Akademik Veri Yönetim Sistemi
Eken Korkut S. (Yürütücü)
TÜBİTAK Projesi, 2021 - 2022
Hızla
artan dünya nüfusu ve buna bağlı olarak artan endüstriyelleşme nedeniyle,
farmasötikler ve organik boyalar gibi kimyasalların neden olduğu su kirliliği
her geçen gün artmakta ve insan sağlığına ve çevreye karşı ciddi bir tehdit
oluşturmaktadır. Bu tür kimyasal maddelerin çok düşük miktarları bile (1ppm’nin
altında) suları ciddi bir şekilde kirletmektedir. Bu nedenle bu tür kimyasalların
atık sulardan uzaklaştırılması insan ve deniz su canlıları sağlığı açısından hayati
önemlidir. Reaktif oksijen türlerinin (O2•-, OH• vb) oluşumunu
içeren ileri oksidasyon prosesleri (İOP), atık sulardan çok çeşitli organik
kirleticilerin uzaklaştırılmasında yüksek etkinlik gösterdiği için diğer su
arıtma yöntemleri arasında en ümit verici teknoloji olarak ortaya çıkmaktadır.
Fakat İOP proseslerinde genellikle hidrojen peroksit (H2O2)
ve ozon (O3) gibi kimyasallar aşırı miktarlarda kullanılmaktadır. Bu
tür kimyasalların kullanımının getirdiği maliyet yükü, düşük boya giderimi ve oluşan
yan ürünler sürdürülebilir kimya açısından uygun olmadığından, etkinliği yüksek
yeni İOP proseslerinin geliştirilmesini zorunlu kılmaktadır. Bu bağlamda son
yıllarda güneş enerjisinin doğrudan kimyasal enerjiye dönüştürülmesine imkân
sağlayan fotokatalitik İOP süreçler, atık sulardan organik kirleticilerin
gideriminde kullanılmaya başlanmıştır. Fotokatalitik bir proses yardımı ile, geleneksel
yollar ile sudan uzaklaştırılamayan kirleticilerin etkin giderimi sağlanabilir.
Fotokatalitik İOP süreçlerinin etkinliğini etkileyen en önemli faktör
fotokatalizör seçimidir. Bu bağlamda son yıllarda heterojen fotokatalizörler, hava
ve sudan organik kirleticiler dahil olmak üzere çok çeşitli atıkların
uzaklaştırılması için etkili olduğu ve geleneksel atık su arıtma tekniklerine
göre birçok avantaj sağladığı gösterilmiştir. Son yıllarda grafitik karbon nitrür (g-CN), molibden disülfür (MoS2), tungsten oksit (WO3)
ve bizmut oksit (Bi2O3) gibi iki boyutlu (2D) malzemeler
heterojen fotokatalizör olarak fotokatalitik atık su gideriminde
kullanılmaktadır. Yakın bir zamanda ise 2D
malzemeler dünyasının parlayan yıldızı olarak gösterilen siyah fosfor (SF), görünür
bölgeden infrared bölgeye kadar geniş bir spektrumda ışık soğurabilme yeteneği,
tabaka sayısına bağlı ayarlanabilir geniş bant aralığı (0,3 eV-2,1 eV), eşsiz iki
2D tabaka yapısı, yüksek yük taşıyıcı hareketliliği ve anizotropik özellikleri
sayesinde birçok alanda heterojen fotokatalizör olarak kullanılmaya
başlanmıştır. Ancak SF’nin metal içermeyen yarıiletken
malzeme olarak sergilediği bu
olağanüstü özelliklerinin yanı sıra foton ile
uyarılması yolu ile elde edilmiş yük taşıyıcılarının hızlı rekombinasyonu ve SF
nanotabakalarının açık hava koşullarında düşük kararlılığı gibi yaşadığı
sorunlar fotokataliz uygulamalarını sınırlamaktadır. Bu sorunlar SF’nin kovalent olarak fonksiyonelleştirilmesi
ve fonksiyonel gruplara kovalent olarak foto duyarlılaştırıcı moleküllerin
takılması yolu ile giderebilir.
On
sekiz π-elektron konjuge sistemine sahip aromatik makrosiklik bileşiklerden
biri olan ftalosiyaninler (Pc); son
yıllarda hem temel hem de uygulamalı bilim için üzerinde önemle durulan
konulardan biri haline gelmiştir. Tamamen sentetik
olup boyar madde, pigment, sensör, fotoalgılayıcı, sıvı kristal ve katalizör
olarak çok fazla uygulaması bulunmaktadır. Ftalosiyaninler,
düşük maliyetleri ve yüksek verimlilikleri nedeniyle güneş enerjisi dönüşümünde
duyarlılaştırıcı olarak çok ilgi görmektedir. Ucuz olmalarının yanı sıra
görünür ışığı oldukça verimli bir şekilde kimyasal enerjiye dönüştürür. Çünkü
Soret (B) (350-400 nm) ve Q bant (650-800 nm π-π* geçişi) bölgesinde şiddetli ve
kararlı ışık soğurumu yaparlar. Bu nedenle fonksiyonelleştirilen SF’ye görünür bölgede ışık soğurma yeteneği yüksek
ftalosiyanin moleküllerinin kovalent olarak tutturulması ile elde edilecek SF-ZnPc
hibrit yapılarının, SF ile Pc molekülleri arasında gerçekleşecek elektronik
etkileşimler sayesinde atık sulardan antibiyotiklerin ve organik boyaların
gideriminde etkinliği ve kararlılığı yüksek fotokatalizörler geliştirileceği
öngörülmektedir. Geliştirilecek hibrit yapılar ile ışık soğurulması
artırılmış SF-temelli daha etkin fotokatalizörlerin geliştirilmesi projemizin
nihai hedefidir.
Bu
projede, oksi- ve sülfanil- gruplarından oluşan görünür bölgede ışık soğurabilen
monokarboksilik asit sübstitüentli iki tane asimetrik çinko ftalosiyanin (ZnPc)
bileşiği sentezlenecektir. Diğer taraftan sentezlenen SF kristalleri n-butil lityum
ve 4-nitroarildiazonyum tuzunu içeren bir metot ile yüzeylerinde amin grupları olacak
şekilde fonksiyonelleştirilecektir. Daha sonra sentezlenen ZnPc bileşiklerinin karboksilik
uçları ile fonksiyonelleştirilen SF’nin yüzeyinde bulunan amin grupları amid
bağı oluşumu ile birleştirilerek, SF-ZnPc hibrit fotokatalizörleri
oluşturulacaktır. Elde edilen SF-ZnPc hibrit fotokatalizörlerinin yapısal ve
fotofiziksel özellikleri ileri analitik teknikler ile ortaya konulacaktır. SF-ZnPc
hibrit fotokatalizörlerinin sulu çözeltiden antibiyotiklerin (tetrasiklin ve klorpromazin
hidroklorür) ve organik boyaların (Rodamin B ve metilen mavisi) görünür bölge ışığı
altında gideriminde katalitik etkinlikleri incelenecektir. Sunulan proje hem
sentezi gerçekleştirilecek SF-ZnPc hibrit fotokatalizörleri hem de bu
fotokatalizörler varlığında sulu çözeltiden antibiyotiklerin ve organik boyaların fotokatalitik giderimi açısından
özgündür.