Synthesis of carbon-based LDH nanocomposites for sonophotocatalytic degradation of emerging pollutants under visible light irradiation

Abstract

Su kaynaklarının karmaşık organik kirleticilerle kirlenmesi nedeniyle yeni arıtma teknikleri ilgi uyandırmıştır. Bu kirleticilerin giderilmesi için etkili yöntemler, fotokatalitik, sonokatalitik ve sonofotokatalitik gibi AOP'lerdir. Tipleri ve katalitik aktiviteleri AOP'lerde etkili katalizörler olduğu için LDH tercih edilmiştir. Bu çalışmada, Cr ile Ni'nin kombinasyonlarından oluşan LDH'ler sentezlendi. Katalizörlerde elektron-boşluk çiftlerinin hızlı rekombinasyonu sınırlamalara neden olduğundan, karbon bazlı LDH/GO ve LDH/rGO sentezlendi. Sentezlenen tüm katalizörler karakterize edildi ve sonofoto katalitik proseste Rifadin gideriminde kullanıldı. Oksidasyon verimini etkileyen çeşitli parametreler incelenmiş ve optimum deney koşulları belirlenmiştir. Ardışık döngüler ve kirletici ayrışması sırasında oluşan yan ürünleri belirlemek için GC-MS analizi yapıldı. LDH'lerin ve bunların nanokompozitlerinin S.aureus'a karşı toksisite değerlendirmeleri ve antibakteriyel aktiviteleri araştırıldı. Son olarak farklı antibiyotiklerle karşılaştırmalar yapılmış ve kirleticilerin atık su matrisindeki bozunması incelenmiştir. Optimum koşullarda NiCr LDH, NiCr LDH/GO ve NiCr LDH/rGO eklendiğinde, Rifadin bozunma verimliliği sırasıyla %30'dan %60'a ve %92'ye çıkarıldı.New treatment techniques have aroused interest because of the contamination of water resources with complex organic pollutants. Effective methods for the removal of these pollutants are AOPs such as photocatalytic, sonocatalytic and sonophotocatalytic. LDH was preferred because their types and catalytic activities are effective catalysts in AOPs. In this work, LDHs consisting of combinations of Cr with Ni have been synthesized. Since rapid recombination of electron-hole pairs in catalysts causes limitations, carbon-based LDH/GO and LDH/rGO have been synthesized. All synthesized catalysts were characterized and used in Rifadin removal in sonophoto catalytic process. Various parameters affecting the oxidation efficiency were investigated and optimum experimental conditions were determined. GC-MS analysis was performed to identify the by-products formed during successive cycles and contaminant decomposition. Toxicity assessments and antibacterial activities of the LDHs and their nanocomposites against S.aureus were investigated. Finally, comparison with different antibiotics was made and the degradation of pollutants in the wastewater matrix was investigated. When NiCr LDH, NiCr LDH/GO, and NiCr LDH/rGO were added at optimum conditions, Rifadin degradation efficiency was increased from 30% to 60% and 92%, respectively.