Özet
Organik boyalara etki eden birçok faktör vardır. Bunlar arasında, boya konsantrasyonu, pH, çözünmüş oksijen, ışık kaynağı, kataliz konsantrasyonu, hidrojen peroksit, sıcaklık, ve ışınlanma zamanı gibi. TiO2 nano-parçacıklar boya molekülleri ile birleştirilerek düşük maliyetli fotovoltaik cihazlarda 1991 yılından itibaren kullanılmaya başlandı.
Boyaya duyarlı güneş panelleri (DSCs) son 10 yılda güneş enerjisinden elektrik elde etmek için kullanılmaktadır [1]. Bu çalışmada tarama makalesi olarak organik boyaların içinde titanyum dioksit kullanımına yönelik literatürdeki bazı çalışmalar ele alınmıştır.
Giriş
Temiz su kaynakları ve kirliliklerden su kaynaklarını koruma bu açıdan suyun arıtılması teknolojileri (çöktürme, adsorpsiyon, filtrasyon vb.) son dönemlerin en önemli konuları arasındadır [2].
TiO2 enerji ve çevre alanları gibi birçok alanda kullanılmaktadır. TiO2’nin tercih edilmesinin nedenleri arasında düşük maliyet, iyi stabilite, zehirli olmaması, yüzey modifikasyonu ve korozyondan koruma belirtilebilir [3, 4].
Metal ve ametal-doplanmış TiO2 güneş ışığı vasıtasıyla hava ve sudaki geniş oranda kirlilikten arındırmada yararlanılır [5]. TiO2 nanometre boyutunda kirli sularda boyanın bozunması için foto-katalizör olarak direk kullanılırlar [6].
Bhardwaj ve ark. titanyumdioksit nanotube ısınları ile boyaya duyarlı güneş paneli uygulamalarında çalışmıştır [7]. Literatürde, birçok ametal vardır. Örneğin karbon [8], nitrojen [9], florin [10] ve boron [11] gibi.
Bu ametaller TiO2’nin modifiye edilmesinde ve görünür ışık bölgesinde Fotokatalitik aktivite için kullanılırlar. Din ve ark [12] Gümüşle ve titanyumdioksit ile doplanmış gümüş dop-çinko oksidin katalitik aktivitelerindeki gelişmeleri yayınlamıştır.
Boyalar çevre kirliliğinin en önemli kaynakları arasındadır. Tekstil sanayinde kullanılan su kirleticilerin önemli bir kısmı azo boyalardır [13]. Sentetik boyalar yaşamımızın önemli bir bölümünü teşkil etmektedir. Ürün yelpazesi elbiselerden deri aksesuarları ve mobilyalara kadar çeşitlilik göstermektedir [14].
Fotokatalitik bozunma hızı önemli oranda molekülün temel yapısına ve boyanın aromatik çekirdeğine bağlı grubun doğasına bağlıdır. Farklı substituent gruplar, örneğin alkil grupları, metil, nitrat, hidroksil ve karboksil grupları, Ayrıca klor atomu içeren gruplar Fotokatalitik degradasyonu etkiler.
Titanyumdioksit (TiO2)-grafitik karbon nitrit (C3N4) kompozitleri fotokatalitik aktivitede önemli iyileşme göstermiştir. Bu durum saf TiO2 mikrokürelerle karşılaştırıldığında elde edilmiştir. Bu çalışmada fatokatalitik reaksiyon mekanizması önerilmiştir [15].
Literatürde, organic boyaların Fotokatalitik bozunma temeli ve mekanizması ile ilgili birçok çalışma vardır [16, 17]. Cheng ve ark. [18] 3D-TiO2/rGO aerogellerini hidrotermal yöntemiyle sentezlemiştir. TiO2-rGA’nın absorpsiyon davranışları oleik asit ve Rhodamine B (RhB)’nin farklı TiO2 oranları ile test edilmiştir.
Santhi ve arkadaşları pH etkisi, TiO2 dozu ve boya çözeltisinin ayrışması için ışınlama zamanı üzerinde çalışmıştır [19]. Elde ettiği bulgulardan maksimum ayrışma verimliliği % 96.6 olarak 45 dakikada minimum sürede UV/TiO2/O3 uygulama ile elde etmiştir.
Bu çalışma ile de TiO2 nanoparçacıkları su arıtma endüstrisinde kullanılabileceği gösterilmiştir.
