Karbokatalizörlerin su/atıksu uygulamalarında kullanımı: endokrin bozucu bisfenol a kirleticisinin giderimi

Endokrin bozucu bileşikler son yıllarda araştırmacılar için özel bir endişe konusuhaline gelmiştir. Endokrin bozucu bileşikler hormon gibi davranarak canlıyaşamlarını etkilemekte ve bu da birçok hastalığa neden olmaktadır. Erkeklerde vedişilerde üreme işlevini etkileyebilmektedir. Meme kanseri, anormal büyümepaternleri ve çocuklarda nörogelişimsel gecikmeler ve bağışıklık fonksiyonundakideğişiklikler gibi hastalıkları arttırmaktadır. Endokrin bozucu kimyasallar (EBK)çoğunlukla insan yapımı olup, böcek ilacı, metal, katkı maddesi veya gıda ve kişiselbakım ürünlerindeki kirleticiler gibi çeşitli materyallerde bulunur. İnsan, gıda, toz vesu içilmesi yoluyla, havadaki gazların ve parçacıkların teneffüs edilmesi yoluyla vecilt boyunca bu kimyasallara maruz kalmaktadır. Oldukça karmaşık yapılı endokrinbozucu bileşiklerin etkin bir şekilde arıtımı, karasal ve sudaki çevrenin, bu önceliklikirleticilerin neden olduğu ekotoksikolojik etkilerden korunmasında önemkazanmaktadır. Bu ksenobiyotik bileşiklerin listesi geniştir ve aşağıdaki kimyasallarailesini içerir: alkilfenoller (AP), ftalatlar, bisfenol A (BPA), polibromodifenileterlerve doğal ve sentetik östrojenler. Endokrin bozucu bileşiklerin tamamen giderilmesi,zararsız bozunma ürünlerine dönüştürülmesi veya endokrin aktivitelerinuzaklaştırılması için uygun ve etkili yöntemlerin geliştirilmesi için kapsamlıaraştırmalar devam etmektedir. Reaktif serbest radikallerin üretilmesine dayanan ilerioksidasyon prosesleri (İOP), tek başına veya klasik teknolojilerle kombinasyonhalinde farklı kimyasal yapılara sahip birçok organik kirleticinin gideriminde çokönemli bir rol oynamaktadır. Son yıllarda, çözülmesi zor, hatta inert ve/veya toksikkirleticilerin sülfat radikali temelli İOP yoluyla uzaklaştırılmasına yönelikaraştırmalar ön plana çıkmıştır.Bisfenol A (4,4 '- (propan-2,2-diil) difenol), organik sentetik bir bileşiktir.Difenilmetan türevleri ve iki hidroksifenil grubuna sahip bisfenollere ait kimyasalformül (CH ) C(C H OH) şekildedir. Bisfenol A (BPA), polikarbonat plastikler ve₃ ₂ ₆ ₄ ₂epoksi reçineleri üretiminde yaygın olarak kullanılan endokrin bozuculardandır.Polikarbonatlar gıda ve içecek ambalajı, kompakt diskler, otomotiv lensleri, tıbbicihazlar, motosiklet kaskları ve güvenlik gözlükleri gibi pek çok tüketici ürünününimalatında birçok uygulamaya sahiptir. Ayrıca diğer tüketici ürünlerinde dekullanılabilirler. Polikarbonat plastiklerin aksine, gıda kutuları, şişe üstleri ve subesleme hatları, bazı diş sızdırmazlık ürünleri ve kompozitler gibi metal ürünler içinepoksi reçineler kullanılmaktadır. Bazı araştırmalar, BPA'nın endokrin sistemi, merkezi sinir sistemini olumsuzetkilediğini ve plasenta ve anne sütü yoluyla hamile kadından gelişmekte olan fetusaveya çocuğa aktarıldığını göstermektedir. Bu kimyasalların zararli etkisinden dolayı çevrede BPA'ya ne olduğunu belirlemekiçin çok sayıda doğrulanmış çalışma yapılmıştır. Biyolojik arıtmanın uzun arıtmasüreleri gerektirmesi ve BPA'ların tamamen bozunmaması nedeniyle BPAgideriminde hızlı ve etkin arıtma gerçekleştiren ileri oksidasyon prosesleri (İOP)geliştirilmiştir.Birçok uygulama yöntemi, fenoller, böcek öldürücüler, çözücüler, ev kimyasalları veilaçlar gibi birçok kirletici maddenin arıtımında etkili