Fotokatalitik su arıtımı için nanokompozit malzeme hazırlanması

Abstract

Önemli sorunlardan biri olarak su kaynakları ve ilgili sıkıntılar, ekolojik su sistemlerinin sürekli olarak kirlenmesi nedeniyle önem kazanmıştır. Günümüzde, araştırmacılar organik kirleticilerin oksidasyon ile bozunmasını sağlayan gelişmiş tekniklerle ilgilenmektedirler. Sonuç olarak, yarı iletken fotokatalizör teknolojisi, bilim insanlarını çevresel ıslahın sağlanabilmesi için yönlendirmiştir. Son zamanlarda, yarı iletken fotokatalizörler içerisinde, özellikle ZnO, hava ve sudaki endüstri temelli atıkların gideriminde kullanılması nedeniyle ilgi çekmektedir. Bu fotokatalizör, düşük maliyeti, çevre dostu olması ve sürdürülebilirlik gibi uygun niteliklerinden dolayı arıtma yöntemi olarak kullanılabilir. ZnO dışında, su kirliliği arıtması için kullanılabilecek pek çok yarı iletken bulunmaktadır, ancak bu küçük parçacıklı toz halindeki fotokatalizörler için, etkili ayırma, yeniden kullanım ve dağılım hala önemli problemlerdendir. Manyetik özellik, askıda kalan katalizör parçacıklarının atık sudan başka ayırma tekniklerine gerk duymadan uzaklaştırılması için manyetik ayırımın etkili bir şekilde uygulanmasını sağlamaktadır. Manyetik özellik ayrıca fotokatalizörün sıvıda dağılımını sağlayarak katalitik reaksiyonlar için büyük yüzey alanının oluşmasına imkan verir. Bu çalışmada, yüksek aktiviteye ve iyi ayrılma özelliğine sahip fotokatalizör elde etme amacıyla, manyetik kobalt ferrit (SiO2-CoFe2O4) ve çinko oksit (ZnO) eklenmiş PEDOT (SiO2-CoFe2O4/PEDOT/ZnO) içeren manyetik olarak geri kazanımlı fotokatalizör olarak kullanılabilecek yeni bir nanokompozit malzeme üretmek için basit bir yöntem gösterilmiştir. Taramalı elektron mikroskobu (SEM), geçirimli elektron mikroskobu (TEM), yüksek çözünürlüklü transmisyon elektron mikroskobu (HR-TEM), enerji dağılımlı X-ışını (EDX) nanokompozit fotokatalizörlerin karakterizasyonunda kullanılmıştır. SiO2-CoFe2O4/PEDOT/ZnO nanokompozit malzemenin fotokatalitik aktivitesi metilen mavisinin (MB) UV ışık kaynağı altında renginin giderilmesi çalışması ile test edilmiştir. ZnO, PEDOT ve ZnO/PEDOT'un fotokatalitik aktiviteleri son yapıdaki iyileştirmenin kontrol edilebilmesi için ayrıca gösterilmiştir. Sonuç olarak, PEDOT polimer kullanımı ve ZnO'in bu polimer ile sinerjik etkileşimi fotokatalitik aktiviteyi iyileştirmektedir. Fotokatalizörün yüksek aktivitesinin yanı sıra, sentezlenen SiO2-CoFe2O4/PEDOT/ZnO nanokompozit malzeme avantaj olarak manyetik özelliğe de sahiptir. PEDOT fotokatalizörün aktivitesinde iyileşme sağlamasının yanı sıra, nanokompozit yapıya manyetik özellik kazandıran manyetik nanoparçacıkların ilave edilmesine olanak sağlamaktadır.

One of the crucial concerns is water resources and its related troubles have gained importance due to continuous pollution of ecological water systems. Nowadays, researchers are interested in the improved techniques that can provide the degradation of organic pollutants by oxidation. Consequently, semiconductor photocatalysis technology has prompted scientists to provide environmental remediation. Recently, within the semiconductor photocatalysts, especially ZnO has gained attention because of usage in the removal of industry based wastes in air and water. This photocatalyst can be used as treatment method because of proper qualities such as being low-cost, environmentally friendly, and sustainability. Besides ZnO, there are a number of semiconductors that can be utilized for water pollution treatment; however, effective separation, recycling and dispersion are still important challenge for these tiny powdered photocatalyst. Magnetic property provides magnetic separation effectively and simply for removal of suspended catalyst particles from waste water without using any further separation techniques. The magnetic property also provides the suspension of photocatalyst that allows great surface area for catalytic reactions. In this study, to obtain photocatalyst with high activity and well-separation quality, a facile procedure to fabricate magnetic cobalt ferrite (SiO2-CoFe2O4)and zinc oxide (ZnO) added PEDOT (SiO2-CoFe2O4/PEDOT/ZnO) a novel magnetically recyclable nanocomposite material as a photocatalyst was demonstrated. Scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), high resolution- transmission electron microscopy (HR-TEM) and energy dispersive X-Ray (EDX) were utilized for the characterization of nanocomposite photocatalysts. The photocatalytic activity of SiO2-CoFe2O4/PEDOT/ZnO nanocomposite material was tested into the decolorisation of methylene blue (MB) under UV light irradiation. The photocatalytic activity of ZnO, PEDOT and ZnO/PEDOT was also shown to check the improvement compared to the final structure. Consequently, the usage of PEDOT and the interaction of ZnO with this polymer synergetically improve the photocatalytic activity. In addition to high activity of the photocatalyst, the synthesized SiO2-CoFe2O4/PEDOT/ZnO nanocomposite material has magnetic property as an advantage. PEDOT provides not only the improved activity of photocatalysis but also supplementation of magnetic nanoparticles that brings magnetic quality to the ultimate structure.