Heterojen su sistemlerinde humik asitin fotokatalitik oksidasyonu: Montmorillonit ve kaolinitin karşılaştırmalı olarak incelenmesi

Hümik maddelerin temel alt gruplarından birini temsil eden hümik asitler yüksek karbon içerikli polydisperse organik maddelerdir. Kil mineralleri doğal sulardaki inorganik ve organik maddelerin taşınmasından sorumlu olan temel maddeleri oluşturmaktadır. Kil mineralleri ve hümik asitler arasındaki etkileşimin anlaşılabilmesi, su arıtma sistemlerinin performansının arttılmasının sağlanması bakımından önemlidir. Bu çalışmanın amacı kil minarelerini temsil etmesi amacıyla kullanılan montmorillonite ve kaolinitin, doğal organik maddeleri temsilen kullanılan model bileşiklerden hümik asitlerin TiO2 fotokatalitik yöntemle giderimi üzerindeki etkisinin araştırılmasıdır. Fotokatalizin uygulanmasından önce, hümik asitin adsorpsiyon ve fotolitik davranışlarının açıklanabilmesi için, hümik asit, montmorillonit, kaolinit ve TiO2 arasında oluşan etkileşimler incelenmiştir. Batch adsopsiyon denemeleri ile hümik asitin, sadece TiO2 ve montmorillonit / kaolinit varlığında TiO2?nun adsorpsiyonu incelenmiştir. Hümik asitte oluşan değişimler UV-görünür bölge sepektroskopik parametreleri; renk oluşturan gruplar (Renk436) ve UV absorplayan merkezler (UV365, UV280 ve UV254 ) ve çözünmüş organik karbon (ÇOK) giderimi ile tanımlanmıştır. Hümik asitin monmorillonit ve kaolinit varlığında gerçekleşen fotokatalitik degredasyonu, UV-vis görünür bölge parametrelerinin karbon değerlerine oranı olan spesifik UV-görünür bölge parametreleri (SUVA365, SUVA280, SUVA254 ve SRenkA) ile de takip edilmiştir. Renk oluşturan grupların giderimi ile UV absorplayan grupların giderimi arasındaki ilişkilerin göstergesi olan oransal UV-görünür bölge parametreleri (E254/E365; E254/E436; E280/E365; E280/E436, ve E365/E436), fotokataliz ile gerçekleşen farklı oksidasyon yolları hakkında bilgilerin ortaya çıkmasını sağlamaktadır. Fotokatalitik degredasyon sırasında, sadece hümik asitin bulunduğu durumda görüldüğü gibi montmorillonit ve kaolinit varlığındaki humik asit için elde edilen bu orantılı UV-görünür bölge parametreleri arasında çok önemli değişiklikler görülmemiştir. Ancak spesifik UV-görünür bölge parametreleri ve oransal UV-görünür bölge parametreleri arasında (E254/E436) (r2 > 0.80) çok yüksek korelasyon olduğu görülmektedir. Bu nedenle, E254/E436 parametresinin kil çeşitleri için ayırıcı bir indikatör parametre olarak uygun bir şekilde kullanabilir olduğu sunucuna varılabilir. Montmorillonit ve kaolinit varlığının arttırıcı ve inhibe edici özelliği psödo birinci derece kinetik modeli uygulaması ile gösterilmiştir. Seçici olmayan oksidasyon ile humik asitin Renk436, UV365, UV280 ve UV254 giderim oranlarının montmorillonit ve kaolinit varlığında az miktarda arttığı belirlenmiştir. Ancak kil minerallerinin varlığının hümik asitin ÇOK giderim oranı üzerinde bir etkisi olmadığı gözlenmiştir. Ayrıca iyonik kuvvetin (Ca2+ iyon miktarı, 5x10-4 M to 5x10-3 M) sadece hümik asitin ve montmorillonit ve kaolinit varlığındaki hümik asitin fotokatalitik degredasyon ile giderimine olan etkileri incelenmiştir. Montmorillonit ve kaolinit varlığının hümik asitin fotokatalitik degredasyonu üzerine genel etkisi moleküler boyut dağılımları (0.45 ?m filtrelenmiş fraksiyonu, 100 kDa fraksiyonu, 30 kDa fraksiyonu and 3 kDa fraksiyonu) ile de incelenmiş ve spesifik UV-görünür bölge ve ÇOK değerlerine göre belirtilmiştir. Yalnız hümik asitin bulunduğu sistem için yüksek molekül boyutlu fraksiyonların (100 kDa fraksiyonu ve 30 kDa fraksiyonu) verimli bir şekilde giderimi ve bunların düşük moleküler boyutlu fraksiyona (< 3 kDa) dönüşümü kil minerallerinin varlığındaki hümik asit için daha yüksektir. Hümik asitlerin fotokataliz öncesinde ve sonrasında TiO2, montmorillonit ve kaolinit varlığındaki ikili ve üçlü sistemler için yüzey yapılarının anlaşılması amacıyla taramalı elektron mikroskobu görüntüleri enerji dağılımlı X-ray analizi ile birlikte elde edilmiştir. Montmorillonit ve kaolinit varlığında hümik asitin fotokatalitik degredasyonu ile giderimi eksitasyon emisyon matris (EEM) floresan spektrum analizleri ile de incelenmiştir. Belirlenmiş olan koşullar için EEM floresan spektrum değişimlerinde Ca2+ iyonlarının rolü incelenmiştir. EEM flüoresan spektrum analizleri ile hümik asitin fotokataliz ile hümik benzeri floroforlardan fülvik benzeri floroforlara dönüştüğünü görülmektedir. Hümik asitin adsorpsiyonu, sadece TiO2, montmorillonit ve kaolinit varlığında TiO2 ve bu sistemlerin Ca2+ iyonlarının varlığındaki batch adsorpsiyon deneyleri ile incelenmiştir. Hümik asitin sadece TiO2, montmorillonit ve kaolinit varlığında TiO2?nun adsorpsiyon verileri belirlenmiş UV-vis parametreleriyle olduğu gibi çözünmüş organik karbon giderimi ile de belirtilmiştir. Adsopsiyon izotermleri, adsorpsiyon izoterm tiplerine göre değerlendirilmiştir (S, L ve C). Hümik asitin belirtilen verileri Freundlich ve Langmuir adsorpsiyon izoterm modelleri ile açıklanmıştır. Sonuç olarak montmorillonit ve kaolinit varlığının hümik asitin fotokatalitik degredasyon verimi üzerine belirgin bir etkisi olmadığı anlaşılmaktadır. Bu sonuc fotokatalizin su arıtma sistemlerinde doğal organik maddenin giderimi için alternatif bir yöntem olarak kullanılabilir olduğunu göstermektedir. UV-görünür bölge ve floresan spektrum teknikleri ile elde edilen sonuçlara göre, ortaya çıkan organik maddelerin kimyasal içeriği, içme suyu kalitesinin değerlendirilmesinde indikatör bir parametre olarak kullanılabilir. Klorlama ve/veya ozonlama prosesleri son dezenfeksiyon aşamasında geniş kapsamlı olarak uygulandığı için bundan sonraki çalışmalarda dezenfeksiyon yan ürünleri oluşumunun ve bunların olası yan etkilerinin değerlendirilmesi halk sağlığı açısından önemle tavsiye edilmektedir.