Azo dye degradation by advanced oxidation methods using metal impregnated organic waste catalyst and comparatively biological oxidation

Bu çalışmada Procion Red MX-5B azo boyar maddesinin çeşitli ileri oksidasyon yöntemleri ve biyolojik oksidasyon ile giderimi karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. İleri oksidasyon yöntemleri kapsamında ceviz kabuğundan elde edilen aktif karbon üzerine demir emdirilmiş katalizör kullanılarak Fenton benzeri oksidasyon, fotokatalitik oksidasyon, foto-Fenton benzeri oksidasyon ve katalitik ıslak hava oksidasyon uygulanmıştır. Biyolojik oksidasyonda ise ceviz kabukları; boya giderimi için gerekli enzimleri salgılayacak olan Phanerochaete chrysosporium ve Trametes versicolor mantar türleri için besin ve tutunma yüzeyi olarak kullanılmıştır. İleri oksidasyonda katalizör destek malzemesi olarak kullanılan aktif karbon, ceviz kabuklarından, fiziksel aktivasyon ve potasyum hidroksit (KOH), nitrik asit (HNO3) ve çinko klorür (ZnCl2) aktivasyonu olmak üzere üç farklı kimyasal aktivasyon yöntemi ayrı ayrı uygulanarak hazırlanmıştır. Hazırlanan her bir aktif karbon üzerine demir emdirilerek Fe/Aktif Karbon ve Fe-TiO2 emdirilerek Fe-TiO2/Aktif Karbon katalizörler elde edilmiştir. Fe/Katalizör ve Fe-TiO2/Katalizör oranları kütlece 1:10 olarak belirlenmiştir. Fe/TiO2 oranı ise kütlece 1:100'dür. Fe/TiO2 oranı kütlece 1:100'dür. Fe/Aktif Karbon katalizörlerin performansları çalışma kapsamındaki tüm ileri oksidasyon yöntemlerinde test edilirken Fe-TiO2/Aktif Karbon katalizörler sadece fotokatalitik oksidasyonda kullanılmıştır. Hazırlanan katalizörler Taramalı Elektron Miroskopu, X-Işını Difraktometresi ve Brauner Emmett Teller yöntemi ile analiz edilmiştir. Fenton benzeri ve foto-Fenton benzeri oksidasyonunda en yüksek giderim, KOH aktivasyonu ile hazırlanan katalizörün kullanımında gözlenirken, katalitik ıslak hava oksidasyonunda ise en yüksek giderim ZnCl2 aktivasyonu ile hazırlanan katalizörün kullanımında elde edilmiştir. Katalizör seçimi deneylerinin ardından her bir ileri oksidasyon yönteminde en yüksek performansı gösteren katalizör varlığında optimum reaksiyon koşullarının belirlendiği parametrik çalışmalar yürütülmüştür. Optimum koşullar altında Fenton benzeri, foto-Fenton benzeri, ve katalitik ıslak hava oksidasyonunda sırasıyla %51.6, %50 ve %27.1 boya giderimi, %91.6, %88 ve %13.9 renk giderimi gözlenmiştir. En yüksek boya giderimi değerlerinin sağlandığı Fenton benzeri oksidasyonu için toksisite analizi ve kinetik çalışma yapılmıştır. Lepidium sativum tohumları ile gerçekleştirilen toksisite analizinde kök uzamasındaki inhibisyon %1.1 olarak hesaplanmıştır. Renk giderimi verilerinin 30-60℃ reaksiyon sıcaklığı aralığında yalancı birinci mertebe, 70℃'de ise yalancı ikinci mertebe reaksiyon kinetiğine uyduğu saptanmış, aktivasyon enerjisi 47.36 kJ/mol bulunmuştur. Ceviz kabuklarına Phanerochaete chrysosporium ve Trametes versicolor immobilize edilmesiyle gerçekleştirilen biyolojik oksidasyon kapsamında mikroorganizma seçimi deneylerinde Trametes versicolor ile daha yüksek boya giderimi sağlandığı belirlenmiştir. Optimum reaksiyon koşulları altında %52.7 renk giderimi ve %5.1 boya bozunumu elde edilmiştir. Biyolojik oksidasyon ve ileri oksidasyon yöntemleri karşılaştırıldığında Fenton benzeri ve foto-Fenton benzeri yöntemlerinin boya gideriminde biyolojik arıtıma göre çok daha etkin oldukları tespit edilmiştir.