Fotokatalitik-manyetik özelliği olan polimerlerin sentezi, karakterizasyonu ve boyar madde adsorpsiyonuyla dekolorizasyonunda kullanılması

Abstract

Manyetik ve fotokatalitik özelliklere sahip m-poli(EGDMA-VPBA)@TiO2, m-poli(EGDMA-1-VIM)@WO3 ve m-poli(EGDMA-1-VIM)@ZrO2 polimer matrisli kompozit partiküller süspansiyon polimerizasyonu yöntemiyle sentezlenmiştir. Sentezlenen partiküllerin karakterizasyonu için FTIR, XRD, ESR, BET ve SEM-EDS elementel haritalama analizleri gerçekleştirilmiştir. Bu partiküller sulu çözeltilerden Reaktif Siyah 5 boyar maddesinin uzaklaştırılması amacıyla hem adsorpsiyon hem de fotokatalitik dekolorizasyon çalışmalarında kullanılmıştır. Adsorpsiyon çalışmaları kapsamında, pH, polimer miktarı, sıcaklık, zaman ve başlangıç boyar madde konsantrasyonu parametrelerinin adsorpsiyon kapasitesi üzerindeki etkileri incelenmiştir. m-poli(EGDMA-VPBA)@TiO2, m-poli(EGDMA-1-VIM)@WO3 ve m-poli(EGDMA-1-VIM)@ZrO2 partiküllerinin adsorpsiyon kapasitelerinin sıcaklık ile arttığı belirlenmiştir. Adsorpsiyonun doğasını açıklamak için izoterm ve kinetik modeller incelenmiş; tüm partiküllerin adsorpsiyon verilerinin Langmuir izoterm ve yalancı ikinci dereceden kinetik modellerine uyum sağladığı tespit edilmiştir. Adsorpsiyon çalışmalarının ardından, fotokatalitik dekolorizasyona etki eden polimer miktarı, zaman ve boyar madde konsantrasyonu parametreleri incelenmiştir. Fotokatalitik etkinin boyar madde konsantrasyonunun düşük ve polimer miktarının yüksek olduğu koşullarda optimum seviyeye ulaştığı tespit edilmiş olup, dekolorizasyon kinetiklerinin Langmuir-Hinshelwood modeline uygun olduğu belirlenmiştir. Elde edilen deneysel veriler, m-poli(EGDMA-VPBA)@TiO2, m-poli(EGDMA-1-VIM)@WO3 ve m-poli(EGDMA-1-VIM)@ZrO2 partiküllerinin su ortamından Reaktif Siyah 5 boyar madde gideriminde ikincil bir kirliliğe neden olmadan, kolay ve etkili bir şekilde kullanılabileceğini göstermektedir. Bu çalışma kapsamında m-poli(EGDMA-1-VIM)@ZrO2 partiküllerinin sentezlenen diğer partiküllere kıyasla daha üstün bir performans sergilediği ortaya konmuştur. Bu bulgular, su ortamından etkin boyar madde giderimi sağlayacak yeni malzemelerin geliştirilmesine katkı sağlamaktadır.

Magnetic and photocatalytic m-poly(EGDMA-VPBA)@TiO2, m-poly(EGDMA-1-VIM)@WO3, and m-poly(EGDMA-1-VIM)@ZrO2 polymer matrix composite particles were synthesized via suspension polymerization. FTIR, XRD, ESR, BET, and SEM-EDS elemental mapping techniques were employed to characterize the synthesized particles. These particles were used in both adsorption and photocatalytic decolorization studies to remove Reactive Black 5 dye from aqueous solutions. Within the scope of adsorption studies, the effects of pH, adsorbent amount, temperature, time and initial dye concentration parameters on adsorption capacity were examined. It was determined that the adsorption capacities of m-poly(EGDMA-VPBA)@TiO2, m-poly(EGDMA-1-VIM)@WO3, and m-poly(EGDMA-1-VIM)@ZrO2 particles increased with temperature. Isotherm and kinetic models were examined to explain adsorption; the adsorption data for all particles conformed to the Langmuir isotherm and pseudo-second-order kinetics. Following the adsorption studies, the parameters affecting photocatalytic decolorization, including the amount of polymer, time, and dye concentration, were investigated. It was observed that the photocatalytic performance reached its optimum level under conditions of low dye concentration and high adsorbent amount, and the decolorization kinetics were found to be in accordance with the Langmuir-Hinshelwood model. The obtained experimental data show that m-poly(EGDMA-VPBA)@TiO2, m-poly(EGDMA-1-VIM)@WO3, and m-poly(EGDMA-1-VIM)@ZrO2 particles can be effectively used in the removal of Reactive Black 5 dye from aqueous solutions, indicating that they can be applied easily and effectively without causing secondary pollution. Moreover, m-poly(EGDMA-1-VIM)@ZrO2 particles outperform the other synthesised particles and contribute to the development of noval materials for effective dye removal from aqueous solutions.