Güneş Işığı Kullanılarak Atık Su Arıtımı
Fotoğraf: Heterojen katalizörler genellikle toz halinde kullanılırlar. Reaksiyondan sonra, toz dibe çökebilmektedir bu da katalizörün ayrılmasını büyük ölçüde basitleştirir.
Reaksiyon Ortağı Olarak Ozon
Rostock’taki Leibniz Kataliz Enstitüsü’ndeki (LIKAT) kimyagerler, atık sudaki organik kirleticileri güneş ışığının yardımıyla tamamen parçalayan bir fotokatalizörün moleküler mekanizmasını keşfettiler. Örneğin dünya çapında, anti-enflamatuar ilaçlar, antibiyotikler veya kontraseptifler gibi giderek daha fazla ilaç kalıntısı, çıkarılmasının zor olduğu tedavi sistemlerinde kullanılmaktalar. Laboratuvarlar, fotokatalitik çözümler üzerinde giderek daha fazla çalışıyor, ancak aktif ilkeler hakkındaki bilgileri eksik durumda. Angelika Brückner ve LIKAT’tan Jabor Rabeah çevresindeki araştırmacılar bu nedenle fotokatalistlerin işlem süresince yaşadıklarını gözlemlediler ve nasıl çalıştıklarının temellerini açıkladılar. LIKAT’ın bölüm yöneticisi Prof. Dr. Brückner’ın söylediği gibi bu atık su arıtımı, fotokatalistlerin geliştirilmesi için yeni yollar açmakta. Çin’deki kimyagerler Prof. Dr. Brückner’a işbirliği teklif ettiler. Asya’nın yoğun nüfuslu bölgelerinde, organik kirleticiler ilaçların kararlı bozunma ürünleri nedeniyle acil bir sorun oluşturmaktadır.
Çinli kimyagerler yeni katalizörler geliştirdiler ve katalizörlerini en iyi şekilde hazırlayabilmek için özel araştırmalarında LIKAT’ın uzmanlığına ihtiyaç duydular. Brückner ve ekibi, spektroskopi alanında uzmandırlar. Buda, kimyasal bir reaksiyon sırasında bir katalizörün işleyişini takip etmelerini ve moleküler etki modunu belgelemelerini sağladı.
Titanyum Oksit Yerine Karbonitrür
Örneğin kir parçacıklarını parçalamak için kendi kendini temizleyen pencere camlarını kaplamak için kullanılan titanyum dioksit gibi geleneksel fotokatalizörler, yüksek enerjili UV radyasyonu ile en etkili şekilde çalışmaktadırlar. Bununla birlikte, güneş ışığında UV oranı sadece %5-8 arasındadır. Çinli kimyagerler bu nedenle yeni nesil fotokatalizörler kullanmaktadırlar. Buna örnek olarak; görünür ışıkta aktive olan karbonitrür kullanımı verilebilir. Termosetten yapılmış renkli züccaciyeler için başlangıç malzemesi olarak da kullanılan melaminin ısıl işlemiyle üretilmektedir.
Çin’deki kimyagerler, ilaçların bozunması sırasında üretilen ve atık suya giren çeşitli maddeleri, katalizörlerini kullanarak başarılı bir şekilde test etmeyi başardılar. Toz haline getirilmiş fotokatalizör suya karıştırılır ve görevini askıda bir parçacık olarak yapar. Bu süreçte kimyagerler oksijeni ve ozonu oksitleyici maddeler olarak test ettiler. Prof. Brückner “Ozonun olağanüstü derecede etkili olduğu kanıtlandı. Ancak etkinliği dalgalandı ve bunun katalizörün hazırlama koşullarına bağlı olduğu görüldü.” diye açıklıyor.
Pekin Üniversitesi’nden genç bir kimyager olan Jiadong Xiao, LIKAT’taki tezi kapsamında katalizörü hazırlamanın prosedürünü ve en uygun koşullarını araştırmaya başladı. Araştırma, LIKAT araştırma grubu başkanı Dr. Jabor Rabeah’ın denetiminde gerçekleştirildi.
Radikalleri Yakalayın ve Tanımlayın
Ölçümler, gerçek bozunma reaksiyonunda bir radikal türünün sorumlu olduğunu gösterdi. Angelika Brückner: “Bunlar, sudaki kirleticilere anında saldıran ve onları parçalayan son derece reaktif moleküllerdir. Güneş ışığı, fotokatalist ve ozonun etkileşimi bu radikal oluşumunu teşvik eder”. Radikaller çok kısa ömürlü olduğundan LIKAT’taki modern analiz teknolojisi bile başlangıçta onları tanımlayamadı.
Bu gibi durumlar için, kimyagerler Spin-Trap (Spin Yakalama) denilen bir teknik kullandılar. Radikaller nötr bir molekülle yakalandılar, bu molekül pek reaktif olmayan bir radikal haline gelir ve bu nedenle analiz edilebilecek kadar uzun yaşar. Bunu oldukça etkili parçacıkları, hidroksil radikalleri, bir hidrojen ve bir oksijen atomundan oluşan moleküller olarak tanımlamak mümkündür. Atık su arıtmada fotokatalist-güneş ışığı-ozon kombinasyonunun yüksek etkinliği, muazzam sayıda reaktif radikalin son derece hızlı oluşumu ile açıklanabilmektedir.
Angelika Brückner’ın dediği gibi, “Araştırma çalışmasının sonucu bu tür reaksiyonlar için yeni bir mekanik konsepttir”. Araştırmacılar, bu başlangıç bilgisine sahip yöntemin yakında uygulamaya geçeceğini varsayıyorlar.
Kaynak: chemeurope.com
