Kontrollü neodmiyum birikmesiyle TiO2 fotokatalizörün sentezi ve metilen mavisi bozunma mekanizmasının incelenmesi

---

Tezin Türü: Yüksek Lisans

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, KİMYA MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2025

Tezin Dili: Türkçe

Öğrenci: RAVAN ALLABABIDI

Danışman: Yasemen Kalpaklı

Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu

Özet:

Titanyum dioksit (TiO2), morötesi (UV) ışık ile uyarıldığında yüksek oksidasyon potansiyeline ve yüksek verimliliğe sahip olması nedeniyle fotokatalitik uygulamalar için en uygun yarı iletkenlerden biri olarak tercih edilmektedir. Metilen mavisi ise C₁₆H₁₈ClN₃S formülüne sahip bir organik klorür tuzu olup, tekstil endüstrisinin yanı sıra deri, kâğıt ve plastik gibi birçok sektörde yaygın olarak kullanılan katyonik bir boyar maddedir. Fotokatalitik bozunma verimliliği; katalizör tipi, katalizör konsantrasyonu, pH, sıcaklık, ışığın yoğunluğu ve dalga boyu gibi çeşitli parametrelerden etkilenmektedir. Bu çalışmada, metilen mavisinin farklı pH koşullarında bozunma davranışı incelenmiş ve optimum sonuç pH 8'de TiO2 katalizörlüğünde elde edilmiştir. Çalışmada katalizör konsantrasyonu (0,125-0,75 g/L) değiştirilerek reaksiyonlar gerçekleştirilmiş ve optimum bozunma süresi 60 dakika olarak belirlenmiştir. TiO2 numunelerinin fotokatalitik aktiviteleri, metilen mavisinin bozunma reaksiyonu üzerindeki etkisi açısından test edilmiştir. Deneyler oda sıcaklığında, kesikli bir reaktör içerisinde yürütülmüş ve metilen mavisi çözeltisi stok çözeltisinden hazırlanan farklı konsantrasyonlarda (3,2-20 ppm) UV ışık altında ışınlanarak incelenmiştir. 3,2 ppm metilen mavisi çözeltisi kullanıldığında, optimum katalizör miktarı 0,5 g/L olarak belirlenmiş; bu koşullarda adsorpsiyon verimi minimum, oksidasyon verimi ise maksimum seçilip optimum sonucu elde edilmiştir. Bu konsantrasyon için bozunma verimi %69,48 olarak kaydedilmiştir. Gerçekleşen reaksiyonların kinetiğini incelemek amacıyla Langmuir-Hinshelwood modeli kullanılmış ve optimum sonuçlar için 0,5 g/L katalizör miktarında reaksiyon hız sabiti 0,0204 dk⁻¹ olarak hesaplanmıştır. Saf TiO2'nin fotokatalitik aktivitesini artırmak amacıyla, nadir toprak elementlerinden biri olan neodimyum (Nd) dopant maddesi olarak seçilmiş ve TiO2 yapısına %1 ila %1,6 oranında katkılandırılmıştır. Sentezlenen saf TiO2 ve Nd-TiO2 partikülleri XRD, FTIR, SEM, BET ve DRS analizleri ile yapısal, optik ve yüzey özellikleri açısından detaylı olarak incelenmiştir. Çalışma sonucunda, neodimyum katkılı TiO2 fotokatalizörlerinin yalnızca adsorpsiyon aktivitesi sergilediği gözlemlenmiştir. Saf TiO2 için uygulanan çalışma parametreleri, %1,4 oranında neodimyum katkılı TiO2'ye uygulanmış ve 20 ppm metilen mavisi için 2,5 g/L katalizör miktarında, 10 dakika içinde metilen mavisi çözeltisinde yaklaşık %89,89'luk bir giderim verimi sağlanmıştır.