Boyar madde, pestisit ve antibiyotik içeren suların fotokatalitik proseslerle arıtımında ZnO/TiO2 kompozit plakaların kullanımı

Abstract

Bu çalışmada; çeşitli atıksularda aktif madde olarak bulunan Reaktif red 180 boya, 2,4-Diklorofenoksiasetik asit pestisit ve Enrofloksasin antibiyotik içeren çözeltilerin; iki farklı yarı iletken fotokatalizör plakalar (saf ZnO ve ZnO-TiO2 kompozit (% 50-50 )) ve iki farklı dalga boyuna sahip ultraviyole lamba (UVA ve UVC) kullanılarak fotokatalitik proses yöntemleri ile arıtımı incelenmiştir. Deneylerde çözelti konsantrasyonu olarak 50 mg/L ve kesikli tip kuvars reaktör kullanılarak; yarı iletken fotokatalizör plakaların fotokatalitik oksidasyon prosesine olan giderim verimi etkileri ve reaksiyon kinetiği incelenmiştir. RR180 boyar madde çözelti konsantrasyonlarının renk giderim verimi fotometrik absorbans ölçümleriyle, 2,4-D ve enrofloksasin çözeltilerinin konsantrasyon giderim verimleri ise HPLC (Yüksek Basınçlı Sıvı Kromotografisi) analiziyle yapılmıştır. RR180, 2,4-D ve enrofloksasin çözeltilerine ait deneysel veriler, yalancı birinci derece kinetik hız modeli ile açıklanmıştır. Yarı iletken katalizör plakalar ile her üç organik kimyasal için yapılan deneylerde UVC lamba tipinde, bu dalga boyunun yüksek enerji etkisinden dolayı UVA lamba tipinden daha iyi giderim verimleri elde edilmiş ancak UVA dalga boyundaki giderim verimlerinin de yaklaşık izlediği görülmüştür. Bu yüzden güneş enerjisi spektrumunda yer alan UVA dalga boyunun kullanılması proses ekonomisi açısından tercih edilmiştir. Fotokatalitik oksidasyon deneyleri sonucunda; her iki katalizör türünde benzer verimler gözlenmiştir ve en yüksek verim 2,4-D çözeltisi için bulunmuştur. Ayrıca deneyler sonrasında plakalar 1 saat saf su içerisinde ve UVA lamba altında temizlenerek; plakaların temizliğinin verimleri olumlu yönde etkilediği ve tekrar kullanılabilirliği de tespit edilmiştir. Sonuç olarak; saf ZnO plakalar, TiO2 karışımı kompozit plakalar ile kıyaslandığında verim etkisi ve tekrar kullanım kararlılığı her üç kimyasal içinde kompozit plakalar kadar iyi olduğu gözlemlenmiş ve daha ekonomik olan ZnO'nun bu proses için yarı iletken katalizör olarak değerlendirilebileceği görülmüştür.In this study; photocatalytic treatment of reactive red 180 dye, 2,4-dichlorophenoxyacetic acid pesticide and enrofloxacin antibiotic containing solutions as an active chemical of various wastewaters was investigated using two different semi-conductor photocatalyst plates (pure ZnO and ZnO-TiO2 composite (50-50%)) and two different wavelength UV source lamps (UVA and UVC). Experiments were conducted in batch type quartz reactor using semi-conductor photocatalyst plates and 50 mg/L solution concentration. Photocatalytic process efficiency of the plates was investigated and reaction kinetics was evaluated. Color removal efficiency of RR180 dye solution concentrations was analyzed by photometric absorbance measurements, removal efficiencies of 2,4-D and enrofloxacin solution concentrations were analyzed by HPLC (High Pressure Liquid Chromatography). Degradation of RR180, 2,4-D and enrofloxacin solutions were also evaluated using pseudo first order kinetic rate model. Semi-conductor catalyst plates performed higher removal efficiencies for each of three organic chemical solutions at UVC lamp type due to the higher energy impact of this wavelength. However efficiencies under UVA wavelength have followed close rates to UVC wavelength. Subsequently UVA lamp type is preferred in terms of process economy because this wavelength is located under the spectrum of solar energy. Photocatalytic oxidation results showed that both catalyst plates have indicated similar removal efficiency values and the highest value was obtained for using 2,4-D pesticide solutions. Meanwhile cleaning the plates in deionized water at least 1 hour under UVA light has gained them reuse efficiency. Consequently when pure ZnO plates compared to TiO2 composite plates in degradation efficiency and re-use stability, they have performed as good as composite plates for each of the three chemical solutions and ZnO could be benefited as the more economical semi-conductor catalyst.