değildir, buna karşın yüksekkimyasal stabiliteye ve/veya düşük biyo-bozunmaya sahip atıksu bileşenlerininarıtımı için farklı İOP önerilmektedir. Reaktif serbest radikallerin (hidroksil, HO vesülfat, SO4- radikalleri gibi) üretimine dayanan İOP, tek başına veya gelenekselteknolojilerle kombinasyon halinde, farklı kimyasal yapılara sahip birçok organikkirleticinin arıtımında çok önemli bir rol oynar. Son yıllarda SO4- temelli İOP ilezor, hatta inert ve/veya toksik kirleticilerin giderilmesi üzerine araştırmalar ön planaçıkmıştır. Genellikle, persülfat (PS) ve peroksimonosülfat (PMS) oksidanlarıhomojen veya heterojen aktivasyon yoluyla sülfat kökleri üretmek içinkullanılmaktadır. PS veya PMS'i active etmek için, homojen kataliz, ısı, alkali, UVveya metal iyonları ile uygulanabilmektedir. Heterojen kataliz ise, sülfat peroksittuzlarını aktive etmek için kobalt veya mangan bazlı katalizörler gibi katı maddelerkullanılarak uygulanabilir.Fiziksel ve kimyasal özelliklerinden dolayı, grafen, fulleren ve karbon nanotüplerigibi nanokarbonlar, metal içermeyen çevre dostu katalizörlerdir. İlk önce indirgenmişgrafen oksit (rGO) ve yüzeyi ayarlanmış karbon nanotüpleri organik kirleticilerinkatalitik oksidasyonu için reaktif türler üretmek üzere PMS ve PS'yi etkili bir şekildeaktive ettiği ortaya çıkmıştır. Son zamanlarda, karbokatalizörlerin katalitikperformansının önemli ölçüde iyileştirilebileceği bildirilmiştir. rGO/oksidan arıtmasistemlerinde rGO ve oksidan arasinda gerçekleşen elektron transferi ile serbestradikaller (HO• ve SO4•-) oluşmaktadır. Ortamda oksidanın bulunması ise oluşanradikal sayısını artırarak oksidasyonun daha hızlı gerçekleşmesini sağlamaktadır. Bu çalışmada BPA model kirleticisinin arıtımı için PS ve PMS'nin aktivasyonundakullanılan rGO katalizörünün performansı distile su (DS) ve evsel atıksu arıtma tesisiçıkış suyu (AAS) kullanılarak değerlendirilmiştir. Sentezlenen rGO'nun morfolojisi,yapısal özelliği, çeşitli tekniklerle karakterize edilmiştir. Etkin radikal türünün ortayakonması amacı ile deneyler yapılmış ve bir karbokatalizör olan rGO'nun kullanıldığıarıtma sistemlerinin mekanizması ortaya konmuştur. Ayrıca bu deneysel çalışmakapsamında, rGO'nun stabilitesi ve yeniden kullanılabilirliği sorgulanmıştır. Çalışmada aynı zamanda oksidan (PS ve PMS) ve katalizör (rGO)konsantrasyonlarının BPA arıtımı üzerindeki etkileri incelenmistir. PS/rGO prosesiile BPA'nın tamamen giderimi DS ve AAS'de sırası ile 10 ve 30. dakikalardagerçekleşmiştir. PMS/rGO prosesi ile BPA giderim verimleri DS'de %94, AAS'de%83'tür (BPA=2mg/L; rGO=0.02g/L; PS=0.25mM; PMS=0.5mM). Etkin radikaltürünün belirlenmesi amacı ile yapılan deneylerde, sülfat radikalinin BPA'nıngiderilminde etkin tür olduğu belirlenmiş, ancak hidroksil radikalinin de katalitikoksidasyon sürecine daha düşük bir seviyede de olsa katkı sağladığı bulunmuştur. Yeniden kullanım deneylerinde, rGO/PS sistemi için ilk deney %100 verim, ikincideneyde %68 ve son iki deney %33 ve% 35 verimlilik sağlamıştır. İkinci döngüdensonra katalizörün etkinliğinin ciddi oranda düştüğü görülmektedir. Bu sonuçlarrGO'nun stabilitesinin arttırılması için daha ileri çalışmalara ihtiyaç olduğunuvurgulamıştır. Bu çalışma, BPA'nın çevresel olarak uyumlu ve verimli bir oksidatifarıtma sistemleri ile giderimi araştırılmış, rGO katalizörünün PS ve PMSaktivasyonunda kullanımı incelenmiştir.