Karbon fiber esaslı tungsten katalizörlerin sentezi, karakterizasyonu ve fotokatalitik aktivitelerinin incelenmesi

Son on yılda, sanayileşmenin hızla gelişmesi ve nüfus artışı ile birlikte temiz su kaynaklarının azalması önemli bir problem haline gelmiştir. Bu nedenle, ekstraksiyon, oksidasyon, adsorpsiyon, biyodegradasyon ve fotokatalitik bozunum gibi çeşitli yöntemler geliştirilmiştir. Yarı iletkenlerin kullanıldığı fotokatalitik sistemler, çeşitli organik kirleticileri kolayca biyo-bozunur bileşiklere ayırmakta ve işlem sonunda onları zararsız karbon dioksit ve suya dönüştürmektedir.Titanyum Dioksit (TiO2), UV ışın altında yüksek aktivite gösteren, yüksek fotokorozyon direncine sahip bilinen etkin fotokatalizördür. Ancak geniş bant aralığına sahip olması ve buna bağlı aktive olabilmesi için ultraviyole ışınımı gerektirmesi, TiO2' nin uygulamalarını kısıtlamaktadır. Bu sebeplerden dolayı TiO2' ye alternatif olabilecek, bant aralığını azaltıp fotokatalitik aktiviteyi arttırabilecek yeni tip yarı iletken malzemeler geliştirilmiştir. Tungsten trioksit (WO3) dar bant aralığı (2.4‒2.8), toksik olmama, fotosensitivite, fotokorozyon direnci ve ucuz olma özellikleri nedeniyle TiO2 fotokatalizörleri için yeni bir alternatiftir. Ayrıca, TiO2 güneş radyasyonunun yalnızca % 5' ini absorbe ederken, WO3 güneş radyasyonunun % 30' unu absorbe edebilmektedir.Bu çalışmada, karbon fiber esaslı tungsten trioksit (WO3) ve bizmut tungstat (Bi2WO6) katalizörlerinin fotokataliz yöntemiyle endüstriyel boyar madde olan Orange II bozunma verimleri incelenmiştir. Karbon fiber (CF) esaslı WO3 ve Bi2WO6 katalizörleri sırasıyla solvotermal ve hidrotermal yöntemlerle sentezlenmiştir. Karşılaştırma amaçlı ayrıca WO3/TiO2 ve Bi2WO6 katalizörler sentezlenerek katalizörlerin giderim verimleri karşılaştırılmış; en etkin katalizör belirlenmiştir. Katalizörlerin karakterizasyonu SEM, XPS, Raman ve FTIR analizleri ile detaylı incelenmiştir. Fotokataliz deneyleri iki farklı dalgaboyunda (UV-A, Görünür ışın) incelenmiş ve deneyler ayrıca karanlık ortamda gerçekleştirilmiştir. Çalışmanın devamında farklı karbon fiber oranına sahip katalizörler sentezlenerek karbon fiber katkısının fotokatalitik performansa etkisi incelenmiştir. Deneysel veriler Langmuir-Hinshelwood kinetik modeline uygulanmış ve her bir katalizörün kinetik hız sabitleri hesaplanmıştır. Daha sonra farklı ortam parametrelerinin (organik kirleticinin başlangıç konsantrasyonu, katalizör miktarı, pH) fotokatalitik giderim verimine etkileri incelenerek fotokatalitik bozunum için uygun koşullar belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre WO3/TiO2/CF katalizör için en uygun karbon fiber oranı ağırlıkça %5 olarak, Bi2WO6/CF fotokatalizör için en uygun karbon fiber oranı ise %15 olarak belirlenmiştir. Başlangıç kirletici konsantrasyonunun fotokatalitik giderime etkisi incelendiğinde; her iki katalizör için de, kirleticinin başlangıç konsantrasyonu arttıkça fotokatalitik giderim yüzdesinde düşüş gözlenmiştir. Fotokatalizörün başlangıç miktarındaki artışın ise belli bir seviyeye kadar fotokatalitik giderimi arttırdığı gözlenmiştir. WO3/TiO2/CF asidik ortamda yüksek katalitik verim sergilemiş; Bi2WO6/CF katalizörü ise bazik ortamda yüksek fotokatalitik performans göstermiştir. Anahtar kelimeler: Fotokataliz, tungsten, bizmut, karbon fiber, su arıtımı, Orange II