparticles on the photocatalytic oxidation efficiency of methylene blue (MB) and methyl orange (MO), which were selected as model dyes, was investigated in detail. In the first part of the thesis study, PP-Cl polymer was used for the first time as a photocatalytic system polymeric matrix by electrospinning method and the diameter of the optimal PP-Cl fibers produced by electrospinning method was determined as 3,3 ± 0,4 µm. By utilizing phase separation mechanisms, nanotopographic details were imparted to PP-Cl fibrous matrices, resulting in wrinkled and breath-shaped morphologies. It has been shown that Cl⁻ ions in PP-Cl matrix trigger the photocatalytic oxidation mechanism, increasing the production of Reactive Oxygen Species (ROS) and photodegradation efficiency. In the second part of the thesis, hematite nanoparticles that function as photocatalysts were synthesized by thermal decomposition method. The diameter of the hematite nanoparticles was determined as approximately 50 nm and it was determined by Physical Properties Measurement System (PPMS) analysis that these particles exhibited weak antiferromagnetic properties. In the last part of the thesis study, hematite nanoparticles were immobilized on PP-Cl matrix by three different methods using electrospinning, electrospraying and spin coating. Within the scope of photocatalytic oxidation studies, photodegradation of dyes was carried out in the presence of PP-Cl/hematite composite matrices in MB and MO aqueous solutions in the photoreactor using a 250 W metal halide lamp with visible light wavelength. Reusability analysis of the matrices was performed and it was determined that their photocatalytic activities were preserved by approximately 90% after five cycles and exhibited effective and stable properties. The photocatalytic degradation efficiencies of PP-Cl/hematite composite matrices produced by electrospinning, electrospraying and spin coating methods were compared and the amounts of hematite nanoparticles per matrix were calculated as 0,45 mg/cm2, 0,75 mg/cm2 and 27 mg/cm2, respectively. In the electrospinning and electrospraying methods, hematite nanoparticles were doped into the PP-Cl fibrous matrix, while in the spin coating method, coating was performed onto the matrix. Although the amount of hematite nanoparticles in the PP-Cl/hematite composite matrix obtained by the electrospinning method was less than the other two methods, it was concluded that the photocatalytic degradation efficiency was the most effective. As a result of the findings, it was shown that the initial concentrations of MB and MO dyes decreased over time as a result of photocatalytic oxidation carried out in the photoreactor in the presence of the developed effective matrix-photocatalyst composite matrices. As a result, MB and MO dyes were completely degraded after 60-90 minutes and this was confirmed by High Performance Liquid Chromatography (HPLC) analysis. Thus, it was concluded that a cost-effective, stable and reusable matrix-photocatalyst system that can be used in wastewater treatment was obtained.
Benzer Tezler
- İleri oksidasyon prosesleri ile endüstriyel atıksuların arıtılması
Treatment of industrial wastewater by advanced oxidation processes
ŞEFİKA KAYA
Doktora
Türkçe
2018
Kimya MühendisliğiEskişehir Osmangazi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. YELİZ AŞÇI
- Tekstil atıksularında bulunan reaktif bir boyanın fotokatalitik oksidasyonu
Photocatalytic oxidation of a reactive dye in textile effluents
DÖNE ÇALIK
Yüksek Lisans
Türkçe
2008
Kimya MühendisliğiAnkara ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MURAT İSMET EROL
- TiO2/montmorillonit nanokompozitinin sentezi ve sulu çözeltilerden ilaç türü kirleticilerin fotokatalitik oksidasyon ve fotokatalitik ozonlama prosesleriyle bozundurulmasına yönelik uygulamalar: Proseslerin modellenmesi ve optimizasyonu
Synthesis of TiO2/montmorillonite nanocomposite and its applications in photocatalytic oxidation and photocatalytic ozonation processes for degradation of pharmaceutical contaminants from aqueous solutions: Modeling and optimization of the processes
AYDIN HASSANI
Doktora
Türkçe
2016
KimyaAtatürk ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEMRA KARACA
PROF. DR. ALİREZA KHATAEE
- Homojen ve heterojen ileri oksidasyon sistemleri ile boyar madde giderimi
Dyestuff removal by homogenous and heterogenous advanced oxidation systems
NEŞE ERTUGAY
Doktora
Türkçe
2012
Kimya MühendisliğiAtatürk ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FİLİZ NURAN ACAR
- İleri oksidasyon prosesi ile gül işleme atıksularının arıtılabilirliğinin araştırılması
The investigation of the treatability of rose processing wastewater by advanced oxidation process
MELDA BAŞBUĞ ÇANCI
Doktora
Türkçe
2017
Çevre MühendisliğiSüleyman Demirel ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET KILIÇ