ZnO-TiO2 ikili fotokatalizör sistemi; etkinliğinin reaktif turuncu 16 azo boya üzerinde belirlenmesi

Abstract

Fotokatalitik çalışmalarda geniş bant aralığına sahip çinko oksit (ZnO) ve titanyum dioksit (TiO2) yarıiletkenler tercih edilmektedir. Yarıiletken fotokatalizörlerin en etkin hali yüksek yüzey alanı nedeniyle toz halidir fakat geri dönüşüm sorunu oluşturmaktadır. Bunun için ZnO ve TiO2 tozlarından yüzey alanı yüksek katalizörler elde edebilmek için replika yöntemi kullanılarak ayrı ayrı üretilmiştir. Daha sonra UV ışığı altında laboratuvar ölçekli reaktör ile sulu ortamda çözünmüş olarak bulunan Reaktif Turuncu 16 azo boya çözelti içerisine ZnO:TiO2 sayı oranları 1:0, 1:1, 0:1 olacak şekilde fotokatalitik parçalanma gerçekleştirerek yüzde renk giderimleri hesaplanmıştır. Meydana gelen parçalanma ile yan ürünler ortaya çıkar ve ortaya çıkan karbon miktarı toplam organik karbon (TOC) cihazıyla belirlenmiştir. Ağ yapılı fotokatalizörlerin topografik özellikleri belirlenmiştir ve katalizörlerin yüzey morfolojisi taramalı elektron mikroskop (SEM) yardımıyla gerçekleştirilmiştir. Her deney için en uygun kinetik model seçilmiştir ve kinetik hız sabitleri hesaplanmıştır. Bu çalışmalar sonucunda ağ yapılı yüksek yüzey alanına sahip katalizörler elde edilmiştir. Saf TiO2 katalizörünün yüzey alanı ZnO ile aynı olmasına rağmen daha yüksek renk giderimi değerleri elde edilmiştir. Kullanım miktarı arttıkça TiO2 katalizörüyle yapılan deneylerde katalizörün yüzeyinde bir yorulma işlemi oluşturmayıp verim artışı meydana gelmiştir. TOC sonuçları da karşılaştırıldığında saf TiO2 katalizörüyle yapılan deneylerde diğerlerine göre yüksek sonuç elde edilmiştir ve değeri %100'dür.

Zinc oxide (ZnO) and titanium dioxide (TiO2) semi-conductors are frequently prefered for photocatalytic experiments. Most active state of semi-conductors photocatalysts is the powder state which causes the recycling problem. Therefore, high-surface area ZnO and TiO2 photocatalysts were produced seperately by the replica method. Afterwards, photocatalysis reactions to degrade Reactive Orange 16 azo-dye were carried out with the ZnO:TiO2 ratio of 1:0, 1:1, and 0;1 and decoloraziton of the dye was calculated. Quantities of the excess products occured during the process were determined with Total Organic Carbon (TOC) device. The topographical properties of network-structured photocatalysts were determined and the morphologies were observed by scanning electron microscobe (SEM). The most applicable kinetic model was chosen and kinetic rate constants were calculated. As the result of these studies network-structured photocatalysts with high surface areas were obtained. Even though the surface area of pure TiO2 catalyst was the same as the pure ZnO catalyst, higher decoloration values were obtained by TiO2 catalyst. With the increasing cycle of usage, no fatigue was observed on the surfaces of TiO2 catalysts. According to the TOC results, highest efficiency value of 100% was obtained by pure TiO2 photocatalysts.