Gümüş nanoparçacık eklenmiş manyetik-pedot nanokompozit malzemenin hazırlanması ve fotokatalitik aktivitesinin incelenmesi

Abstract

Tekstil atık suları ile çevreye atılan zehirli organik malzemelerin giderilmesi çevre ıslahı açısından büyük önem arzetmektedir. Bu sebeple çeşitli yöntemler kullanılmaktadır. Bu yöntemler arasında organik kirleticilerin oksidasyon ile bozunmasını sağlayan ileri oksidasyon işlemi olarak bilinen yöntem son zamanlarda büyük ilgi görmektedir. Bu yöntemde organik kirletici, ışık ve katalizör yardımı ile parçalanarak giderim hedeflenmektedir. Bu tarz işlemlerde genellikle katalizör olarak yarıiletken TiO2 ve ZnO nanoparçacıkları kullanılmaktadır. Ancak nanoboyutlu parçacıkların işlem sonunda ayrılmasında karşılaşılan zorluklar yeni yaklaşımların geliştirilmesini zorunlu hale getirmektedir. Bu nedenle daha etkin ve üretimi kolay olan ve aynı zamanda katalizörün tekrar kullanımına imkan verebilecek malzemelerin üretilmesi büyük öneme sahiptir. Bu doğrultuda iletken polimerler, kolay üretilme ve yüksek fotokatalitik aktivite potansiyeline sahip olmaları sebebi ile oldukça ilgi çekici malzemelerdir. Bunun yanında filtreleme ve santrifüj gibi pahalı, zahmetli ve büyük hacimlerdeki kirliliklere uygulanması zor olan yöntemlere alternatif olabilecek manyetik ayırma özelliği için uygun malzemeler olarak görülmektedir. Bu çalışmanın amacı manyetik özelliğe sahip UV ışığı altında yarı iletken katalizörlerden daha aktif fotokatalizörlerin üretilmesidir. Bu doğrultuda manyetik kobalt ferrit (SiO2-CoFe2O4) ve gümüş nanoparçacık (AgNPs) içeren iletken polimerlere örnek PEDOT (SiO2-CoFe2O4/PEDOT-AgNPs) hazırlanmıştır. Elde edilen nanokompozit malzemenin etkinliği model kirletici olarak bilinen metilen mavisinin (MB) UV ışığı altında giderimi ile araştırılmıştır. Bunun yanında katalitik etkinlikteki artışı sistematik olarak kanıtlamak için TiO2 nanoparçacık, PEDOT ve SiO2-CoFe2O4/PEDOT yapılarının katalitik etkinlikleri de araştırılmıştır. Hazırlanan parçacıkların ayrıntılı karakterizasyonları yüksek çözünürlüklü transmisyon elektron mikroskobu (HR-TEM), taramalı elektron mikroskobu (SEM), enerji dağılımlı X-ışını (EDX) ve indükleşmiş eşlenmiş plazma optik emisyon spektrometrisi (ICP-OES) ile yapılmıştır. Elde edilen sonuçlarla, hazırlanan yeni malzemenin yarı iletken malzemelerden daha etkili bir şekilde giderimi sağladığı kanıtlanmıştır. Eklenen manyetik özellik sayesinde karmaşık ayırma yöntemlerine ihtiyaç duymadan katalizörün ortamdan ayrılması sağlanmıştır.

Removal of toxic organic materials discarded with textile waste waters to surrounding area is of great importance for environmental remediation. Among these methods, advanced oxidation process (AOP), which enables the degradation of organic pollutants by oxidation, has attracted great interest in recent years. In this method, it is aimed to remove organic pollutants by means of light and catalyst. Semiconductor TiO2 and ZnO nanoparticles are usually used as catalysts in such processes. However, the difficulties in separating nanoscale particles at the end of the process make it necessary to develop new approaches. For this reason, the production of materials which are more efficient and easy to produce and allow the catalyst to be used again is of great importance. In this direction conductive polymers are very interesting materials because of their easy production and high photocatalytic activity potential. It is also seen as a suitable material for magnetic separation, which can be an alternative to expensive, laborious, and difficult to apply large volumes of pollutants such as filtration and centrifugation. The aim of this work is to produce more active photocatalysts than semi-conductor base catalysts under UV light with magnetic properties. In this direction, PEDOT based nanocomposite material (SiO2-CoFe2O4/PEDOT-AgNPs) is prepared as a conductive polymer containing magnetic cobalt ferrite (SiO2-CoFe2O4) and silver nanoparticles (AgNPs). The activity of the obtained nanocomposite material was investigated in the removal of methylene blue known as a model dye contaminant under UV irradiation. In addition, the catalytic activities of the TiO2 nanoparticle, PEDOT and SiO2-CoFe2O4/PEDOT structures were also investigated to demonstrate the increase in catalytic activity systematically. Detailed characterizations of the prepared particles were performed with high resolution transmission electron microscopy (HR-TEM), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray (EDX) and inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP-OES). With the results obtained, it has been proved that the new material prepared is more efficient than the semiconductor based catalysts. The added magnetic property allows the catalyst to be separated from the medium without the need for complex separation methods.