Manyetik-pedot-tio2 Nanokompozit Malzemenin Hazırlanması ve Fotokatalitik Uygulaması

Abstract

Geleneksel atık su arıtma yöntemlerinin kirletici maddeleri etkili bir şekilde uzaklaştırılmasında yetersiz kalması nedeniyle yeni, etkili ve düşük maliyetli tekniklerin araştırılmasına neden olmuştur. Sıkı çevresel düzenlemelere katkı sağlamak için, bu organik maddelerin oksidasyonu önemlidir. Radikaller, sık sık kullanılan diğer yükseltgenlerle kıyaslandığında mükemmel bir oksitleme gücüne sahiptirler ve tam olarak bozulmayı sağlarlar. Geliştirilmiş oksidasyon prosesleri (AOPs) adı verilen yöntemler, homojen ve heterojen fotokatalitik yöntemleri kapsar. Bu yöntemlerde, yarıiletkenin aktivasyonu elektron ve deliklerin oluşmasına neden olur. Bu deliğin su ile tepkimesi hidroksil radikalini oluştururken, kirleticileri ortadan kaldırmak için bir seri indirgenme-yükseltgenme tepkimelerinin meydana gelmesini sağlar. Bu günlerde, özellikle TiO2'in yarı iletken fotokatalizör olarak kullanımı, havada ve su atık endüstrisinde elverişli olarak kullanılabilmesi nedeniyle önemlidir. Düşük maliyetli, çevre dostu, sürdürülebilir işleme metotlarının elde edilebilmesini sağlar. Ancak, küçük boyutta fotokatalizör parçacıklarının, büyük hacimlerdeki sudan uzaklaştırılması için daha fazla çaba gereklidir. Bu da, kullanımında büyük bir dezavantaja neden olmaktadır. Bu tezde, yüksek fotokatalitik aktivitesi ve iyi-ayırma özelliği olan malzeme elde edebilmek için, manyetik, geri dönüştürülebilir, yeni bir SiO2-CoFe2O4/PEDOT/TiO2 nanokompozit malzemenin fotokatalizör olarak kullanılabilmesi için hazırlanışı ile ilgili basit bir prosedür önermekteyiz. Nanokompozit katalizörün karakterizasyonu taramalı elektron mikroskopu (SEM), geçirimli elektron mikroskobu (TEM), yüksek çözünürlüklü geçirimli elektron mikroskobu (HR-TEM), SEM ile birleştirilen enerji dağılım X-Ray ve Raman spektroskopisi teknikleri ile yapılmıştır. SiO2-CoFe2O4/PEDOT/TiO2 nanokompozit malzemenin fotokatalitik aktivitesi metilen mavisinin UV ışığı altında boya giderimi ile araştırılmıştır. Ayrıca, TiO2 ve PEDOT'un fotokatalitik aktivitesi, son yapı ile karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak, PEDOT polimerin varlığı ve TiO2 ile PEDOT arasındaki sinerjik ilişki, fotokatalitik tepkimede önemli bir rol oynar. Yüksek fotokatalitik aktivitesinin yanında, SiO2-CoFe2O4/PEDOT/TiO2 nanokompozit malzemenin, manyetik olarak ayrılma avantajı vardır. PEDOT içermesi, fotokatalitik aktivitesini arttırmasının yanı sıra, manyetik nanoparçacıklarının eklenmesi, son yapının manyetik özelliğinin de olmasına olanak sağlar.The deficiency of traditional wastewater treatment methods to efficiently eliminate the pollutants results in the investigation of new, effective and low-cost treatment techniques. In order to satisfy the strict environmental adjustments, the oxidation of these organic compounds is significant. The radicals exhibit excellent oxidizing power compared to other usual oxidants and provide the degradation completely. The methods, named as advanced oxidation processes (AOP's), consists of homogenous and heterogeneous photocatalytic processes. In these processes, the activation of semiconductor provides the formation of electrons and holes. The reaction of this hole with water to form hydroxyl radical provides the series of reduction-oxidation reaction to remove the pollutants. Nowadays, especially TiO2 as a semiconductor photocatalyst, has gained great importance due to its possible utilization in the air or water-waste industry. It supplies low-cost, eco-friendly, and sustainable treatment method. Yet, elimination of small photocatalyst particles from large volumes of water requires further effort. This executes a major disadvantage to its utilization. In this thesis, in order to get a material with high photocatalytic activity and well-separation property, we demonstrate a facile procedure to fabricate a magnetically recyclable novel SiO2-CoFe2O4/PEDOT/TiO2 nanocomposite material as a photocatalyst. The characterization of nanocomposite catalysts were done by scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), high resolution- transmission electron microscopy (HR-TEM) energy dispersive X-Ray coupled with SEM and Raman Spectroscopy. The phtocatalytic activity of SiO2-CoFe2O4/PEDOT/TiO2 nanocomposite material was checked into the decolorisation of methylene blue (MB) under UV light irradiation. The photocatalytic activity of TiO2 and PEDOT were also revealed inorder to make comparison with the final structure. As a result, the presence of PEDOT polymer and the synergetic interaction of TiO2 with PEDOT play a very important role in the photocatalytic reaction. Besides the high photocatalytic activity, SiO2-CoFe2O4/PEDOT/TiO2 nanocomposite material has an advantage of magnetic separation. The presence of PEDOT not only increases the photocatalytic activity but also allows the addition of magnetic nanoparticles which gives the magnetic property to the final structure.