Metilen mavisinin atık ZnO katalizörü ile fotokatalitik arıtımı

Öz

Bu çalışmanın amacı, metilen mavisinin fotokatalitik oksidasyon prosesi ile gideriminde, katalizör olarak metal atıkları geri dönüşüm endüstrilerinden oluşan ZnO içerikli atıkların kullanılabilirliğinin araştırılmasıdır. Bu amaç çerçevesinde, bakır ve çinko içeren atıkların geri dönüşümü sırasında, siklonlar ile tutulan çinko içerikli toz katalizör olarak kulanılmıştır. Atık ZnO numunesinin özellikleri SEM-EDX ve FTIR analizleri ile ortaya konulmuştur. Fotokatalitik oksidasyon çalışmalarında ZnO/UV ve ZnO/H₂O₂/UV prosesleri araştırılmıştır. Elde edilen sonuçlar neticesinde, ZnO (2.5 g/L)/UV ve 10 mg/L başlangıç metilen mavisi konsantrasyonu için %95 metilen mavisi giderimi elde edilmiştir. Yüksek başlangıç metilen mavisi konsantrasyonunda (50 mg/L) ise 7.5 mM H₂O₂ ilavesi ile yaklaşık %99 metilen mavisi giderimi elde edilebilmektedir. Yapılan toksisite (Daphnia Magna) deneyi sonuçlarına göre, başlangıç metilen mavisinde %100 Daphnia Magna hareketsizliği gözlenirken, arıtılmış numunede %5 değerine düşmüştür. Sonuç olarak, endüstrilerde oluşan çinko içerikli atıkların fotokatalitik oksidasyon prosesi ile renk gideriminde kullanılabileceği görülmüştür. Bu şekilde, fotokatalitik oksidasyon proseslerinde katalizör maliyeti ve buna bağlı olarak işletme maliyeti azaltılabilecek ve metal geri dönüşüm endüstrisleri içinde atık geri kazanımı ve/veya minimizasyonu sağlanabilecektir.

Anahtar Kelimeler

• Metilen mavisi,Fotokatalitik oksidasyon,ZnO,Atık gerikazanımı,Katalizör

Photocatalytic degradation of methylene blue by waste ZnO catalyst

Abstract

The purpose of this study, the usability of the ZnO content of waste which produces from metal waste recycling industries as a catalyst was investigated for the removal of methylene blue by the photocatalytic oxidation process. For this purpose, a zinc content powder which is held with the cyclones during recycling of copper and zinc containing waste is used as a catalyst. Properties of waste ZnO were demonstrated by the SEM-EDX and FTIR analysis. ZnO/UV and ZnO/H₂O₂/UV processes have been investigated in the photocatalytic oxidation experiments. According to obtained results, 95% of methylene blue removal efficiency was obtained for ZnO (2.5 g/L)/UV and 10 mg/L initial methylene blue. At a high initial methylene blue concentration (50 mg/L), approximately 99% of methylene blue removal can be obtained with the addition of 7.5 mM H₂O₂. According to toxicity (Daphnia Magna) experiment results, immobilization of Daphnia Magna was observed at 100% at initial methylene blue concentration while it was dropped off 5% at treated samples. As a result, the zinc containing waste generated in the industries can be used for dye removal with photocatalytic oxidation process. In this way, the catalyst cost and, consequently operation cost can be reduced in the photocatalytic oxidation process, and waste recycling and/or minimization in the waste recycling industries will be provided.

