Çok Fonksiyonlu Fotokatalitik Nanokompozit Malzemelerin Hazırlanması, Hidrojen Eldesinde ve Çevre Islahında Kullanımı

Gittikçe kirlenen çevre ve enerji rezervlerinin sınırlı olması nedeniyle, çevre ıslahı ve enerji üretimi için yüksek verimli yenilenebilir teknolojilerin, yeşil enerji kaynaklarının ve çevre dostu yöntemlerin geliştirilmesi önem kazanmaktadır. Türkiye tekstil üretiminde söz sahibi bir ülkedir. Ancak tekstil endüstrilerinden çok miktarda boya içeren yaygın atıksu tahliyesi, biyobozunur olmamaları, toksik olmaları ve potansiyel karsinojenisite sebebiyle çevre ve ekosistem için büyük bir endişe kaynağı haline gelmiştir. Bu nedenle etkili arıtma yöntemlerinin bulunması ve bu yöntemleri kullanan tesislerin yaygılaştırılması gerekmektedir. Atık suyun tahliyesi ile ilgili katı uluslararası yönetmelik ve standartlar, güneş enerjisi kullanarak ışıl bozunma yöntemi ile atık sulardaki organik atıkların parçalanması için etkin, toksik olmayan, düşük maliyetli etkin fotokatalitik malzemelerin geliştirilmesini öne çıkarmıştır. Nano yapıdaki titanyum dioksit (nano-TiO2), diğer fotokatalizörlerle kıyaslandığında, kolay oksitlenmesi, toksik olmaması ve uzun süreli fotokararlılık göstermesi gibi pekçok avantaja sahiptir. Ancak, titanyum dioksitin de düşük kuantum verimi ve fotokatalitik etkinlik, görünür bölgedeki ışıkla etkileşememesi gibi sorunları vardır. Bu sorunların üstesinden gelebilmek için çalışmalar titanyum dioksitin, üzerine soy metal biriktirilmesi,iyon ile katkılanması, başka bir metal oksit ile harmanlaması, boya ile yüzeyinin ışığa duyarlı hale getirmesi ve polimer ile birleştirilmesi gibi bazı stratejiler üzerine odaklanmıştır. Üzerinde önemle durulan bir diğer konu da katalizörün geri kazanılması ve yeniden kullanılabilmesidir. Pek çok heterojen sistem katalizörün geri kazanımı için bir süzme ya da santrifüj basamağını gerektirir. Ancak manyetik olarak desteklenmiş katalizörler, desteğin manyetik karakterine bağlı olarak harici bir mıknatıs yardımı ile geri kazanılabilir. Böylece bahsedilen ayırma adımlarına ihtiyaç duyulmadan dikkate değer bir katalizör geri kazanımı sağlanır ve katalizör sonradan başka bir döngüde tekrar kullanılabilir. Bu çalışmada, ultraviyole (UV) ve görünür bölge (Vis) ışık kaynağı kullanarak fotokatalitik bozunma yolu ile, aynı anda hem endüstri kaynaklı atık sularda bulunan uçucu organik bileşiklerden (VOCs) H2 üretmek hem de yine atık sularda bulunan organik boyaların giderimi ile çevre ıslahı sağlamak için çok işlevli organik-inorganik nanokompozit fotokatalizörlerin geliştirilmesi planlanmıştır. Bu amaçla, yüksek fotokatalitik aktiviteye sahip, yeni, manyetik olarak geri kazanılabilir, poli(3,4- etilendioksitiyofen) (PEDOT) ve soy metal (Ag, Au ve Pd) nanoparçacıklarla modifiye edilmiş titanium bazlı (TiO2) nanokompozitler (CoFe2O4@SiO2-PEDOTTiO2/ M, (M=Ag, Au, Pd, AgAu, AgPd, AuPd)) üretilmiştir. Nanokompozitlerin fotokatalitik özelliklerinin, TiO2 nanopartikülleri, soy metal nanoparçacıkları ve PEDOT yüklemesi ile sinerjik olarak etkileşiminin katalitik aktiviteye etkisi incelenmiştir. Bunun yanında manyetik silika kaplı kobalt ferrit (CoFe2O4@SiO2) nanoparçacıkların nanokompozit yapıya eklenmesiyle, sıvı fazdan ayrılması ve yeniden kullanılması işleminin harici bir mıknatıs kullanılarak yapılabilmesi sağlanmıştır. Hazırlanan nanokompozitlerin kompozisyonu, yapısı, morfolojisi ve optik özellikleri TEM, HR-TEM, STEM, FE-SEM, ICP-OES, parçacık boyutu dağılımı (Zeta sizer), titreşen örnek magnetometresi (VSM) ve UV-Vis kullanılarak incelenmiştir. Hazırlanan katalizörlerin karşılaştırmalı fotokatalitik etkinliği, farklı ışık kaynakları (UV,Vis,) altında araştırılmıştır. Uçucu organik moleküllerden (VOCs) fotokatalitik olarak bozunma ile H2 eldesi çalışmalarında oldukça düşük toksititeye sahip, kolay buharlaşabilen etanol model kirlilik olarak seçilmiştir. Üretilen katalizörlerin fotokatalitik olarak organik boya parçalamadaki etkinliğini tespit etmek için metilen mavisi (MB) kullanılmıştır.