Hekzagonal bor nitrür katkılı perovskit katalizörlerinin sentezi, karakterizasyonu ve katalitik aktivitelerinin incelenmesi

Sunulan doktora çalışmasında; bor nitrürün iki boyutlu hekzagonal bor nitrür (h-BN) ve sıfır boyutlu bor nitrür kuantum nokta (BNQDs) formlarının fotokatalitik aktiviteleri incelenerek fotokataliz alanına kazandırılması amaçlanmıştır. Çalışmanın ilk aşamasında; BiFeO3 (BFO) ve MnFeO3 (MFO) perovskit katalizörler, impregnasyon yoluyla h-BN ile katkılandırılarak optik özellikleri ve katalitik aktiviteleri iyileştirilmiştir. Katalizörlerin karakterizasyonu SEM-EDS, TEM, XRD, XPS, FTIR, PL, UV−vis DRS, EIS ve BET analizleri ile detaylı incelenmiştir. FTIR ve XPS sonuçlarında; saf h-BN ve perovskit yapılarına ait pikler gözlenmiş ve bu da bor nitrürün perovskit yapısına başarıyla ilave edildiğini göstermiştir. Optik analiz sonuçlarında; h-BN katkılandırılmasından sonra perovskit katalizörlerin ışık absorpsiyon kapasiteleri önemli ölçüde artış ve rekombinasyon hızında düşüş gözlenmiştir. Fotokatalitik aktivite çalışmalarında; saf BFO (%65.4) ve MFO (%44.2) katalizörlerinin tetrasiklin (TC) giderim performansları h-BN ilavesi ile sırasıyla %80.1 ve %75.8 değerlerine yükselmiş ve bozunma mekanizması detaylıca açıklanmıştır. BFO/h-BN ve MFO/h-BN katalizörleri ibuprofen içeren ilaç üretim tesisinden temin edilen atıksu arıtım tesis çıkış suyu için yüksek katalitik performans göstermişlerdir. Çalışmanın ikinci aşamasında; BNQDs katkılandırması ile BFO ve MFO katalizörlerinin performanslarının iyileştirilmesi hedeflenmiştir. Katalizörlere ait TEM görüntülerinde küresel şekildeki kuantum noktaların perovskit yüzeyleri üzerinde başarıyla eklendiği gözlenmiştir. Perovskit fotokatalizörlerin BNQDs ilavesi ile yük transfer kapasitelerinin etkin şekilde iyileştiği görülmüştür. BNQDs katkılandırmasından sonra saf BFO ve MFO katalizörlerinin fotokatalitik performansları sırasıyla %80 ve %70 değerlerine yükselmiş ve bu iyileşme, kuantum noktaların boşlukları yakalama özelliğine bağlanmıştır. Perovskit/BNQDs katalizörleri ile TC giderimi esnasında meydana gelen yan ürünler tespit edilerek degradasyon mekanizması detaylıca açıklanmıştır. Çalışmanın son aşamasında; tez çalışması boyunca maksimum performans gösteren BFO/BNQDs/1 katalizörü polyester elyaf filtre yüzeyine kaplanarak pratikte uygulanabilirliği incelenmiştir. Katalitik filtre ile TC degradasyonu; elektron alıcısı olarak sisteme eklenen peroksimonosülfat aktivasyonu ile gerçekleştirilmiştir. İlk olarak; farklı kaplama oranlarının filtrenin performansına etkisi incelenmiştir. Ardından; radikal tutucu deneyler ile fotokataliz/PMS mekanizması açıklanmıştır. Döngü deneyleri ile katalitik filtre beşinci kullanıma kadar etkin performans sunmuş ve katalizörlerin filtre yüzeyinde stabil olduğu karakterizasyon testleri ile görülmüştür. Katalitik filtreler ile sürekli akışlı sisteminde TC degradasyonu; akış hızı, yatak yüksekliği ve kirletici konsantrasyonu parametrelerinde incelenmiştir. Katalitik fitrelerin 7 saat boyunca etkin katalitik performans sunduğu belirlenmiştir. Sonuç olarak; bor nitrürün farklı formları ile perovskit katalizörlerinin fizikokimyasal, optik ve fotoelektrokimyasal özellikleri iyileştirilerek çeşitli kirleticilere karşı katalitik aktiviteleri arttırılmış ve bor nitrürün fotokataliz alanında etkin bir şekilde kullanım potansiyelinin olduğu görülmüştür.