Endosülfanın gümüş katkılı manyetik fotokatalizör ile gideriminin incelenmesi ve Taguchi deney tasarım metoduyla optimizasyonu

Bu tez çalışmasında sentezlenen Ag/TiO2/Fe3O4 katalizörünün fotokataliz prosesi ile görünür LED, UV–C ve UV–A LED ışık kaynakları altında model kalıcı organik kirletici olarak seçilen endosülfanın giderimi ve metabolit oluşumundaki etkinliği, ortam şartlarının etkisi ve optimizasyonu, katalizörlerin yeniden kullanılabilirliği incelenmiştir. Hazırlanan katalizörün yapısal özelliklerinin incelenmesinde XRD, SEM-EDX, TEM-EDS analizleri yapılmıştır. Çalışmanın ilk aşamasında endosülfan izomer ve metabolitlerinin su ortamında birlikte analizinde, hızlı, kullanışlı, uygun maliyetli ve çevre dostu bir ekstraksiyon işlemi olarak tayininde VALLME prosedürü kullanılmıştır. HPLC analizleri sonrasında α‐endosülfan, β‐endosülfan, endosülfan sülfat, endosülfan eter ve endosülfan lakton için en iyi geri kazanım oranları sırasıyla; %99.06, 103.06, 91.1, 96.79 ve 115.31 olarak n-hekzan için 200 µL çözücü hacmi, 10 mL numune hacmi ve 3 dk vorteks süresi şartlarında elde edilmiştir. Çalışmanın ikinci aşamasında endosülfan giderimi ve metabolitlerine bozunumu için fotokataliz prosesinin Taguchi metodu ile deneysel tasarımı ve varyans analizi (ANOVA) ile optimizasyonu yapılmıştır. Deneysel tasarım başlangıç şartlarına göre hazırlanmış numuneler, önce karanlık ortamda, sonrasında UV–A LED, UV-C ve görünür LED ışık kaynakları altında fotokataliz deneyleri uygulanmıştır. Işık yoğunluğu, katalizör miktarı, başlangıç endosülfan konsantrasyonu, pH ve zaman parametrelerinin giderim verimine etkilerini belirlemek için, Minitab 19 programı kullanılarak Taguchi optimizasyonu ve varyans analizleri yapılmıştır. Görünür LED ışık ve UV–C ışık için en yüksek S/N oranının elde edildiği 27 W ışık gücü, pH 4, 0.5 g/L katalizör miktarı, 60 dk reaksiyon süresi ve 4 mg/L başlangıç endosülfan konsantrasyonunda en yüksek giderim veriminin elde edileceği sonucuna ulaşılmış ve sırasıyla doğrulama deneyleri sonuçları %94.2 ve %93.2 olarak elde edilmiştir. UV–A LED ışık için en yüksek S/N oranı 18 W ışık gücü, pH 4, 0.1 g/L katalizör miktarı, 60 dk reaksiyon süresi ve 4 mg/L başlangıç endosülfan konsantrasyonunda en yüksek giderim veriminin elde edileceği sonucuna ulaşılmış ve %91.9 olarak bulunmuştur. Ayrıca tüm ışık kaynaklarında giderim verimi üzerine parametre etkileri değerlendirildiğinde en etkili parametrelerin sırasıyla; başlangıç endosülfan konsantrasyonu ve pH olduğu bulunmuş, Fkritik değerleri ışık gücü, katalizör miktarı ve reaksiyon süresinin endosülfan giderimi üzerine etkisinin istatiksel olarak önemli olmadığını göstermiştir. Kontrol edilemeyen faktörlerin neden olduğu hata tüm ışık kaynaklarında %50 değerinin oldukça altında kalarak yapılan deneylere ait hataların önemli olmadığını göstermiştir. Varyans analizindeki %P değerleri incelendiğinde endosülfan giderimi için başlangıç endosülfan konsantrasyonu ve pH faktörüne ait seviyeler arasında anlamlı bir fark bulunduğu tüm ışık kaynaklarında görülmektedir. Ayrıca parametrelerin giderime olan katkıları % değer olarak verilmiş olup sırasıyla başlangıç endosülfan konsantrasyonu ve pH tüm ışık kaynaklarında katkısı en yüksek faktörler olmuştur. Endosülfan giderimi için doğrusal modelin normal olasılık grafiğinde artıkların düz çizgiye makul derecede yakın olduğu, hataların normal dağıldığı ve modelde belirtilen terimlerin önemli olduğu tüm ışık kaynaklarında görülmüştür. Tüm ışık kaynakları için endosülfan giderimine ait deneysel sonuçlara göre oluşturulan modellere ait R2 değerleri yüksek oranlarda uygunluk göstermiş, görünür LED ışık modelinden elde edilen R2 değeri UV–C ve UV–A LED modellerinden elde edilen değerlerden daha yüksek olduğundan fotokataliz prosesi ile endosülfan giderimine daha uygun olduğu tespit edilmiştir. Fotokataliz deneylerinde endosülfan gideriminde etkili olduğu düşünülen faktörlerin optimizasyonu yapılarak giderim verimleri bulunduktan sonra, endosülfan bozunumu sonucunda metabolit oluşumu da takip edilmiştir. Tüm ışık kaynaklarında endosülfan giderilirken yüksek konsantrasyonlarda endosülfan sülfat, endosülfan eter ve endosülfan lakton oluşumları gözlenmemiş aksine oluşumlar konsantrasyon bazında tüm deneylerde %2'nin altında kalarak endosülfan giderimini gerçekleştiğini desteklemiştir. Sentezlenen Ag/TiO2/Fe3O4 katalizörün tekrar kullanımı deneyleri için, ard arda optimum fotokataliz şartlarında saf su ile rejenere edilerek 5 tekrar sonrasında bile %77.23'lük toplam endosülfan giderimi elde edilmiştir. Çalışmanın üçüncü aşamasında ise gerçek su numuneleri olarak Konya içme suyu arıtma tesisi girişinden ham su ve tatlı su şebekesinden musluk suyu temin edilmiştir. Görünür LED ışık altında 27 W ışık gücü, 0.5 g/L katalizör miktarı, 60 dk reaksiyon süresi ve orijinal numune pH'larında fotokataliz deneyleri gerçekleştirilmiş, ham su ve kaynak suyu için elde edilen toplam endosülfan giderimi sırasıyla %86.7 ve %84.8 olarak bulunmuştur.