Prof. Dr. Murat Ateş - Kimya Bölümü Fen Edebiyat Fakültesi Namık Kemal Üniversitesi
Prof. Dr. Yüksel Bayrak - Kimya Bölümü Fen Edebiyat Fakültesi Namık Kemal Üniversitesi
Ozan Yörük - Doktora Öğrencisi Kimya Bölümü, Fen Fakültesi Trakya Üniversitesi
Sonuçlar
Yapılan çalışmalar göstermiştir ki, optimal kataliz miktarı 0.1 g/L’dir. Başlangıç boya konsantrasyon miktarına bağlı olarak, başlangıç boya konsantrasyon miktarının artması ile foto-bozunma düşer [20].
Sonuçta, TiO2’nin organik boyalarda kullanımına yönelik literatürde birçok çalışma vardır. En önemli çalışmalar arasında fotokatalitik bozunma gelmektedir.
Referanslar
[1] Y.Wang, C. Fei, R. Zhang, L. Guo, T. Shen, J. Tian, G. Cao, MRS Communications, 6 (2016) 226-233.
[2] P.V.A. Padmanabhan, K.P. Sreekumar, T.K. Thiyagarajan, R.U. Satpute, K. Bhanumurthy, P. Sengupta, G.K. Dey, K.G.K. Warrier,
Vacuum, 80 (2006) 1252-1255.
[3] J. Nie, Y. Mo, B. Zheng, H. Yuan, D. Xiao, Electrochim. Acta, 90 (2013) 589-596.
[4] M. Hepal, I. Kumarihamy, C. J. Zhang, Electrochem. Commun., 8 (2006) 1439-1444.
[5] M. Pelaez, N. T. Nolan, S. C. Pillai, M.K. Seery, P. Falaras, A. G. Kontos, P. S. M. Dunlop, J. W. J. Hamilton, J. A. Byrne etal.
Appl. Catal B. Environ. 125 (2012) 331-349.
[6] Y. Li, L. Zhou, H. Eric, Journal of Environmental Sciences, 16 (2004) 375-379.
[7] S. Bhardwaj, T. Rana, P. Laha, A. Barman, S. Biswas, Int. J. Mater. Mechanics and Manufacturing, 2(1) (2014) 47-50.
[8] E. M. Neville, M. J. Mattle, D. Loughrey, B. Rajesh, M. Rahman, J. M. D. Mactlroy J. A. Sullivan, K. R. Thampi, J. Phys. Chem.
C., 116 (2012) 16511-16521.
[9] Q. Y. Wang, X. C. Yang, X. L. Wang, M. Huang, J. W. Hou, Electrochim. Acta, 62 (2012) 158-162.
[10] G. S. Wu, J. P. Wang, D. F. Thomas, A. C. Chen, Langmuir, 24 (2008) 3503-3509.
[11] N. Lu, X. Quan, J. Y. Li, S. Chen, H. T. Yu, G. H. Chen, J. Phys. Chem. C., III (2007) 11836-11842.
[12] M.F. Din, R. Khalid, Z. Hussein, Analytical Letters, 51 (2018) 892-907.
[13] C. Chen, Z. Wang, S. Ruan, B. Zou, M. Zhao, F. Wu, Dyes Pigm., 77 (2008) 204-209.
[14] A. R. Khataee, M. B. Kasiri, Journal of molecular Catalysis A: Chemical, 328 (2010) 8-26.
[15] L.N. Ma, G.H. Wang, C.J. Jiang, H.L. Bao, Q.C. Xu, Applied Surface Science, 430 (2018) 263-272.
[16] U. G. Akpan, B. H. Hameed, J. Hazard mater, 170 (2009) 520-529.
[17] M. A. Rauf, S. Salman Ashraf, Chem. Eng. J. 151 (2009) 10-18.
[18] C. Xiang, R.H. Guo, J.W. Lan, S.X. Jiang, C. Wang, Z.F. Du, C. Cheng, Journal of Alloys and Compounds, 735 (2018) 246-252.
[19] K. Santhi, P. Manikandan, C. Pani, S. Karuppuchemy Appl. Nanosci., 5 (2015) 373-378.
[20] E.M. Saggioro, A.S. Oliveira, T. Pavesi, C.G. Maia, L.F.V. Ferreira, J.C. Moreira, Molecules, 16 (2011) 10370-10386.