Keywords

• Methylene blue,Photocatalytic oxidation,ZnO,Waste recycling,Catalyst

References

1. Özyonar F, Karagözoğlu B. “Elektrokoagülasyon prosesi ile tekstil sanayi atiksuyunun aritimi”. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 28(1), 29-37, 2012.
2. Sarayu K, Sandhya S. “Current technologies for biological treatment of textile wastewater-a review”. Applied Biochemical Biotechnolgy, 167(3), 645-661, 2012.
3. Kocaer FO, Alkan U. “Boyar madde içeren tekstil atiksularinin aritim alternatifleri”. Uludağ Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, 7(1), 47-55, 2002.
4. Vakili M, Rafatullah M, Salamatinia B, Abdullah AZ, Ibrahim MH, Tan KB, Gholami Z, Amouzgar P. “Application of chitosan and its derivatives as adsorbents for dye removal from water and wastewater: A review”. Carbohydrate Polymers, 113, 115-130, 2014.
5. Eren Z, Acar FN. “Uçucu kül adsorpsiyonu ile reaktif boya giderimi”, Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 10(2), 253-258, 2004.
6. Verma AK, Dash RR, Bhunia P. “A review on chemical coagulation/flocculation technologies for removal of colour from textile wastewaters”. Journal of Environmental Management, 93(1), 154-168, 2012.
7. Ertugay N, Acar FN. “Sonokatalitik oksidasyon ile direct blue 71 azo boyasının renk giderimi”. Iğdır Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 3(1), 55-60, 2013.
8. Gürtekin E, Şekerdağ N. “Color removal from textile wastewater with fenton process”. Sigma Mühendislik ve Fen Bilimleri Dergisi, 26(3), 216-226, 2008.

9. Birgül A, Akal Solmaz SK. “Tekstil endüstrisi atıksuları üzerinde ileri oksidasyon ve kimyasal arıtma prosesleri kullanılarak KOİ ve renk gideriminin araştırılması”. Ekoloji, 16(62), 72-80, 2007.
10. Dhanavel S, Nivethaa EAK, Narayanan V, Stephen A. “Photocatalytic activity of chitosan/ZnO nanocomposites for degrading methylene blue”. International Journal of Chemical Techology Research, 6(3), 1880-1882, 2014.
11. Kong JZ, Li AD, Li XY, Zhai HF, Zhang WQ, Gong YP, Li H, Wu D. “Photo-Degradation of methylene blue using ta-doped ZnO nanoparticle”. Journal of Solid State Chemistry, 183, 1359-1364, 2010.
12. Chakrabarti S, Dutta BK. “Photocatalytic degradation of model textile dyes in wastewater using ZnO as semiconductor catalyst”. Journal of Hazardous Materials, 112(3), 269-278, 2004.
13. Wang R, Xin JH, Yang Y, Liu H, Xu L, Hu J. “The characteristics and photocatalytic activities of silver doped ZnO nanocrystallites”. Applied Surface Science, 227(1-4), 312-317, 2004.
14. Height MJ, Pratsinis SE, Mekasuwandumrong O. “Ag-ZnO catalysts for UV-Photodegradation of methylene blue”. Applied Catalysis B: Environmental, 63(3-4), 305-312, 2006.
15. Shen W, Li Z, Wang H, Liu Y, Guoa Q, Zhang Y. “Photocatalytic degradation for methylene blue using zinc oxide prepared by codeposition and sol–gel methods”. Journal of Hazardous Materials, 152(1), 172-175, 2008.
16. Whang TJ, Hsieh MT, Chen HH. “Visible-Light photocatalytic degradation of methylene blue with laser-induced Ag/ZnO Nanoparticles”. Applied Surface Science, 258(7), 2796-2801, 2012.
17. International Organization for Standardization “ISO 6341:1996 Water quality - determination of the inhibition of the mobility of Daphnia Magna Straus (Cladocera, Crustacea)”, Geneva, Switzerland, 1996.
18. Nagaraja R, Kottam N, Girija CR, Nagabhushana BM. “Photocatalytic degradation of rhodamine B dye under UV/Solar light using ZnO nanopowder synthesized by solution combustion route”. Powder Technology, 215-216, 91-97, 2012.
19. Konstantinou IK, Albanis TA. “TiO2-assisted photocatalytic degradation of azo dyes in aqueous solution: kinetic and mechanistic investigations: A review”. Applied Catalysis B: Environmental, 49(1), 1-14, 2004.
20. Daneshvar N, Rasoulifard MH, Khataee AR, Hosseinzadeh F. “Removal of C.I. acid orange 7 from aqueous solution by UV irradiation in the presence of ZnO nanopowder”. Journal of Hazardous Materials, 143(1-2), 95-101, 2007.