Üç Metalli CuFeV-LDH Yapısı Sentezi, Karakterizasyonu ve Metilen Mavisi Giderimi Üzerine Etkisi

Abstract

LDH yapıları, esnek ve uyarlanabilir özelliklere sahip olması sayesinde belirli bir uygulama için modifiye edilebilmektedir. Bu çalışmada, CuFeV-LDH yapısı sentezlenmiş ve XRD, FTIR, FE-SEM ve BET gibi analiz yöntemleri ile karakterize edilerek yapısı ortaya koyulmuştur. XRD sonucu malzemenin yüksek kristal yapıya sahip olduğunu göstermiştir. FE-SEM sonucuna göre yapının nano boyutlu küresel taneciklerden oluştuğu ve elementlerin homojen dağılıma sahip olduğu belirlenmiştir. BET sonucuna göre ise CuFeV-LDH’nin yüzey alanı 238.59 m² g⁻¹ olarak bulunmuştur. Üretilen bu malzeme kullanılarak Fenton benzeri katalitik oksidasyon yöntemi ile metilen mavisi giderim performansı incelenmiştir. Metilen mavisi giderim deneyleri üç farklı katalizör miktarı (0.5, 1, 1.5 g/L) varlığında gerçekleştirilmiştir. Katalizör miktarı için optimum değer olarak 1g/L belirlenmiş ve kinetik çalışmalar bu değer sabit tutularak gerçekleştirilmiştir. Metilen mavisi giderim performansı 45oC de, 1g/L katalizör ve 100 mM H2O2 varlığında % 85’e ulaşmıştır. Kinetik çalışma analizleri sonucu, reaksiyonun birinci ve ikinci dereceden kinetik modele uyduğunu göstermiştir. CuFeV-LDH katalizörünün Fenton benzeri sistemler için önemli bir potansiyele sahip olduğunu göstermektedir.

Keywords

• LDH
• Metilen mavisi
• Katalizör
• Karakterizasyon

Project Number

Proje No: 1919B012415229

Ethical Statement

Yazar(lar) bu makalenin araştırılması, yazarlığı ve/veya yayınlanmasıyla ilgili olarak herhangi bir potansiyel çıkar çatışması beyan etmemiştir. Bu makalenin yazar(lar)ı, bu çalışmada kullanılan materyal ve yöntemlerin etik kurul izni ve/veya yasal-özel izin gerektirmediğini beyan eder.

Thanks

Bu çalışma, TÜBİTAK tarafından desteklenen 2209-A Üniversite Öğrencileri Araştırma Projeleri Destekleme Programı kapsamında (Proje No: 1919B012415229) gerçekleştirilmiştir. Sağlanan destek için TÜBİTAK’a teşekkür ederiz.

Synthesis and Characterization of the Trimetallic CuFeV-LDH Structure and Its Effect on Methylene Blue Removal

Abstract

LDH structures, due to their flexible and adaptable properties, can be modified for a specific application. In this study, a CuFeV-LDH structure was synthesized and characterized using analytical methods such as XRD, FTIR, FE-SEM, and BET. The XRD result showed that the material has a high crystalline structure. According to the FE-SEM result, it was determined that the structure consists of nano-sized spherical particles and that the elements have a homogeneous distribution. According to the BET result, the surface area of CuFeV-LDH was found to be 238.59 m² g⁻¹. The methylene blue removal performance of this produced material was investigated using the Fenton-like catalytic oxidation method. Methylene blue removal experiments were carried out in the presence of three different catalyst amounts (0.5, 1, 1.5 g/L). The optimum value for the catalyst amount was determined as 1 g/L, and kinetic studies were performed keeping this value constant. Methylene blue removal performance reached 85% at 45°C, with 1 g/L catalyst and 100 mM H2O2. Kinetic analysis showed that the reaction followed a first and second-order kinetic models. This indicates that the CuFeV-LDH catalyst has significant potential for Fenton-like systems.

Keywords

• LDH
• Methylene blue
• Catalyst
• Characterization

Project Number

Proje No: 1919B012415229

Ethical Statement

The author(s) declare no potential conflicts of interest related to the research, authorship, and/or publication of this article. The author(s) also declare that the materials and methods used in this study did not require ethics committee approval and/or any legal or special permissions.

Thanks

This study was supported by TÜBİTAK under the 2209-A University Students Research Projects Support Program (Project No: 1919B012415229). We gratefully acknowledge TÜBİTAK for the financial support.

