İçme suyundaki nanoplastiklerin tam mineralizasyonu için TiO2 nanopartikülleri ve nanotüpleri ile fotokatalitik degredasyonun verimliliğinin değerlendirilmesi

Doğal ve tasarlanmış nanoplastikler, kalıcı yapıları ve biyobirikim potansiyelleri nedeniyle insan sağlığı ve ekosistem için risk oluşturan inatçı kirleticilerdir. Geleneksel su ve atık su arıtma yöntemleri nanoplastikleri sudan uzaklaştırsa da bu yöntemler kirleticileri konsantre halde diğer ortamlara aktararak ikincil kirliliğe neden olur. İleri oksidasyon prosesleri ise organik kirleticilerin sulu ortamda fotokatalizör varlığında serbest radikal oluşumu ile oksidasyon sonucu bozunması ve mineralizasyonu için yüksek arıtma verimleri ile sonuçlanan yöntemlerdir. Bununla birlikte literatürde bu yöntemin sudaki mikroplastiklerin bozunması için kullanıldığı durumlarda yalnızca %50'ye varan mineralizasyonun sağlandığı görülmüştür. Bu tez çalışmasında, hakkında literatürde daha fazla bilgi bulunan mikroplastiklerin arıtılması yerine daha az bilginin yer aldığı nanoplastiklerin sudan arıtılmasının HRTEM, GC-MS, Zetasizer, FTIR başta olmak üzere çoklu karakterizasyon yöntemleri ile araştırılması hedeflenmiştir. Tez çalışması kapsamında arıtma parametrelerinin mineralizasyon üzerindeki etkileri incelenmiştir. Sürecin sürdürülebilirliği için fotokatalizörün gerikazanımlı ve gerikazanımsız tekrar kullanılabilirliği incelenmiştir. Bu bağlamda, en iyi fotokatalizör olarak öne çıkan TiO2'nin nanopartikülü (anataz ve anataz/rutil karışımı) ve nanotüp formu arasında karşılaştırma yapılmıştır. Sulu ortamda nanoplastik kirliliğini gidermek için model olarak seçilen 22 nm büyüklüğündeki tasarlanmış polistiren nanoplastiklerin bozunması için TiO2 nanopartiküllerinin anataz (10-20 nm, 80 m2/g) ve anataz/rutil formunun %80/20'sinin (18 nm, 60-90 m2/g) karışımı ve TiO2 nanotüpler (15-20 µm uzunluk, 50-100 nm çap ve 15 nm et kalınlığı) kullanılmıştır. Fotokatalitik bozunma için Langmuir-Hinshelwood kinetik modeli uygun bulunmuş ve reaksiyon hız sabitleri hesaplanmıştır. Sonuçlar, TiO2'nin anataz/rutil karışımının, 4,5 cm mesafeden UV ışınlaması ve 300 rpm manyetik karıştırmada optimum çalışma parametreleri altında (96 mg/L TiO2 dozu, pH 6,35, 6 saat ışınlama ile) polistiren nanoplastiklerin %90'a kadar mineralizasyonuyla sonuçlanan yüksek arıtma verimine sahip olduğunu göstermiştir. Tekrar kullanılabilirlik testleri 5 tekrar kullanım döngüsü ile TiO2 nanopartiküllerinin yüksek arıtma verimliliği ile yeniden kullanılabilirlik potansiyelini göstermiş, optimum arıtma parametrelerinde arıtmada gerikazanımsız yöntemin geri kazanımlı yöntemden daha iyi performans sergilediği bulunmuştur.