References

1. G. Arrabito, A. Bonasera, G. Prestopino, A. Orsini, A. Mattoccia, E. Martinelli, B. Pignataro, P.G. Medaglia “Layered double hydroxides: A toolbox for chemistry and biology”, Crystals (Basel) 9:7 (2019) 361. Doi:10.3390/cryst9070361.
2. R. Keyikoglu, A. Khataee, H. Lin, Y. Orooji “Vanadium (V)-doped ZnFe layered double hydroxide for enhanced sonocatalytic degradation of pymetrozine”, Chemical Engineering Journal 434 (2022) 134730. Doi:10.1016/j.cej.2022.134730.
3. K. Nejati, A. R. Akbari, S. Davari, K. Asadpour-Zeynali, Z. Rezvani “Zn-Fe-layered double hydroxide intercalated with vanadate and molybdate anions for electrocatalytic water oxidation”, New Journal of Chemistry 42:4 (2018) 2889-2895. Doi:10.1039/c7nj04469k.
4. J. Huang, Z. Zhang, Y. Wei, L. Guo, J. Liu, C. Zhang, S. Sun “Layered Double Hydroxides Derived CuFe-Based Catalysts for CO₂ Hydrogenation to Long-Chain Hydrocarbons”, Chemistry of Inorganic Materials 1 (2023) 100004. Doi:10.1016/j.cinorg.2023.100004.
5. Y. Fu, X. Fu, W. Song, Y. Li, X. Li, L. Yan “Recent Progress of Layered Double Hydroxide-Based Materials in Wastewater Treatment”, Materials 16:16 (2023) 5723. Doi:10.3390/ma16165723.
6. Z. H. Xie, H. Y. Zhou, C. S. He, Z. C. Pan, G. Yao, B. Lai “Synthesis, application and catalytic performance of layered double hydroxide based catalysts in advanced oxidation processes for wastewater decontamination: A review”, Chemical Engineering Journal 414 (2021) 128713. Doi:10.1016/J.CEJ.2021.128713.
7. Z. Wang, H. Wang, Y. Wang, S. Wan, D. Pei, K. Li, H. Lu “High-performance supercapacitor materials based on NiMn-LDH layered structures with MXene layers”, Journal of Alloys and Compounds 1008:31 (2024) 176785. Doi:10.1016/j.jallcom.2024.176785.
8. G. George, A.M. Ealias, M.P. Saravanakumar “Advancements in textile dye removal: a critical review of layered double hydroxides and clay minerals as efficient adsorbents”, Environmental Science and Pollution Research 31:9 (2024) 12748-12779. Doi:10.1007/S11356-024-32021-W.

9. S. Husien, R.M. El-taweel, A.I. Salim, I.S. Fahim, L.A. Said, A.G. Radwan “Review of activated carbon adsorbent material for textile dyes removal: Preparation, and modelling”, Current Research in Green and Sustainable Chemistry 5 (2022) 100325. Doi:10.1016/J.CRGSC.2022.100325.
10. T. Islam, M.R. Repon, T. Islam, Z. Sarwar, M.M. Rahman “Impact of textile dyes on health and ecosystem: a review of structure, causes, and potential solutions”, Environmental Science and Pollution Research 30:4 (2022) 9207-9242. Doi:10.1007/S11356-022-24398-3.
11. R. Keyikoğlu, A. Khataee, Y. Yoon “Enhanced generation of reactive radicals and electrocatalytic oxidation of levofloxacin using a trimetallic CuFeV layered double hydroxide-containing electrode”, Chemosphere 340 (2023) 139817. Doi:10.1016/j.chemosphere.2023.139817
12. N.D.M. Costa-Serge, R.G.L. Goncalves, M.A. Ramirez-Ubillus, C. Li, P. Hammer, S. Chiron, R.F.P. Nogueira “Effect of the interlamellar anion on CuMgFe-LDH in solar photo-Fenton and Fenton-like degradation of the anticancer drug 5-fluorouracil”, Applied Catalysis B 315:3 (2022) 121537. Doi:10.1016/j.apcatb.2022.121537.
13. N. Wen, Y. Su, W. Deng, H. Zhou, M. Hu, B. Zhao “Synergy of CuNiFe-LDH based catalysts for enhancing low-temperature SCR-C3H6 performance: Surface properties and reaction mechanism”, Chemical Engineering Journal 438:33 (2022) 135570. Doi:10.1016/j.cej.2022.135570.
14. M. Gilanizadeh, B. Zeynizadeh “Cascade synthesis of fused polycyclic dihydropyridines by Ni–Zn–Fe hydrotalcite (HT) immobilized on silica-coated magnetite as magnetically reusable nanocatalyst”, Research on Chemical Intermediates 45:5 (2019) 2811-2825. Doi:10.1007/s11164-019-03764-w.
15. A.L. Johnston, E. Lester, O. Williams, R.L. Gomes “Understanding Layered Double Hydroxide properties as sorbent materials for removing organic pollutants from environmental waters”, Journal of Environmental Chemical Engineering 9:4 (2021) 105197. Doi:10.1016/j.jece.2021.105197.
16. E. Yılmaz Mertsoy, B. Palas “Demir katkılı zeolitik imidazol ağ yapısı katalizörler kullanılarak fenton benzeri oksidasyonu ile kristal viyole gideriminde reaksiyon parametrelerinin ve kinetiğinin incelenmesi”, Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 14:1 (2025) 60-69. Doi:10.28948/ngumuh.1537619
17. E.D. Revellame, D.L. Fortela, W. Sharp, R. Hernandez, M.E. Zappi “Adsorption kinetic modeling using pseudo-first order and pseudo-second order rate laws: A review”, Clean Engineering and Technology 1:3 (2020) 100032. Doi:10.1016/j.clet.2020.100032.